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面向泛在电力物联网的智能配用电信息采集业务通信分析

更新时间：2019-12-21 13:46:23 大小：6M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：电力物联网 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

泛在电力物联网的建设对配用电通信网的经济性、安全性、可靠性提出了更高的要求,科学合理的通信网络架构和配置方法是亟待研究的问题.文章首先提出了面向泛在电力物联网的智能配用电通信网络架构,分析了智能配用电业务的通信性能约束;然后针对配用电信息采集类业务,建立了基于排队论的通信带宽计算模型及以带宽利用率最大化为目标函数的带宽优化模型,并以某智能配电房改造项目为应用场景,求解并分析了其业务延时、丢包率、带宽利用率与带宽配置关系;最后借助OPNET仿真平台验证了所提方法的可行性.

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第 40 卷 第 9 期  
2019 年 9 月  
电ꢀ 力ꢀ 建ꢀ 设  
Vol. 40,No. 9  
Sep. 2019  
Electric Power Construction  
面向泛在电力物联网的智能配用电信息  
采集业务通信分析  
沈博，蔡泽祥，戴观权，郭采珊  
(华南理工大学电力学院,广州市 510640)  
摘ꢀ 要: 泛在电力物联网的建设对配用电通信网的经济性、安全性、可靠性提出了更高的要求,科学合理的通信网络架  
构和配置方法是亟待研究的问题。 文章首先提出了面向泛在电力物联网的智能配用电通信网络架构,分析了智能配用  
电业务的通信性能约束;然后针对配用电信息采集类业务,建立了基于排队论的通信带宽计算模型及以带宽利用率最  
大化为目标函数的带宽优化模型,并以某智能配电房改造项目为应用场景,求解并分析了其业务延时、丢包率、带宽利  
用率与带宽配置关系;最后借助 OPNET 仿真平台验证了所提方法的可行性。  
关键词:泛在电力物联网;智能配用电;排队论;OPNET;通信分析  
Communication Analysis of Information Collection Services in Smart  
Distribution System towards Ubiquitous Power Internet of Things  
SHEN Bo, CAI Zexiang, DAI Guanquan, GUO Caishan  
(School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)  
ABSTRACT: The construction of Ubiquitous Power Internet of Things asks for more stringent requirements on the  
economy, security and reliability of the communication networks in distribution system. Therefore, a well-designed  
communication network architecture and configuration method is essential to address this issue. First, this paper proposes a  
communication network architecture for Ubiquitous Power Internet of Things. Then, the communication performance  
constraints of smart distribution services are analyzed. According to the characteristics of the information collection services,  
a communication bandwidth calculation method based on queuing theory is established, whose objective function is the  
maximum of bandwidth utilization. On the basis of a reconstruction project of a smart distribution station, the service delay,  
packet loss probability, bandwidth utilization and bandwidth configuration relationship for the information collection services  
are calculated. Finally, the feasibility of the proposed method is verified by the OPNET modeler platform, which reveals that  
the proposed method in this paper is technically practical.  
This work is supported by National Natural Science Foundation of China(No. 51577073).  
KEYWORDS: ubiquitous power internet of things; smart distribution; queuing theory; OPNET; communication analysis  
中图分类号:TM 73ꢀ  
ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码: Aꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 文章编号: 1000 -7229(2019)09 -0027 -08  
DOI: 10. 3969 / j. issn. 1000 -7229. 2019. 09. 004  
智能配用电通信网络的研究缺乏科学有效的指导方  
0ꢀ 引ꢀ 言  
法,无法量化分析通信网络的性能优劣,因此需要研  
究泛在电力物联网背景下的智能配用电通信网络分  
析方法。  
随着泛在电力物联网建设进程的有序推进,配电  
侧接入的设备数量将达到海量级别,接入方式更加灵  
活,与此同时将衍生出许多新业务,如低压可视化、需  
求侧响应等,这些新业务经配用电通信网传输,对配  
用电通信网的经济性、可靠性、安全性等提出了更高  
的要求[1-3] 。 但是,目前针对面向泛在电力物联网的  
目前,我国对于配用电通信网络的研究主要集中  
在通信组网方式[4-6] 、带宽预测与分配[7-10] 、网络安全  
与保护[11-12] 等几个方面。 文献[13]提出配电通信业  
务断面模型,并分析了不同业务断面的流量计算方  
法。 文献[14] 基于深度学习中的受限玻尔兹曼机  
(restricted Boltzmann machines, RBM)模型预测电力  
基金项目:国家自然科学基金项目(51577073)  
万方数据  
ꢀ 27  
http:ꢀ  
电 力 建 设  
2019 年 9月  
泛在电力物联网  
业务需求的通信带宽流量,有效提高了业务流量测算  
的准确性。 针对现有经典弹性系数法[7] 带宽预测方  
法缺乏考虑业务流量动态特性和整体自相似流量预  
测带宽法[9] 带宽预测精度低的不足,文献[15] 提出  
了一种基于混合流量预测的用电信息采集业务带宽  
预测方法,进一步提高了预测精度。 文献[16] 梳理  
了现有断面业务预测方法存在的不足,建立了改进后  
的电力通信业务预测模型,经过实例对比分析,改进  
后的方法提升了预测准确性和资源配置水平。 以上  
各种带宽预测方法倾向于以变电站为业务断面的带  
宽计算,虽然在一定程度上解决了配用电业务通信带  
宽预测问题,提高了带宽利用率,但缺乏仿真实验的  
验证支持,其计算结果缺乏说服力。  
条件、以带宽利用率最大化为目标函数的带宽优化模  
型。 然后,以智能配电房为应用场景,定量分析各型  
智能配电房信息采集业务时延、丢包率、带宽利用率  
与带宽配置的关系,并给出最优预测带宽。 最后,借  
助 OPNET 仿真平台对本文提出的带宽计算模型进  
行验证。  
1ꢀ 智能配用电通信网络与业务分析  
1. 1ꢀ 通信网络架构  
终端设备是电网信息感知的基础载体,随着物联  
网技术的快速发展,配用电侧终端设备由原有的哑终  
端逐步向智能终端演进,并借助配用电各级通信网、通  
信模块将终端状态和产生的数据传送到平台层,实现  
终端可控、可管、可互通。 根据泛在电力物联网的感知  
层、网络层、平台层和应用层 4 层结构,本文提出了面  
向泛在电力物联网的智能配用电通信网络架构,主要  
包括本地通信网和远程通信网 2 部分,如图 1 所示。  
基于上述问题,本文提出面向泛在电力物联网的  
智能配用电通信网络架构,分析智能配用电业务类型  
及其通信性能约束,针对配用电信息采集类业务,建  
立基于排队论的带宽计算模型和以通信性能为约束  
图 1ꢀ 面向泛在电力物联网的智能配用电通信网络架构  
Fig. 1ꢀ Communication network architecture of intelligent distribution for ubiquitous power internet of things  
ꢀ ꢀ 本地通信网是指配用电物联网感知终端与边缘  
物联网关之间的通信网,由于传输距离较近且物联网  
终端设备数量多、差异性大、协议不一,所以应满足灵  
活组网、低功耗、低成本、差异化、全覆盖的通信需求。  
远程通信网指边缘物联网关与配用电物联网主  
站平台之间的通信网,由于传输距离长,所以应满足  
低时延、高可靠性要求。  
配用电物联网平台,并转发主站下发的操作控制指  
令;二是边缘计算功能,针对实时性要求较高的业务,  
边缘物联网关可远程下装配用电应用 APP,实现业务  
的本地快速处理。 本文仅讨论边缘物联网关作为数  
据网关机的数据采集功能。  
1. 2ꢀ 智能配电网业务分析  
按照数据类型划分,智能配电网通信业务可分为  
语音业务、数据业务、视频业务和多媒体业务[17] 。 按  
照数据典型应用场景划分,智能配电网通信业务总体  
上分为控制类和采集类两大类。  
边缘物联网关作为联接本地通信网和远程通信  
网的重要载体,满足物联网平台接入的物联网协议组  
件和终端通信插件,实现其向上接入配用电物联网平  
台,向下快速集成海量异构终端。 边缘物联网关主要  
部署在配电房、台区、开关站内,其核心功能主要包括  
2 部分:一是数据网关机功能,将采集的数据上传到  
控制类业务主要包括配网保护与控制、配网自动  
化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控等。 随着  
精准负控、分布式能源接入等新业务的快速发展,控  
万方数据  
ꢀ
ꢀ 28  
http:

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