姚重阳 高启明
国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司 河北省 石家庄市
摘要：智能变电站在智能电网中不仅是保护、测控等功能的实现，也是构建网络集成平台的基础。通信网络是实现变电站自动化的关键，作为主站和变电站的传输通道，实现了整站的信息共享，其可靠运行对电网的正常运行至关重要。通过查阅资料发现，在智能变电站网络的研究中，国内外学者主要对通信的实时性和可靠性进行研究，对网络状态评价方法的研究很少。本文在智能变电站体系结构的基础上，结合模糊C-均值聚类（fuzzyC-meansalgorithm,FCM）与T-S模糊神经网络（T-Sfuzzyneuralnetwork,TSFNN），建立基于9个评估指标的智能变电站网络状态评估模型，并通过实例验证模型的有效性和可靠性。
关键词：变电站；通信网络；建模
引言
在中国，变电站自动化系统已经应用超过几十年，变电站自动化系统的发展为电力系统的安全稳定运行发挥着极其重要的作用。随着信息化浪潮的推进，电力系统结构日趋复杂，对自动化系统传输信息能力提出了更高的要求，因此研究智能变电站通信网络结构基础及其模型具有现实意义。
1系统概述
在变电站过程级网络通信中使用面向对象的通
用变电站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）和采样测量值（sampled measured value, SMV）传输技术时，可靠的通信网络对于确保继电保护的及时性和可靠性至关重要。智能变电站网络包括站控层、间隔层、过程层、位于站控层与间隔层之间的站控层网络和位于过程层与间隔层之间的过程层网络。
2智能变电站通信网络特点
智能变电站的主要功能是运用先进的计算机软件和硬件技术，或者运用泛人工智能技术代替人工进行广泛的通信操作，其主要由监控单元、通信总线系统及监控云端构成，同时基于智慧的二次设备搭载最先进的网络通讯技术，运用强大的计算机计算能力处理变电站各类型传感器的数据，实现变电站通信网络的综合功能。智能变电站是智能电网的重要组成部分，具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本特征。信息通信网络是实现智能变电站的基础，且变电站业务对通信的实时性、可靠性和安全性有着极高的要求[2]。随着智能电网的进一步发展，提出了全站统一组网的需求，即智能变电站通信网络的结构向着站内所有智能电子设备（IED,IntelligentElectronicDevice）接入同一网络的模式发展。这种组网方式可以最大程度地实现信息共享、提高网络效率，但同时也会加大网络负载和网络时延的不确定性。
3系统可靠性评估
全面了解系统的物理布局，可靠性数据以及维护程序，才能开始可靠性评估。在可修复的系统中，可以通过自检或手动测试程序来检测电子组件中的故障。然后可以修复有问题的组件或将其替换。如果不能及时发现所有故障设备，将影响整个系统的可靠性。因此，在考虑和不考虑维修的情况下，都要检查系统的可靠性。由于整个变电站自动化系统（ＳＡＳ）可以看作是串联和并联结构的复杂组合。对于不可修复的系统，假定其组件的故障率具有恒定值Ａｉ。尽管维修率是无限的，这意味着一旦组件进入故障状态，就永远无法返回正常。假设变电站组件的故障大致呈指数分布。考虑组件修复率时，使用马尔可夫模型可显示组合系统处于向上或向下状态的概率。通过进行等效过渡率的概念以计算组合系统的等效修复／故障率。平均故障时间（ＭＴＴＦ），平均维修时间（ＭＴＴＲ）以及整个系统的可用性。
3.1网络负载的模型
变电站通信自动化系统存在两种主要的信息源，包括周期性信息和突发性信息，其具有不同的显著特点，需要分开建模。针对过程层网络的周期性信息建模技术，其采集到的的电压和电流信号的周期采样值在不同的过程层之间相互传输，在这个过程中对变电站通信自动化系统的快速性具备特别高的要求。对于突发性信息，例如脉冲信号，这是变电站通信自动化系统中必不可少的关键信息，变电站通信自动化系统需要重点记录和处理。基于IEC61850芯片对突发事件为通用对象的模型进行定义，为突发性信息的相关模型进行建模。和先进报文处理装置一样，为对节点通信协议在处理报文的速度方面做出快速有效提升，能优化变电站通信自动化系统处理突发信息的能力
3.2密钥管理
公钥密码学最大作用是数字签名，提供端对端的身份鉴别。在公开密钥体系中，密钥由公钥和私钥组成；私钥主要用作数字签名，提供不可否认性；公钥用来解密，验证用户身份。在该系统中，公钥的真实性与完整性，私钥的机密性是该体系的最大挑战。因此，在变电站网络安全系统中，安全可靠的密钥管理是必要的前提条件。密钥管理涉及密钥从产生到销毁的全过程，其中密钥的分发与存储是最大的难题。在公开密钥体系中，实体需保证私钥的私密性，而公钥通过数字证书的方式进行公开发放。数字证书包含了实体的身份标识、公钥、有效期等信息；可信机构负责对实体身份等信息的真实性、完整性审核，经数字签名后进行证书颁发。数字证书实现了实体与公钥的绑定，在它们之间建立了一种信任与验证机制。在公开密钥体系中，密钥生成的可靠性，私钥的私密性，实体身份可信验证以及对失效证书的处理是密钥管理的关键环节.
3.3 HDWRR队列调度算法
根据智能变电站通信业务对实时性的不同需求，可分为实时业务和非实时业务。文件传输信息对时延无具体要求，能够到达目的端即可，属于非实时业务；而其余业务均有不同的时延要求，如果超出规定时延，可能导致智能变电站中的设备无法正常运行，属于实时业务。当实时业务与非实时业务发生冲突时，应优先传输实时业务，以保障其实时性；同时，在对各类实时业务进行调度时，不仅需要保证关键业务的实时性，还要保证实时业务都有得到传输的机会。SPQ算法的严格优先级策略可以首要保证实时业务的实时性。DWRR算法的轮询策略可以保证实时业务之间的公平性，权重赋予策略可以防止各业务流之间的相互影响和保证跳闸命令等时延敏感性业务的实时性能，且算法复杂度低，便于交换机实现。但是，两者分别使用时无法同时保障对实时业务的优先调度和实时业务之间的公平调度。为此，本文结合两者的优点，通过将SPQ算法和DWRR算法嵌套的方法设计了更适用于智能变电站通信业务的队列调度算法—HDWRR算法。
结束语
针对现有的智能变电站通信网络状态评价中存在过多人为因素的问题，提出一种基于T-S模糊神经网络和模糊C-均值聚类的智能变电站通信网络状态评价模型。通过实例验证了模型的有效性和可靠性。结果表明，该方法能有效地评价智能变电站的通信网络。根据实验室现有的设备和数据规模，对智能变电站通信网络评估方法的研究尚处于初级阶段。基于此，逐步改进和完善将是下一步工作的重点。
参考文献
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