变电站现场通信网络架构及其关键技术研究

摘要

智能电网是实现“电力流、业务流、信息流”深度融合的、复杂的现代电网。变电站作为电网能量传递过程中的枢纽地位，其复杂性更加突出，表现为：①从电力流角度看，包括电力系统的输电、变电、配电大部分环节；②从业务流角度看，涉及变电站内部各个系统之间的业务流程整合，更扩展到与分布式新能源之间的深度互动；③从信息流角度看，业务流类型众多，流向复杂，实时性和可靠性要求高，海量数据处理与存储等。物联网技术由于具备全面感知、可靠传输、方便（分布式）处理等特色，有效促进变电站智能化的普及和业务流程效率提升。
　　然而，由于变电站应用系统的复杂性，使得变电站信息与通信系统呈现以下特色：①“数据流种类繁多，数据流向复杂，海量数据采集、传输、处理与存储，实时性和可靠性要求高”等特征；②由于变电站应用类型多而复杂，其信息与通信系统重复建设，增加了系统建设与运维负担，不利于系统之间信息实时交互；③传统网络层间无关设计思想，不利于整个信息通信系统性能提升。
　　ICT（Information and Communication Technology）融合是一种信息（IT）与通信（CT）融合技术，提供了平台化信息通信系统，可以更好的整合变电站信息流及其传输通道，适应变电站信息通信系统复杂性。SDN(Soft Defined Networking,软件定义网络)技术由于具备集中控制、网络虚拟化、网络行为可编程等特性，成为ICT的实现技术途径。
　　本文依托国家高技术发展计划（863计划）“基于物联网技术的输变电设备智能监测与全寿命周期管理”项目及国家电网公司“信息通信融合的层次化体系研究及仿真”项目，开展了电力系统的 ICT结构研究，在此基础上探索了变电站信息通信网络结构。重点开展了变电站现场网络平台和关键技术的设计。主要研究工作及创新点如下：
　　①采用一种改进的变电站信息通信网络结构——面向综合业务的、多剖面、平台化ICT融合结构；重点研究该ICT结构中的“平台化现场通信网络”的设计和实现。
　　②在变电站现场网络业务流整合研究中，采用一种改进的BIRCH聚类算法，并分析所改进的聚类算法对变电站ICT现场网络业务流整合的适应性。
　　③在变电站现场网络应用功能研究中，开展了基于 SDN技术的变电站 ICT网关路由器设计，并实现“多维交换”等关键技术。

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 智能电网ICT研究现状

1.3 SDN网络介绍和研究现状

1.4 研究内容和章节安排

2 变电站平台化现场通信网络需求

2.1 智能电网下变电站一体化信息平台

2.2 变电站现场信息通信网络现状

2.3 变电站ICT（信息通信网络）融合结构

2.4 变电站ICT融合下平台化现场通信网络需求

2.5 本章小结

3 变电站平台化现场通信网络结构设计

3.1 变电站传统现场通信网络结构

3.2 “接入+汇聚”二级现场网络平台设计

3.3 基于SDN技术的变电站现场网络平台设计

3.4 待解决关键技术

3.5 本章小结

4 变电站现场网络平台关键技术研究及实现

4.1 概述

4.2 变电站ICT系统现场网络业务流整合优化算法

4.3 基于SDN技术的变电站ICT网关路由器实现

4.4 本章小结

5 变电站现场网络平台多维交换功能测试与分析

5.1 基于SDN网络的多维交换功能测试

5.2 实验分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研课题

B. 作者在攻读硕士学位期间论文发表情况