与无线自组网相结合的配电网自动化通信网络设计研究.pdf

与建 材装 饰 2016 年 6 月 与无线自组网相结合的配电网自动化通信 网络设计研究 徐莉莉 （安徽光华电力工贸有限责任公司安徽 来安县239200） 摘要：配电网自动化系统作为智能电网中重要的组成部分，随着智能电网的发展，该系统也逐渐的提升对通信网络 的要求，为了充分的满足配电网自动化系统的要求，就需要发展能与之相匹配的通信技术。 无线自组网是一种先进的通信 技术，将此种技术应用到配电网自动化系统中后，不仅可以实现良好的通信，而且可提升系统运行的可靠性，从而保证智 能电网稳定的运行。 在本文中，以无线自组网为基础，阐述了设计配电网自动化通信网络的方法。 关键词：无线自组网；配电网自动化；通信网络；设计 中图分类号： TM76文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2016） 25-0212-02 前 言 电力企业在运行的过程中， 通过先进技术及设备的应用提升 发电的质量， 并将运行成本适当降低， 实现这一目标过程中， 配 电网自动化有着不可替代的作用。现阶段， 配电网自动化系统在 运行时， 还存在供电可靠性差等问题， 进而影响整个电力系统的 运行。为了解决配电网自动化中存在的问题， 需要加大发展的力 度， 而首要的问题便是建设与之相配的通信系统。基于此， 本文 采用无线自组网技术， 研究设计了配电网自动化通信网络。 1 配电网自动化的通信方式 1.1 有线通信方式 （1） 专线。通常， 双绞线或音频电缆专线比较常用的线缆， 用 户端与终端进行通信时， 以 polling 方式实现， 数字信号在 Modern 的作用下， 转换成为模拟信号， 再由专线进行传送， 通信1200bit/ s 或10km 时， 均可以采用专线。 （2） 配电线载波。此种通信方式中， 以现有电力架空明线， 或 者地理电缆为基础，语音及数据的传输利用配电载波设备来完 成。采用配电线载波方式通信时， 通过现有线路即可实现， 不需 要另架设通信网络， 降低通信成本， 而且由电力部门管理其安全 性， 便于管理1。 （3） 光纤通信。 此种通信手段的信息载体为光波， 采用的通信 网络主要有两种形式， 一种为光纤环网， 一种为光纤以太网， 具 有比较高的传输效率， 良好的稳定性， 综合数据的传输可有效实 现。 1.2 无线通信方式 （1） GPRS/CDMA。GPRS/CDMA 是一种公共无线网络， 通信 时， 以其原有的线路即可实现， 额外通信线路并不需要铺设， 节 省了通信成本， 可有效的弥补光纤通信方式存在的不足之处。 （2） 宽带无线通信技术。110kV 变电站与其附近的多数配电 网用户之间的距离可被城域覆盖范围包含时，通信方式即可选 择为宽带无线通信技术， 微波存取全球互通、 本地多点分配业务 等均为宽带无线通信技术中比较常用的技术。但如果距离在城 域覆盖范围之外时， 如果仍然采用此种通信技术， 那么其通信会 受到外部环境较大的影响。 （3） 无线扩频。此种通信方式的通信网络可在较短的时间内 完成， 且可灵活快速的组网， 主站与子站之间的数据通信可通过 此种方式实现。 1.3 有线通信方式与无线通信方式比较 由表 1 可知， 有线通信方式及无线通信方式中的各种具体方 式优缺点各不相同， 应依据实际的配电网通信情况进行选择。 2 与无线自组网相结合的配电网自动化通信网 关设计 2.1 终端总体设计 在 WIA 中， IEEE802.15.4 通信协议为其网络标准， 通信速率 通信方式传输媒介 传输速度 （bit/s） 传输距离优点缺点 有线 专线音频线3004800长 快速建设， 维 护简单 传输速率不 高， 抗干扰 能力低 配电线载波 中压/低压 配电线 不超过 28.8k 5km （地埋电 缆） 或 15km （架空线） 建设投资少， 便于维护 传输速率不 高， 干扰能 力非常差 光纤通信 单模/双模 光纤 百兆级长 大容量通信， 高传输速率， 强抗干扰能力 成本高， 缺 乏灵活性 无线 GPRS/CDMA 自由空间 低于 128M 低于 50km 广泛信号覆 盖， 灵活性好 安全性及可 靠性差， 费 用高 宽带无线通 信技术 自由空间 低于 75M 低于 50km 带宽大， 传输 质量较好 技术发展水 平尚不高 无线扩频自由空间 低于 128M 低于 50km 频点不需要申 请 成本高 表 1 各种配电网通信方式的比较 电力建设 212 与建 材装 饰 2016 年 6 月 比较快， 可达到 250kbps。系统网络所包含的接入点是比较多的， 与无线自组网相连接， 并连接其他网络， 主要功能为监测和管理 网络性能， 同时， 对所有网络设备进行桥接。IEEE802.16 通信协 议为 McWILL 宽带无线网络的标准， 其与 WIA 的差别比较大， 二 者分别采用不同的分组格式， 网关设备在通信之前， 首先要分析 分组， 然后再数据重组目的网络协议类型， 完成转换协议。本文 在设计 WIA 网关时，采取的方式为模块化，依据具体功能， 将 WIA 网关划分为多个模块， 每一模块具备独立的功能。 设计 WIA 硬件时， 主要包含的模块有三个： 设计 IMEM170 主控电路模 块； 设计存储系统模块； 设计串口通信模块。 2.2 硬件设计 （1） 主控模块设计。 硬件设计中， 该模块的设计属于核心性工 作， 选择芯片时， 终端处理数据对速度的要求应充分考虑。通过 分析现场应用需求可知， 主控模块的 CPU 应采用双内核， 以实现 高速分析处理数据信息， 并实现 AMR 控制， 同时， 数据转发、 大 容量存储、可扩展也应为具备的功能。IMEM170 为一种终端模 块， 属于嵌入式， 专用于电力系统中， 该模块能够快速的读取数 据， 而且可以存储大量的数据， 便捷的与其他网络设备相连接， 通信接口包含多种模式， 直接连接终端2。在主控制模块中集成 软件模块，录入和修改软件程序时，调试以串口形式进行。在 IMEM170 模块内部， 以 DTT6C01B 双内核芯片为 CPU， 性能非常 高，处理信息时具有非常大的灵活性， GSM、 McWILL、 SCDMA 等 通信方式均可有效支持。 （2） 存储器电路设计。存储启动代码、 用户存放数据等为FLASH ROM 的主要用途。 断电时， 此存储介质依然可以包成存储数据信 息， 擦写数据的单位为块， 并且可实现较为快速的擦写。设计硬 件电路时， NORF LASH 所采用的为 IntelE28F128J3A 型。 RAM 版 本运行时， 内核空间存放于 SDRAM 中， 同时， 应用程序以及系统 的数据也存放在 SDRAM 中。通常， Linux 系统内核空间在存放 时， 需求的存储空间约为 1MB， 再加上网络支持、 用户程序、 相关 数据等因素， 将 SDRAM 扩张， 变为 32MB。在 CPU 外围， 合并两 片 HY48L8H16A2， 使 SDRAM 的配置变为 8M32 位。分配 CPU 外围空间时， 内部存储空间选择为 0x000000000x0FFFFFFF， 外 部存储空间选择为 0x100000000x8FFFFFFF，以 CS0 作为 NANDFLASH 的接片， 以 CS1 作为 SDRAM 两片的公用片。 （3） 串口电路设计。 串行通信接口中， 标准的为 RS-232， 串行 通信功能实现时， TXD、 RXD 以及 GND 均可以实现。对于高电平 信号与低电平信号， RS-232 标准与 CPU 的 TIL 电路所给出的定 义并不相同， 因此， 二者之间实现通信时， 转换电平是必须要进 行的步骤。本设计中所选择的电平转换芯片为 MAX3232。 2.3 软件设计 （1） 主控模块软件设计。 系统软件实现时， 关键在于保证主控 模块正常运行， 主控模块的功能比较多， 比如下层硬件驱动的协 调、 实现程序的配置等。设计软件过程中， 首先进行初始化， 接着 软件与主控模块以及 WIA 模块交换相应的信息，接收这两个模 块发出的指令， 经处理之后形成数据， 协议解析之后， 终端对其 接收， 并处理3。串口与网卡的工作处于正常状态中时， 硬件及软 件被启动， 相应程序在核心控制模块控制下运行。 （2） 串口电路软件设计。串口程序判断时， 采用中断方式， 初 始化过程中，配置串口首先中断，接着运行串口中断服务子程 序， 对此过程中断产生与否进行判断， 如果中断并未产生， 则对 帧结构的正确性进行判断， 重新运行上一步程度， 如果中断已经 产生， 中断接受后， 将下一步数据接受服务子程序启动， 并将中 断清除， 数据开始传输。 3 结 论 通过无线自组网技术， 从硬件及软件两个方面设计了配电网 自动化通信网络的网关，提高了配电网系统的通信性能及通信 速率， 在一定程度上解决了以往通信中存在问题， 提高了配电网 自动化通信的可靠性， 进而保证配电质量， 促使整个电力系统的 供电质量提升， 保障电力系统运行的稳定性。 参考文献 1戴强晟， 王少荣.SimpliciTI 无线自组网在配电