ENSURINGPOWERSYSTEMSECURITYBYNETWORKINGTRANSMISSIONOF
ELECTRICPOWERINFORMATION

QIYu-lin，LIUWen-ying，YANGYi-han，JIHong-quan

（NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，HebeiProvince，China）
ABSTRACT:Electricpowerinformationconsistsofremote-controldata,protectiondataandrecordedfaultdata.Thenetworkingtransmissionofinformationisakindofhigh-speedcommunicationbasedonTCP/IPprotocol.AccordingtothepracticalsituationofdispatchingdecisionmakingsupportingsystemforLanzhoupowersupplycompanyandfromtheviewpointofensuringpowersystemsecurity,thetransmissionmodesofelectricpowerinformationareanalyzed,therelevantdesignapproachandtechnologicalschemeofpowerinformationtransmissionnetworkarepresentedandtheassessmentofitsperformanceisgiven.
　　KEYWORDS:Electricpowerinformationnetwork；Accessmentofperformance；Remote-control；Datacommunication
　　摘　要：电力信息包括远动数据、庇护数据和故障录波数据等。网络化传输是基于TCP/IP技术实现信息的高速通讯。作者连系兰州供电公司调剂决议计划支持系统的现实情况，从保证电网平安运行的要求动身，分析了电力信息的传输模式，给出了电力系统信息传输网络的设计方式和技术方案。后给出了电力信息传输网络性能评价。
　　关头词：电力信息网；网络性能评价；远动；数据通讯


1引言
　　在信息化时代的今天，电力系统的平安靠得住运行离不开现代化的电力信息传输网络。电力信息或电力系统实时数据的传输已超越了今朝远动系统的范围。常规远动系统势必被融合计较机、庇护、控制、网络、通讯等技术于一体的网络化电力信息传输系统所取代，并终将打破现行的分工，引发远动系统设计的一场革命^[1]。
　　固然，电力信息网络也存在平安问题。但在当前情况下，相对电力系统自己的平安性而言，它的预防要容易一些。在2003年发生的“9.28”意年夜利年夜停电、“9.23”瑞典-丹麦年夜停电和“8.14”美加年夜停电都不是由于“黑客”进犯互联网而酿成的^[2]。
　　可是，毗连每一个变电站的电力信息网络的建设不是一朝一夕能完成的，需要年夜投进人力物力。事实上，电力系统的平安靠得住性和秀的经济效益是一对古老的矛盾。就电力信息网络来说，要解决好这一矛盾必需分两步走：近期方针和久远方针。本文主要研究电力信息网络建设的近期方针。即在现有装备的根蒂根基上或增加少许装备来组建电力信息网络。
　　电力信息网是毗连所有变电站及调剂中心的，以传输远动、庇护、故障录波、语音、图像等数据为目的的计较机网络系统。
　　依照这样的界说，我国电力信息网络的建设还处于低级阶段，其特点是实时数据以自力的数据通道传输为主。显然并没有形成真正意义上的电力信息网络。

2电力信息收集方案
2.1非综合自动化变电站的信息收集
　　非综合自动化变电站的特点是RTU所收集的数据少，数据不全，不能知足调剂决议计划系统的要求，与电力信息网络壮大的功能不匹配。是以需要增添信息收集装备。
　　非综合自动化变电站信息的收集如图1所示。其中，信息收集服务器由工控机和多路串行通讯卡组成，软件在Windows情况下用VC 语言完成；路由器分两种情况。对于星形网，路由器可由100M-2M接口转换器取代，以节省投资。对于环形网，需要性能秀的路由器；通讯网是指本文设计的星形网或环形网。　　通讯规约分两种情况斟酌。从庇护装备、故障录波装备和RTU至信息收集服务器的通讯规约采用装备中已运行的规约；从数据收集服务器至调剂中心的通讯规约可以选择。这里用IEC61850规约。数据在TCP/IP的运用层传输，从而实现电力信息的网络化传输。
2.2综合自动化变电站的信息收集
　　综合自动化变电站的特点是总控经管机已对电力信息进行了比力周全的收集，是以对于这类变电站只要接收总控经管机送给后台机的信息即可。对于综合自动化变电站的信息收集应分两种情况斟酌：一是具有以太网、LonWorks网或CAN网的综合自动化变电站；二是总控经管机至后台机只有普通串口的综合自动化变电站。其数据收集方案如图2所示。图2中，总控经管机至信息收集服务器的接口多是以太网、LonWorks网或CAN网接口，也多是RS232接口。2.3已具有数据收集装备的变电站
　　已具有数据收集装备的变电站其实不多，如兰州只有三座变电站具有数据收集装备，该数据收集装备的型号是POFIS100。这些数据收集装备对庇护、故障录波、RTU的数据已收集的得很是周全，其总输出为RS232接口。对于这类变电站的信息收集只需在变电站内直接接收POFI100的输出数据即可。如图3所示。3电力信息网络设计方案
3.1概述
　　某座城市中，笼盖所有变电站的电力信息网络的直径年夜于200kM。是以，按网络类型的地舆分类法，电力信息网应属于广域网（WAN）^[3]。
　　电力信息网近期能够实现的方针是具有2Mb/s传输速度的广域网。今朝，电力系统通讯的主干网络是光纤通讯。经过年夜细致的调研，包括与光终端装备的生产厂家的配合论证，证实了电力信息网络几近不成能采用总线式结构。这是由于主干光纤通讯系统都是环形结构，不支持总线式通讯方式。固然，由于光纤通讯系统采用环形结构，电力信息网也不成能采用树形结构。是以，电力信息网只能斟酌星形和环形结构相连系的折衷方案。
3.2星形网设计方案
　　在星形网络结构下，每座变电站与调剂中心之间都分配一条2M的光纤通道，但并非所有的变电站都具有这样的条件。在我国年夜城市，能分配出2M通道的变电站也只占20。而中小城市只占10。以兰州供电公司为例，能组建成2M星形的变电站共有9座，如图4所示。星形网的变电站端需要接口转换器，将2M同轴接口转换为100M的RJ45接口。在调剂中心用网络交换机接收星形网旌旗灯号。　　有些变电站既不能纳进2M星形网，也不能纳进环形网，由于这些变电站没有高速通道。对于这些变电站至少应提供一条64kb/s的数字通道，以便纳进星形网络。
3.3环形网设计方案
　　能被纳进环形网的变电站是那些不能直接提供2M通道，而又在光纤通讯网环上的变电站。在这些变电站中，按地舆散布距离地掏出若干组成令牌环网。以兰州供电公司为例，能组建成2M环形的变电站有很多。环内的变电站数目要凭据现实情况而定。一般的原则是：将环内能提供的2M通道数与通讯进行折衷。如兰州供电公司在东环网能提供两个2M通道，而环内有14座变电站需要进进电力信息网，是以在东环网设计两个令牌环网。如图5和图6所示。
　　令牌环网中的变电站端和调剂中心都需要一台令牌环网的路由器。路由器的设置装备摆设应具有两个2M接口和至少一个RJ45接口。由于若干座变电站共用一个2M通道，是以环形网通讯要低于星形网。主要体现在数据的延迟上。不外组建环形网络是折衷的方案，它比其它方式的自力通道的通讯要好得多。

4电力信息网络的性能评价
4.1星形网性能评价
　　星形网的传输延迟由3部门组成：变电站端数据包排队期待时间t₁、数据传输时间t₂和调剂中心排队期待时间t₃。
　　设：某座变电站的数据包生成率为l包/s，每一个数据包的长度为Lbit/包（数据包不等长时取平均值)，通道容为cbit/s，则
　
　　变电站端数据包排队期待时间为[4]
　
式中t_p为数据传布时间。
　　当调剂中心的网络速度为c_cbit/s，星形网内变电站数目为n时，有
网络服务率（单元为包/s）为

　　则调剂中心排队期待时间为
　
　
　　凭据统计分析，变电站的数据包生成率λ一般小于20包/s，每包长度L小于1500bit/包，星形网通道容c_c=2Mbit/s中心站网络速度c_c=100Mbit/s，光纤传布速度为5μs/km，网络半径为100kM，变电站数小于100座。所以τ₁<10μs，τ₂<1.2μs，τ₃<60μs，后星形网的总延迟小于1.3ms。完知足电力系统的实时要求。
4.2环形网性能评价
　　环形网的传输延迟由3部门组成：变电站端数据包排队期待时间τ₁、数据传输时间τ_i和调剂中心排队期待时间τ₃。
　　其中τ₁和τ₃的的分析方式同4.1节。数据传输时间τ_i由4部门组成：报文时宽τi₁、报文传布时间τ_ib、工作站延迟τ_id和令牌经由过程工作站时的延迟τ_ik。显然，当每座变电站的数据包生成率为λ_i时，系统的稳定条件是
　
式中N是环内变电站数目。
　　当τ_i1＜τ_ib τ_id，即报文时宽小于报文传布时间与工作站延迟之和时，则数据传输时间τ_i为常数D，即
　
　　当τ_i1＞τ_ib τ_id时，即报文时宽年夜于报文传布时间与工作站延迟之和。则数据传输时间τ_i为
　
　　凭据统计分析，光纤传布速度为5μs/km，网络半径为100Km，环内变电站数小于10座，报文传布时间τ_ib<2π×100×5=3.14ms,工作站延迟τ_id<2ms,令牌经由过程工作站时的延迟τ_ik<2ms，报文时宽τ_i1<0.75ms。由4.1节的结论，有τ₁<10μs，τ₃<60μs。
后环形网的总延迟小于43.1ms。基本能知足电力系统的实时要求。

5结论
　　电力信息网络的设计方案是在按重要、主要、次要将变电站分层，并充实斟酌了现有通讯网络的容和可行性的根蒂根基上设计的。如在通道容允许的情况下采用2M星形网络结构，而在通道容严重的地域则采用令牌环网络方式或64K星形网络结构。经由过程论证，得出了星形网和环形网都能知足电力系统实时数据传输要求的重要结论。否认了在电力系统中运用总线网和树形网的可能性。该系统的建成不仅可以知足决议计划支持系统的需求，作为2M的计较机网络系统，还可以支持其它网络营和电力系统数据同享。
参考文献
[1]洪宪平（HongXianping）．走向网络化的远动系统（Telecontrolsystemtendingtowardsnetwork）[J]．电力系统自动化（AutomatonofElectricPowerSystem），2001，25(6)：1-3．
[2]甘德强，胡江溢，韩祯祥（GanDeqiang，HuJiangyi，HanZhenxiang）．2003年若干停电问题思虑[J]，电力系统自动化（AutomatonofElectricPowerSystem），2004，28(3)：1-4．
[3]精英科技．网络协议年夜全[M]．北京：中国电力出书社，2001．
[4]毛京丽，张丽，李文海．现代通讯网[M]．北京：.北京邮电年夜学出书社，1999．