电力配网数据通信网络IP地址规划计算方法

胡俊杨 魏畅

摘要：随着电力配网通信网络的发展，越来越多的配网业务采用IP技术通信,IP地址的重要性越来越突出。本文针对广东电网配网的通信技术手段，业务特点和业务网络建设规划等方面的需求，提出具体针对广东电网配网生产数据通信网的IP地址规划分配的计算理论技术方法，并特别重点关注系统性的研究结论和有针对性的技术方法。

关键词：IP地址，配网通信，EPON,智能电网，以太网

中图分类号：TM248 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: along with the power distribution network communication network development, more and more of the distribution network using IP technology business communication, the importance of IP address is becoming more and more prominent. This paper in guangdong power distribution network communication technology, business characteristics and business network construction planning, and other aspects of the demand, put forward some concrete in guangdong power distribution network production data communications network IP address planning of distribution calculation theory technology and methods, and in particular to focus on the systematic research conclusion and targeted technical method.

Keywords: IP address, distribution network communication, EPON, intelligent power grid, Ethernet

引言

IPv4是互聯网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，是第一个被广泛使用的、构成现今互联网技术基石的主要协议之一。在互联网络中提供网络层编码和寻址的功能，是所有其他上层应用的实现基础，在数据通信网络中发挥着重要的作用。

IP地址是参与数据网络通信的各个主体的重要标识，是路由寻址、网络分区、通信控制、数据流管理的主要参照参数主体，是IP数据包的唯一逻辑出口。IP地址的规划、分配和管理对于数据通信网络的建设运维和管理具有极其重要的意义。

近年来随着广东电网配网电力生产业务的发展，配网通信技术的不断丰富和发展，数据网通信（含XPON技术、WLAN、光纤以太网、电力线载波等等）已经成为配网电力生产业务的重要承载网络和技术手段，在配网业务的数据网通信中，IP地址的重要性也越来越突出。

对于IP地址在广东电网配网电力生产数据通信网络中的使用、规划和管理必须有科学、合理可靠的方法和规范，应该进行此方面的深入研究，以实现科学合理有效的利用IP地址，建设和实现更高效可靠的基于IP的配网通信网络。

本文重点针对在配网数据通信网络中采用不同技术手段情况下的网络IP地址计算方法进行研究探讨。

配网自动化系统的体系结构

根据广东电网各地区城区配电网自动化系统总体设计，通信系统采用三层两网架构。

一、通信系统的三层结构：

第一层为顶层通信主站层。

第二层为设置于变电站的通信汇聚设备层。

第三层设置于底层的通信终端层。

二、通信系统的两网结构：

第一网：主干通信网，用于连接通信主站层及通信汇聚设备层；

第二网：分支通信网，用于连接通信终端层及通信汇聚设备层。

配电网自动化通信系统体系结构如下图所示。

需求分析和地址需求数量计算

配网通信业务自身IP地址需求

由于配网通信业务不接入调度数据网,同时随着配网自动化的发展水平不断提高，近年来配网通信规约均已向104规约发展，业务自身均需要通过IP方式通信。

根据配电自动化系统的功能要求，配电网的数据类型分为以下几种：

状态信息：主要包含开关的分合状态、设备运行状态，配电网运行状态和故障信息。

测量信息：通过采样等手段获得的线路电压、电流信息以及功率、频率等派生计算量。

控制信息：包含由控制中心下发的遥控、遥调、设点等控制命令。

其他业务数据：包括计量、电能质量等。

对于配网通信业务而言，设IP地址需求数量为P,每地区供电局配网通信主站数量为21×X，配网通信子站数量为N，则配网通信业务的IP地址数量需求为(21地区局)：(X=4,设每地区主备调均双机备份，每个主站系统服务器使用IP地址数量不大于32)

P=21×X×32+N

不同通信技术组网对IP地址的需求

从通信网络建设的IP地址需求而言，主要是组网和网络管理的IP地址需求，组网IP地址主要是网络中的NNI接口(非业务端子的网络互联接口)需求，网络管理需求主要是网络设备的自身标识以及网络管理系统的IP地址需求。

根据采用不同通信和组网技术，对组网和网络管理IP地址的需求有如下分析：

以太网交换机光纤组网

以太网交换机组网可以分为商用以太网交换机和工业以太网交换机两种技术方式。

1）商用以太网交换机组网

商用以太网交换机组网方式借鉴了以太网络的通信模式，其网络组网一般采用分层分级、逐级汇接的模式，网络组网模型示意图如下：

在商业以太网交换机组网模式下，对组网IP地址的需求主要是网络互联及网络管理地址。

设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M, 参照南网十二五规划原则对于网络汇聚比的要求,取配网网络节点汇聚比为20，同时按照网络所有接入节点均双链路上联，则采用商业以太网交换机组网模式下的IP地址需求总数P的计算公式如下：

P=N+{(N/20)[汇聚节点数量]×40[每汇聚节点40条接入链路]×4[每链路4个IP地址]}+{ (N/20)×4[估算每汇聚节点4条上联及互联链路]}＋21(21个地区供电局)×M(一般情况下每配网调度中心网管系统设备数量不大于32)

2）工业以太网交换机组网

工业以太网交换机组网使用新型工业光纤以太网代替光纤收发器和光端机。这种模式的组网可采用光纤以太网环网，组网结构如下图所示：

在工业以太网交换机组网模式下，对组网IP地址的需求主要是网络互联及网络管理地址。

设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M, 同时由于以太网环网链路中每个环网交换机均独立组成自身接入网，则每设备具有2条上联及互联链路，所有接入节点均单链路上联，设每个环网交换机带10个接入节点，则采用工业以太网交换机组网模式下的IP地址需求总数P的计算公式如下：

P=N+(N/10)×2×4[每链路4个IP地址]}+ 21(21个地区供电局)×M(一般情况下网管系统设备数量不大于32)

SDH专线组网

采用SDH专线组网模式的情况下，网络由多个点对点通信链路组成树型结构，采用MSTP专线组网模式的网络模型示意图如下：

采用此种方式的情况下，由于以太网广播域的问题，上述树型SDH专线模型不能无限扩大，为避免广播风暴问题，每个树型区域建议设置为设备总数量100台，则采用SDH专线技术条件下的组网IP地址需求为：(设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M)

P=N+(N/100)+M

PON技术组网

目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，EPON是当前技术最为成熟，性价比最高，应用最广泛的PON技术。

由于PON设备的光路透明特性、在EPON的树型组网和双PON口手拉手组网结构的情况下，其组网IP地址的需求主要是ONU和OLT设备管理地址，以及OLT设备之间互联链路的地址（此互联链路为三层链路，按照每条链路4个IP地址计算）。

由于EPON设备的特性，每台OLT设备的每条光链路最多串接20台ONU设备，取有一定裕度的数值为10台，设网络总节点数量为N,取每台OLT设备出8个PON口,每台OLT设备有2条上联及互联链路，网络管理系统IP地址数量需求为M,则估算组网中IP地址数量需求如下：

1)树型PON组网结构IP地址

P＝(N/8/10)×2×4+N+M

2)EPON双PON口手拉手组网结构IP地址

P＝(N/8/10)×2(手拉手结构同一条PON链路需要两台OLT的两个PON口)×2×4+N+M

电力线载波组网

电力线载波通信（Power Line Carrier）组网与SDH专线组网方式类似，均可以看作是透明多条以太网专线以树型结构汇集到配网调度中心，整体网络结构示意图如下：

其组网IP地址的计算与SDH组网专线方式类似，IP地址计算公式如下：

P=N+(N/100)+M。

网络组网 IP地址计算方法总结

根据前述分析，采用各种不同组网技术条件下的配网通信IP地址计算分析公式如下汇总表：

结束语

随着广东电网公司配网通信数据网络建设及應用的进一步深化开展，配网通信中IP地址的应用重要性不断提高，在建设配网通信网络时，利用科学的计算方法和技术手段进行配网IP地址的规划和分配，可以大幅降低网络建设成本，提高运维管理效率。

参考文献

[1] 国家电力监管委员会令（第5号令）《电力二次系统安全防护规定》2005年

[2] TCP/IP 路由技术（第一卷）2001年

[3] MPLS和VPN体系结构2003年

[4]《中国南方电网电力数据网络运行管理规定》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。