张润润，薛令前
（国网西藏电力有限公司超高压分公司，西藏 拉萨 850000）
0 引 言
随着现代技术的飞速发展，智能电网对于通信网络的要求不断提升，加强对变电站现场通信网络架构的研究和分析，有助于提升电力流、业务流以及信息流的传递效率和整合处理水平，对于推动变电站的智能化发展、提高业务水平和通信能力有着积极意义。
1 变电站现场通信网络结构
变电站的现场通信网络主要为三层两网结构。三层包括站控层、间隔层以及过程层，其中站控层由主机服务器、控制中心、远动单元等组成，主要功能是提供操作界面，并实现对其他层设备的有效管理和控制，属于变电站的监管中心，还需要与监控、调度中心相连；间隔层包括进线保护及其测控装置、馈线保护及其测控装置、主变保护及其测控装置、母联保护及其测控装置以及交换机，主要负责系统测控、保护、计量等，可以控制过程层，并受到站控层控制；过程层包括互感器、合并单元等，与一次设备相连，负责一次设备的控制与状态监测[1]。两网指独立的过程层网络和站控层网络。这种通信网络结构的主要优势在于过程层网络与站控层网络相互独立，每个层次的网络节点相对较少，实际管理便利，通信效率较高。由于间隔层有着承上启下的作用，网络负担相对较重，投资成本高。此外，该结构无法支持管理类系统，不同系统之间严格分离，难以实现平台化管理。
2 变电站现场通信网络架构设计
2.1 通信网络结构
2.1.1 网络结构设计
二级现场通信网络在原有网络结构的基础上合并了过程层总线和站控层总线，有效提高了变电站的监测与控制效率，实现了数据共享，并且能够承载其他管理类子系统的通信业务，实现了通信网络的平台化、一体化，提高了总线利用率和系统自动化水平。优化设计后的二级现场通信网络结构如图1 所示。
图1 通信网络结构
2.1.2 网络性能分析
二级现场通信网络结构有效实现了信息共享，能够更好地兼容不同子系统的业务，促使智能变电站的优势作用得到更好的发挥，其主要网络性能如下。
（1）业务隔离性能方面。变电站实际运行过程中涉及的子系统和业务类型相对较多，如资产管理、内部视频监控等多个方面，为提升资源利用率，保障系统运行的高效性，需要结合实际情况合理规划网络资源。此外，各系统之间还应实现安全隔离，合理规划网络隔离机制，同时提高日常维护管理的便利性。对此，可采取虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）技术，达到网络隔离效果[2]。
（2）网络平台化演进方面。优化后的二级通信网络接入了变电站现场的大部分生产业务，实现了平台化管理。但在实际利用交换机接入多个子系统的过程中存在一定风险，因此实际运用过程中应着重加强对于以下风险因素的控制。第一，交换机承担更多责任，一旦出现故障问题，则会导致整个系统瘫痪，对此可采用冗余机制，虽然提高了系统的复杂程度，但是能够有效避免网络环路；第二，汇聚交换机的流控机制仅限于网络二、三层业务粗识别，难以实现对于业务的精准识别和区分；第三，二级通信网络结构相对较为烦琐，灵活性相对较差。
（3）通信网络适应性方面。该网络结构能够实现电子设备之间信息的透明传输，与信息网络之间相互分离，整体统一性不足，可能会造成网络资源的浪费。
2.2 SDN 网络架构平台
SDN 网络架构具有集中控制、开放接口以及网络虚拟化的特点，能够实现通信网络的有效融合，对于智能变电站的平台化管理有着积极作用。基于SDN的变电站现场通信网络架构如图2 所示。
图2 基于SDN 的变电站现场通信网络架构
该网络结构能够承载变电站生产和管理类业务，实现了变电站的集成控制。同时，基于SDN 结构的网络虚拟化功能，还能实现业务平面之间的有效隔离，包括计量网络平面、视频网络平面、数据采集与监视控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）网络平面以及SDN 基础网络平面，可实现资源的动态供给，充分满足不同功能的实际通信需求，同时节约网络资源。此外，SDN 网络还具有较强的业务感知能力、编程能力以及网络自动化能力，能够实现网络架构的动态重构，具有较强的灵活性，可为上层业务运行提供良好支持，保障通信的实时性和可靠性。通过感知服务器的使用情况，能够自主选择合适的服务器，保障网络运行效果，避免结构过于烦琐。最后，SDN 通信网络架构还具备业务预处理功能，有助于降低电子设备的通信压力[3]。
3 变电站现场通信网络架构以及平台搭建所需的关键技术
3.1 时延测量技术
变电站实际运行的过程中，通信网络架构的效率和水平需要通过时延测量确定，因此时延测量是评价变电站通信网络的主要指标之一，通常指传递一条报文信息需要的时间。为保障变电站运行的可靠性和控制的有效性，需要尽可能缩短时延影响，实现信息的高效传递和有效同步，同时还应降低外界干扰影响。在实际利用时延测量技术的过程中，可通过无源光网络（Passive Optical Network，PON）同步功能展开时延测量，需要着重把控的指标参数包括驻留时间、路径时延以及总时延。为确保系统能够在最短的时间内实现报文传输，需要结合测量结果合理调整检修数据，有效解决故障问题，确保定位准确，尽可能提高故障排查和维修的效率。为实现网络资源的有效利用，保障信息传输的安全性，还应对报文传输业务进行隔离处理，保障时延的独立性，尽可能消除业务之间的影响，确保传输过程稳定可靠，具备较高的传输效率。
3.2 无源光纤技术
在实际构建变电站现场通信网络架构时，需要将核心交换机与相关设备连接在一起，此时需要使用PON 技术接入设备，并通过交换机实现设备之间的数据信息交换。PON 主要由交换机、光缆网络等多个设备和结构共同组成，实际运用过程中需要将多个终端设备接口集合成为PON 接口，然后通过同一个光缆网络与交换机相连，实现设备之间的数据信息交换和联通共享。借助PON 能够有效提升交换机的接入能力，实现数据汇集，同时该技术的运用还有助于缩短数据传输延时，具备灵活的拓扑结构，可在变电站中任何位置接入，有效提高了网络架构的运行水平[4]。
3.3 业务流整合分析
通信网络架构的构建过程中，为降低网络时延，保障信息传输的可靠性和有效性，需要具备良好的业务流整合能力。对此，在实际构建网络架构时，应加强对于业务流整合算法的研究，确保业务流节点处理和调度的科学性、合理性，实现通信流量的有效控制和识别，保障通信质量效果。首先，需要展开流量预处理。根据网络节点的相关参数进行流提取，然后根据流的方向展开数据包评估。其次，特征提取。借助分析框架，提取并处理流量的属性特征，主要包括时间、包长、宽带、虚拟网、优先级以及流向，并展开归一化处理，再借助离差标准化算法明确属性值完成计算分析。最后，特征值选择。分析数据属性，确定最小数据属性集合，促使数据特征结构尽可能与原始数据相似，以此提升聚类的有效性，同时达到节约时间和空间的效果，并根据变电站的实际业务情况和特点选择最佳特征子集。此外，明确簇映射规则，进行聚类算法的建模。基于聚类模型展开仿真分析，对网络运行状态展开测试分析。
3.4 网关路由器实现
实际展开变电站现场通信网络架构设计的过程中，由于信息与通信网络之间的关联程度有限，使得数据处理时效难以得到有效提高，而虚拟网络机制可能会影响不同系统之间信息的交互数量，导致系统负荷过大。对此，应合理展开网关路由器的设计[5]。一方面，应结合实际需求优化多播通信流量方案，结合控制器优先处理流量，并建立多播生成树，保障终端寻址有效。另一方面，根据交换机映射关系合理控制管理列表，同时配合媒体存取控制位址（Media Access Control Address，MAC）展开业务分析，并判断目的地址是否为组播IP。若是组播IP，在分析的过程中还应进一步对交换机进行判断。详细工作流程如图3 所示。
4 结 论
设计变电站现场通信网络架构的过程中，应充分结合实际情况和子业务功能通信需求，尽可能提高网络架构的灵活性和可靠性，通过构建通信网络架构或者SDN 网络架构平台，实现通信网络的有效集成和数据共享，尽可能减轻间隔层设备网络负担，实现资源的动态分配和有效利用，减少资源浪费。在此过程中，涉及的主要技术手段包括时延测量技术、无源光纤网络技术、业务流整合算法以及网关路由器的实现，能够为变电站通信网络结构的稳定性、可靠性以及实时性提供良好保障，促进变电站的持续稳定发展。
