无线网络在变电站自动化中应用

无线网络在变电站自动化中应用
摘要：无线点对点（ad-hoc）网络的意思是没有控制中心、不需要建设网络移动
设施的多跳无线网络。

和传统的网络相比较，无线点对点网络主要有健壮性、组
网灵活、安装简单的优点，正在被应用到各个领域。

本篇文章主要结合变电站自
动化现状分析，探讨变电站无线网络的机制，扩展现有的无线网络，提高变电站
自动化的水平。

关键词：无线网络；变电站；自动化；应用变电站实现自动化的关键是变电
站通信的无线网络，目前随着智能型的设备在电力系统中逐渐的被应用，使变电
站的自动化水平进一步提高，同时也对变电站自动化的无线网络通讯提出了更高
的要求，现在的任务就是对现有变电站的无线网络通讯进行进一步扩展，采用无
线网络扩展到现在的变电站系统中，可以进一步的提高无线网络设备的发展。

一、网络结构分类网络依据网络结构可分为点对点网络和传统有线网络，有
线网络是有运行中心的，它需要预设网络设备才可以运行，在安装时步骤比较多、运行的成本也比较高。

无线点对点网络是一种没有中心的网络，不需要预设网络
设施也可以自动运行。

与有中心的有线网络相比，点对点的无线网络结构特点是可快速开发、低成本、传感器可靠、容错性以及灵活性等特征，所以要大力提高无线网络的服务质
量[1]。

二、当前变电站自动化发展现状现在变电站自动化的模式主要有分布分散式
结构、分布式结构和集中式结构，由于我国变电站自动化结构起步比较晚，所以
现在采用的大都是分布分散式的模式，在欧洲的国家经改造以后的老变电站和目
前新建的变电站主要使用的模式是分布式结构，北美一些国家主要采用的是传统
的RTU 集中式结构。

相对比而说，分布分散式结构是目前变电站发展的主要趋势。

在变电站自动化系统的集中过程中最大的不利因素是不同的生产厂家生产的
电子设备所采用的用户界面和通信协议都不相同，所以不好实现互相操作和无缝
集成，只有借助额外的软件和硬件实现IED 之间的网络互连，所以用户很难选择
不同厂家生产的无线设备，这在很大的程度上削弱了变电站的自动运行。

三、无线网络分析无线点对点网络是由独立的节点组成的，它没有固定的管
理节点，在设备中所有节点都是相同的，属于分布分散式运行的多跳无线网路[2]。

在点对点无线网络中，节点的能力是可以报文转发，通信的时候可以通过多个中
间的节点进行转发。

无线点对点网络不仅可以单独的运行，又可以通过网关接入
有限网络，无线网络的主要特点有以下几个方面：（一）没有中心无线网络没有
严格、固定的控制中心，所具备的节点在网络中都是同等运行的，节点可以自由
退出和进入。

（二）自己组织传感器节点的位置往往不能进行预先设定，比如通过飞机播
散的传感器节点、随意放置在危险区域的传感器节点之间可能存在相互关系，没
有办法准确确定。

所以，节点通过分层协议和分布式算法协调自己的行为，不需
要预先设置控制中心，自己就可自动组成一个独立的网络。

（三）多跳路由节点的能力是报文转发，两个互相没有联系的通信节点可通
过多个节点的转发实现通信，实现多跳不需要转路由器。

（四）动态拓扑在无线网络之下，拓扑结构会因为以下的原因发生改变：第
一点是环境因素可以电能耗尽之后造成传感器的节点发生故障；第二点是由于加
入新节点，环境的变化可能会造成无线无线网络中的通信功能发生变化，甚至导
致出现时通时断的现象。

这就要求节点自由的退出、加入和移动网络，使网络中的拓扑结构可以随时
的变化[3]。

以下是无线点对点网络和传统网络的图形：
左图为传统的单跳网络；右图为无线点对点网络无线网络主要采取多跳的方式进行数据传输，所以它与单跳的网络结构相比，每个节点发射的信号功率都比较低，对于相同的距离，通过
几段比较小的链路转发数据，消耗的传输数据仅为千分之一。

所以可看出，无线网络与普通
的网络相比，还有降低无线信号发射功率的优点。

四、无线网络在变电站应用的方案（一）设计方案根据目前变电站自动运行的现状分析，可以把无线网络当做现有网络的补充，如下图示意：
变电站无线网络运行的方案变电站的无线网络节点又可以分为：第一是终端节点，在变
电站的自动化系统里面有需要数据传输的电子智能设备，可以当做无线网络中的终端节点；
第二点是路由节点，在完成数据的转发之后，具有一定的网络管理能力，形成了变电站无线
网络的主题；第三点是网关节点，同一个站内的有线网络可以实现网关的节点[4]。

变电站自
动化系统中的通信管理机制要作为网关的节点，转发无线网络到站内的有线网数据。

（二）网络结构无线网络结构有分级结构和平面结构，平面结构比较简单，有很好的健
壮性，但是在网络节点中需要对其他的路由信息进行维护，如果网络的规模大，就会影响使
用的效率。

分级结构可以减少路由器的开销，提高通信的效率。

为了保障数据传输时的可靠
性以及实时性，根据各网的节点实现硬件配置和功能的不同。

（三）路由协议无线网络的多跳特征决定了良好的路由协议。

路由协调首先要解决的问
题就是如何准确快速的将源节点传送到目的节点部分去，按照路由器的发现方式不同，路由
器的协议分为按需求式路由协议和主动式路由协议[5]。

在按需式的路由器协议中，节点平时
的时候不用维护路由表，只要有报文发送的时候才可以寻找到目的的路由，即使网络规模比
较大，也可以提供很高的吞吐量，但是在发送报文时会有延时现象。

主动式路由协议，节点
需要对路由表实时维护，在网络的动态拓扑变化比较大的时候，维护路由表所花的开销比较大，但是在发送报文时不会延时。

结语：无线网络以可靠、灵活、便于布置等特点在目前很多领域都得到了大范围的应用，将无线网络应用在变电站的自动化系统中，不仅可以提高变电站自动化运营的灵活性，还可
以保证变电站数据网的健壮性。

随着技术的进一步成熟，无线网络在变电站自动化系统中得
到更广泛的应用。

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