智能電網(wǎng)用戶端通信技術論文
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1．1智能電網(wǎng)通信技術現(xiàn)狀
目前，網(wǎng)絡通信技術在智能電網(wǎng)領域應用廣泛，在發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)都有相應的通信標準和應用。比如，變電站與控制中心之間采用IEC61970或IEC61968標準；變電站自動化系統(tǒng)內部使用IEC61850標準通信。當前電網(wǎng)通信技術及標準種類多且兼容性不足，通信技術不能滿足不斷發(fā)展的用戶端新的要求，比如電動汽車、智能家居和智能電表等。
1．2智能電網(wǎng)用戶端通信技術
智能電網(wǎng)用戶端涉及的領域較廣，在不同的應用領域有不同的通信技術存在，這是由于各種通信技術在不同時間階段不同行業(yè)發(fā)展有各自不同特點所形成。隨著新技術的發(fā)展，多元化的通信技術在智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)中得到廣泛的應用。
（1）InternetIP使用IP基礎網(wǎng)絡的優(yōu)勢在于與互聯(lián)網(wǎng)的有效銜接。用戶端通信采用基于TCP／IP的網(wǎng)絡，可以非常便捷地與現(xiàn)有網(wǎng)絡互聯(lián)互通。其好處還在于大量IP成熟標準、有效工具能直接應用到用戶端的應用軟件。此外，IP基礎網(wǎng)絡支持帶寬共享和動態(tài)路由能力，在智能電網(wǎng)用戶端中對最小存取延遲，最大丟包率或最小帶寬現(xiàn)狀等有特殊要求的應用，一些IP如多協(xié)議標簽交換（MPLS）技術可滿足此特殊要求。
（2）光纖以太網(wǎng)通信它采用光纖介質運行以太網(wǎng)LAN數(shù)據(jù)包。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層以任何標準的以太網(wǎng)速度運行，也可以實現(xiàn)交換機的速率限制功能，以非標準的以太網(wǎng)速度運行，最高可以達到10Gbit／s。目前光纖以太網(wǎng)通信在電力監(jiān)控系統(tǒng)中已有商業(yè)化產品投入運行。
（3）電力線寬帶（BPL）該技術采用電力線傳輸數(shù)據(jù)。通過電力調制解調器可以在一定區(qū)域內任意的電源插座上實現(xiàn)網(wǎng)絡接入。電力線寬帶在缺少其它通信網(wǎng)絡的地區(qū)有著廣闊的應用前景，其優(yōu)點在于利用現(xiàn)有電力線上網(wǎng)而無新增通信線纜鋪設投資。但目前的BPL能夠提供的最大帶寬為4MB。因為電力網(wǎng)使用的大多是非屏蔽線，電磁兼容性的問題嚴重影響網(wǎng)絡的傳輸速度。
（4）3G移動通信利用現(xiàn)有3G移動通信可以避免建立專門的無線網(wǎng)絡所需的大量投資，使用方便、靈活。但若大量使用成本投入會較高，且日常的運行、管理、維護費用較高。故此通信技術適用于重要、且節(jié)點數(shù)少的遠距離智能電網(wǎng)用戶端通信場合。
（5）無線通信（ZigBee、WiMedia、Wi－Fi）Wi－Fi技術具有較高的成本效益，能夠進行升級擴展以覆蓋大型地域和多個端點，且無需鋪設電纜。ZigBee通信使用跳頻擴頻無線技術，該技術具有可靠性高、傳輸速率低、傳輸距離遠的優(yōu)點，由此解決了傳輸堵塞和干擾。WiMedia通信的物理層采用超寬帶標準，其解決方案的射頻覆蓋水平與ZigBee相似，其數(shù)據(jù)傳輸速率高，并具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡功能。
（6）現(xiàn)場總線通信20世紀80年代中期產生的現(xiàn)場總線技術，相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，其特征為：數(shù)字化、全雙工傳輸、分支結構多。現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的分散化、網(wǎng)絡化和智能化，導致其體系結構和功能產生重大發(fā)展。
（7）通用工業(yè)協(xié)議（CIP）CIP是面向對象的工業(yè)網(wǎng)絡控制協(xié)議。根據(jù)OSI／ISO七層協(xié)議模型，DeviceNet協(xié)議定義了七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。而CIP協(xié)議是七層模型中的最上層———應用層。CIP協(xié)議是De－viceNet的應用層，同時是ControlNet、EtherNet／IP、CompoNet的應用層。DeviceNet和ControlNet、Eth－erNet／IP、CompoNet共用同一個應用層協(xié)議CIP，但它們有各自的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。
（8）工業(yè)以太網(wǎng)技術當前，工業(yè)以太網(wǎng)技術的性能不斷提高，成本不斷下降，其在工業(yè)自動化領域的發(fā)展非常迅速。相比其它現(xiàn)場總線技術，以太網(wǎng)技術優(yōu)勢有：1）數(shù)據(jù)傳輸速率高，達到100Mbit／s；2）不同的傳輸協(xié)議能在相同總線上共存；3）在以太網(wǎng)中，數(shù)據(jù)存取技術采用變互式和開放式；4）不同的拓樸結構和不同的物理介質得以存在和運用。
2走向集成的智能電網(wǎng)用戶端通信技術
2．1集成的通信技術
在智能電網(wǎng)設備端，目前仍然是多種現(xiàn)場總線并存。從用戶角度，希望通過通信技術集成以實現(xiàn)各種智能元器件與控制器之間的互聯(lián)互通，但并非必須用一個通信網(wǎng)絡來實現(xiàn)所有的功能。例如：Internet網(wǎng)絡并非同結構的單一網(wǎng)絡，但用戶確能實現(xiàn)電子郵件、文件下載、網(wǎng)絡瀏覽、網(wǎng)上游戲等不同類型的服務。從通訊協(xié)議的構筑模型角度，大多數(shù)用戶端通訊協(xié)議均根據(jù)OSI的七層模型。當前，自底層向上定義構筑統(tǒng)一整體的通信協(xié)議大量存在，這使得在相同層次上的互聯(lián)性在各標準協(xié)議之間較難集成。其實，定義OSI分層模型是為了讓不同構架、不同發(fā)展階段的通訊協(xié)議能相互獨立，使其能在獨立發(fā)展的同時具備良好的互相配合、結合，增加其相互間成為一個端對端完整協(xié)議的可能。比如，以TCP／IP協(xié)議棧為核心的Inter－net網(wǎng)絡協(xié)議中，不同的應用層協(xié)議可以在上層網(wǎng)絡存在，而大量的不同局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)可以在下層網(wǎng)絡平臺上實現(xiàn)。隨著通信技術的發(fā)展，通信集成將應運而生。通信集成是指一個集成的通信軟硬件平臺融合多種通信協(xié)議及通信接口，實現(xiàn)不同通信技術的互通互聯(lián)。
2．2通信技術標準的發(fā)展及融合
當前不同的通信標準均在新技術的發(fā)展推動下不斷完善，擴展自身的應用領域，以適應更多的設備應用。隨著時間的推進，各種通信標準互相滲透、延伸，標準之間的差異化在不斷縮小，逐步走向融合的特征將越來越明顯。如疊加在ControlNet、DeviceNet和EtherNet這三種完全不同的通信協(xié)議平臺之上的CIP協(xié)議規(guī)范，其公共的“網(wǎng)絡傳輸層、應用層、用戶層”協(xié)議規(guī)范與網(wǎng)絡硬件技術無關，“異構網(wǎng)絡”下的不同通信協(xié)議之間的互聯(lián)互通得以實現(xiàn)。目前，不同通信協(xié)議之間可以通過通信網(wǎng)關方便地進行數(shù)據(jù)互通。將來，不同通信協(xié)議之間的軟硬件平臺將不斷進行集成和融合，逐步發(fā)展成集成多通信協(xié)議、互相兼容的軟硬件平臺。這將有助于用戶端的使用便利性，制造商生產的統(tǒng)一性，從而推動整個智能電網(wǎng)用戶端通信技術的應用與推廣。
作者：朱文灝 郭其一 單位：同濟大學 上海施耐德低壓終端電器有限公司
