智能配电环境感知融合网络的研究_盛洁

第39卷第24期电力系统保护与控制Vol.39 No.24 2011年12月16日Power System Protection and Control Dec.16, 2011 智能配电环境感知融合网络的研究盛 洁，唐良瑞, 郝建红（华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）摘要：针对在恶劣环境中配电子站与配电终端之间架设专用光纤通信网络造价高、建设周期长，维护困难的现状，以及现有的通信网络覆盖范围存在盲区的实际问题，提出了一种智能配电环境感知融合网络的实现方案。

该网络采用多种无线接入网相融合的架构，通过统一的环境感知控制空间和连通性单元对融合网络的资源进行调度和分配，通过环境业务接口提供配电自动化系统各类应用和服务；终端层采用智能配电终端实时感知和监测网络环境、融合处理终端信息、提供有效的切换机制和异常告警机制。

本系统实用性、可扩展性、可维护性和稳定性好，网络铺设成本低，方便管理，进一步保证了通信的可靠性,扩大了网络的覆盖范围，提高了配电设备的监测水平。

关键词：智能配电网；环境感知；融合；配电汇聚终端Research of ambient composite networks towards the smart distribution gridSHENG Jie, TANG Liang-rui, HAO Jian-hong(School of Electrical and Electronics Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206，China)Abstract: Setting up specialty fiber communication network between distribution substations and distribution terminals in the harsh environment causes the high cost, long construction period, difficult maintenance and blind spots in the existing communications network coverage. In view of those, a smart distribution oriented ambient composite network scheme is designed. The network has the architecture with the integration of multiple wireless access networks. Through a unified environmental awareness control space and connectivity unit, the resources of composite network are scheduled and allocated. Through environmental services interface, a variety of applications and services in the distribution automation system are provided; in the terminal layer, the intelligent power distribution terminals are used to sense and monitor network environment in real time, fuse and process terminal information, and provide effective handoff mechanism and timely exception warning mechanism. The high-quality of system availability, scalability, maintainability and stability, low-cost network rollout and convenient management can further ensure the reliability of communication, expand network coverage and improve the level of distribution equipment monitoring technology.This work is supported by National Science and Technology Major Project (No. 20102X03006-005-001).Key words:smart distribution grid; ambient networks; composite; distribution convergence terminal中图分类号： TM76 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2011)24-0127-050 引言智能配电网（Smart Distribution Grid，SDG）是智能电网的重要组成部分。

它以灵活、可靠、高效的配电网网架结构和高可靠性、高安全性的通信网络为基础，支持灵活自适应的故障处理和自愈，可满足高渗透率的分布式电源和储能元件的接入要求，满足用户提高电能质量的要求[1]。

智能配电网技术有机集成和融合现代计算机与通信、高级传感和测控等技术，满足未来配电系统集成、互动、自基金项目：国家科技重大专项（20102X03006-005-001）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（11QX47）愈、兼容、优化的要求[2]。

智能配电网的实现对通信技术的要求将不断提高，其中骨干网和部分接入网在条件允许的环境下将以光纤通信网络作为首选，宽带无线通信网络作为辅助方式。

然而在一些环境比较恶劣的地区，光纤的铺设和维护困难较大，因此需采用多样化的无线接入技术，互相补充，以形成重叠覆盖的网络环境来保证接入网部分的高可靠性和高安全性。

目前，各种无线网络接入技术在容量、覆盖、数据速率和移动性支持能力等方面各有长短，任何一种无线网络都不可能满足用户对于网络性能的全部要求，因此多类型网络共存和融合是下一代通信系统的发展趋势[2]。

将这种融合的、异构的无线通- 128 - 电力系统保护与控制信网络应用于智能配电网，在接入网层采用基于环境感知融合网络（Ambient Composite Networks，ACN）的无线自组织网络，不仅可以大大降低组网的成本、提高配电网通信的稳定性和安全性，而且解决了环境恶劣地区光纤铺设和维护难的问题。

本文在分析了智能配电自动化系统架构的基础上，提出一种面向智能配电通信系统的环境感知融合网络。

从网络的逻辑架构和功能架构等方面研究了具体的实现方案，并对配电汇聚终端的通信功能进行了设计。

1 环境感知融合网络未来无线通信系统的发展趋势并不是建设一个崭新的具备各种完善功能的网络，而是考虑在多种无线网络间保持通信的连续性，这就要求各种无线接入技术包括已经存在的和即将部署的网络能够相互协调和集成。

如图1所示，在未来的融合网络环境中，已有的无线技术向高级阶段演进，新型无线接入技术不断涌现，它们之间相辅相成，形成重叠覆盖的网络[3-4]。

图1 未来的融合网络环境Fig. 1 Future composite network environment针对各种无线接入技术在无线频谱资源、组网方式和业务提供等方面的多样性，它们在空中接口协议的设计方面具有差异性和不可兼容性。

不同网络将提供不同的QoS，终端的工作环境将发生巨大的变化，业务需求、制式及运营者的差异导致了通信终端的接入能力和移动能力的不同。

此外，不同的网络具有不用的管理策略，包括寻呼漫游策略、网络切换策略、资源分配策略、认证与鉴权策略和计费策略等。

以上几个方面的相互影响，构成了各种无线网络的异构特性，对网络的稳定、可靠和高效提出了挑战。

因此，对于未来无线通信网络系统而言，无线资源管理、端到端的重配置和移动性管理成为亟待解决的关键问题。

环境感知融合网络概念的提出，正是为了提供基于域的边界到边界（Edge-to-Edge）的网络控制手段，其核心思想在于，在网络的终端需要的任何时刻均能提供最适当的技术手段，并且向终端屏蔽网络的技术细节。

环境感知融合网络具有以下几个方面的特点：①在该网络中，不同网络之间可以根据应用的需求以透明的方式建立协作关系，无需事先配置或者协商。

②网络中的终端将具有感知获取当前所处环境中的各个网络的性能参数，并据此选择合适的网络进行接入的能力。

终端之间亦可以通过无线自组网的方式，灵活多变、相互协作地构成实时的通信链路，来完成数据的传输。

③环境感知融合网络能够提供一种无缝的、完整的、灵活的安全机制，以确保其工作在由各种异构网络、实体及业务组成的动态变化的网络环境中的安全性。

④环境感知融合网络支持通用的架构来实现跨越环境控制空间中所有功能的环境感知，从而自动地对业务进行调整，以适应动态变化的异构网络环境。

在此架构中，终端能够对环境信息进行采集、处理、管理及分发，网络还支持基于环境层面的协商，对可能发生的冲突提供解决方案。

环境感知融合网络的以上特点，为智能配电网通信系统提供了一种崭新的设计模式和应用方案。

2 智能配电环境感知融合网络的架构设计面向智能电网的配电自动化系统更加注重实用性、定位更加明确、功能更加丰富，系统由配电主站、配电子站、配电终端、通信系统组成[5-6]，其架构如图2所示。

图2中，配电主站是数据处理/存储、人机联系和实现各种应用功能的核心；配电子站是主站与终端的中间层设备，一般用于通信汇集，也可根据需要实现区域监控功能；配电终端是安装在一次设备运行现场的自动化装置，主要包括馈线自动化设备FTU、配电监测终端TTU、DTU等，可根据具体应用对象选择不同的类型；通信通道是连接配电主站、配电终端和配电子站之间实现信息传输的通信网络。

配电主站与配电子站之间的通信通道为骨干层通信网络，原则上采用光纤传输网；配电子站至配电终端的通信通道为接入层通信网络，采用光纤专网、配电线载波、无线等多种通信方式。

然而，在地处偏远地区的配电子站与配电网远方终端之间架盛 洁，等 智能配电环境感知融合网络的研究 - 129 -设专用光纤通信网络不仅造价高、建设周期长，其恶劣的工作条件和维护容易造成通信网络的故障，而且现有的通信网络覆盖范围存在一定的盲区。