关于集成电路在电力通信网中的应用思考

苏章伟

【摘要】 电网安全与电能质量的保障必然要依靠集成通信电路的发展，本文主要对于集成电路在电力通信网应用进行重点探讨，从三个层次进行论述，指出各层典型的集成电路各自特点和优势，并进行相关的总结和对此，最后指出电力通信用集成电路的发展方向。

【关键词】 智能电网 电力通信网 集成电路 通信

一、引言

目前，坚强智能电网则是我国全面电网建设的目标，其通信系统的特点则是体现出实时性、双向性、高速性和集成性。在柔性电力体系、双向通信系统中，能够保证电网安全，有效提高电能质量，具体实现相关的电路拓扑管理、受扰后电路自动重配、故障定位以及电网系统的负荷评估等功能。但是通信技术在电力系统中发展十分迅速，包括多种技术，主要有无线通信、电力线载波通信、光纤覆盖技术、RS485总线技术等。不同技术都有着自己不同的特点，在链路及终端价格、通信距离、带宽、保密性等各个方面都有各自优势，为了满足未来电力通信网的灵活、高速特点，必然根据系统需求进行相关的综合通信技术发展。文主要针对集成电路在电力通信网中的应用进行具体分析和讨论。

二、集成电路在电力通信网应用分析

电力通信网中的通信系统经过分析，一般在逻辑上可以简单分为三层，即物理与网络层、传输层和应用层。不同的集成电路都在每一层相对应的使用，同时，这样多层协议也集成在集成电路中。在物理层中，主要包括数据的打包、翻译网络地址到对应的物理地址，可靠性传递数据、物理连网媒介；在传输层中，则主要负责数据的加密、解密等、相关的数据安全等方面；在应用层中，主要负责格式化在网络能理解的方案下的数据，并且能够根据要求的网络类型的不同而进行不同类型你给的格式化处理。

2.1 物理与网络层

（1）RS-485。在机电一体化产品、多媒体网络、仪表、仪器以及其他工业控制中，已经广泛应用相应的RS-485接口芯片。在飞速的智能电网发展过程中，联网实现数据和控制信息的交换成为一种必然，这在继电保护设备、电网一次设备等各种电力设备中更是基本要求。其中，联网功能并不能在RS-232芯片中实现，这是因为其是点对点的通信方式。而对于RS-485接口芯片来说，则不存在这个问题，能够在不同场合选择不同的功能要求的RS-485接口的芯片来使用，完全能够满足电力设备的通信要求。通过应用RS-485接口芯片，为了保证智能电网的安全与稳定，应该保证芯片具有通信速率快、终端匹配性好、光电隔离特点，并且能够进行有故障保护、抗电磁干扰和终端反射、抗静电雷击的功能。

（2）光纤。在光纤通信系统中，主要有三部分组成，包括光发送机、光纤和光接收机。发送的信号由发送机首先经过一定的模数转换，带有信息的光波的发出，则是利用相关的转换后的数字信号调制发送机的光电器件来实现。光接收机能通过光纤传输而接受到光波，光波中的数字信息也就能够相应解调，这在一次的光纤通信全过程中，就完成了数模转换恢复原始信号的过程。光纤通信系统的基础则是集成电路，其对于光信号的调制、解调、放大、检测具有非常重要的作用，能够保证光信号的顺利通信。在未来的智能电网的光纤通信系统中，应该充分综合利用并且统一规划相关的各类数据、图像和语音通道，这样能够把继电保护、电网自动化、和管理信息系统相关的数据信息进行有效整合，能够有效保证电力系统安全稳定运行，所以说，光纤通信将会成为电力系统生产生活中非常重要的内容。

（3）PLC。双向通信能力需要在电网中具备，以满足现代电网的智能化要求。对于电力线载波技术（PLC）来说，其具有独特优势所在，在智能电网的通信技术中是一项关键技术，并不需要对于新的通信线路进行架设，障碍物和距离也对传输没有任何影响。分析在智能电网通信中的网络部分，主要有个域网（HAN）、临域网（NAN）和广域网（WAN）三个部分。其中，在个域网终端间的通信、临域网的数据传输和广域网的中压部分能够成功应用相应的PL技术。在智能电网的物理层中，PLC应用主要负责调制解调网络层传输的数据包，在这方面的应用最为广泛。另外，在从应用层获取的数据以后，按照相应的PLC在网络协议层的要求，可以转换为PLC网络可以理解的数据，同时，网络功能具备管理和控制通信；用电信息并执行通/断控制则是应用层的主要任务，另外，PLC通信传输数据给网络协议层也会有所涉及。最近，工控领域中的的电力线波芯片应用增长非常快，一般分为数据传输领域、多媒体传输领域、指令传输领域等几个方面，这是从载波芯片应用功能的分类。比如，道路监控、楼宇监控、石油开采监控等这些的音视频多媒体传输的应用都是采用多媒体传输领域的芯片；智能家居、远程抄表等方面则是采用指令传输领域的芯片；电力宽带网络终端设备电力Modem中则是主要采用相关的数据传输领域方面的芯片。

（4）无线。在智能电网通信体系中，不断涌现出新的无线通信技术，消费类领域已经广泛应用了CMOS集成收发信机，但是，在电力系统与用户侧方面的技术还不能有效应用，几种比较常见的且有一定应用潜力的无线通信标准包括3G移动通信；WiFi无线网络；Zigbee。

2.2 传输层

开放性和系统复杂性则是现代化智能电网的重要特点，这就必须注意外界交互中的侵扰问题。一方面要求智能电网具有自己保护能力，一方面还应该具备一定的自我修复功能。在考虑电网自动化系统的安全方面，涉及到的因素比较多，包括物理环境、数据信息，相关的硬件、软件的设计、实现和运行等，还包括相关的越来越推广的智能电表等设备，所以说，电网安全是一个重要问题。

可信任平台模块TPM就是所谓的安全芯片，其在内部能够拥有独立的处理器和存储单元，完成相关的独立地密钥生成、加解密的操作，并可以对于密钥和特征数据进行存储，还能帮助电脑实现加密和安全认证服务。安全芯片应用比较广，能够应用在智能电网的用户端信息安全，以及智能电网的链路层数据传输中的安全中。

采用的方式在实际操作过程中则有两种，用对称加密算法加密数据，用非对称加密算法管理对称算法的密钥，主要特点就是能够把两类加密算法的优点进行综合集成，满足了快速加密且安全方便管理密钥的要求。

2.3 应用层

在变电站自动化的通信协议中，主要应用IEC61850，其中，过程层、间隔层和变电站层则构成了变电站通信体系的三个层次。在抽象通信服务接口映射下，变电站层与间隔层之间的网络能够传递到TCP/IP以太网或光纤网、传输控制、制造报文规范（MMS）中。点向多点的单向传输以太网则是间隔层与过程层所采用的方式。其中，信息通过网络交互，这在变电站的测控设备、智能设备、继电保护装置中都是采用相关的统一协议。

高稳定性、集成化、智能化以及模块化则是电力自动化设备的发展趋势，为了更好实现通信协议的芯片化，一定要加大自动化变电站的IEC61850专用通信芯片的研制工作，因为这样能够有效提高设备可靠性、提升标准化程度、使得系统设计的复杂性大大简化、节省智能化配电设备开发的难度和成本。

三、结语

在现代化坚强智能电网建设的大潮中，为了实现安全化、互动化、数字化和信息化的下一代智能电网，就应该不断加强以集成电路为核心的通信系统研究。再结合相关的集成电路在网络层、传输层和应用层应用基础上，对于当前技术发展进行分析，提出了电力通信集成技术发展情况及存在的不足，明确了未来电力通信系统的集成电路一定会朝着多功能集成、一次设备就地化、统一专用标准的方向发展。

参 考 文 献

[1] 张东霞，姚良忠，马文媛. 中外智能电网发展战略[J]. 中国电机工程学报，2013，（31）

[2] 肖世杰. 构建中国智能电网技术思考[J]. 电力系统自动化，2009，33（9）