电源技术论文

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电源技术论文范文第1篇

作者：张亚婷 丑修建 郭涛 熊继军 单位：中北大学

近年来，为了探索新型的使用寿命长、能量密度高的微能源，国内外学者开始收集人体、声音、道路、高层建筑等周围环境中的振动，以实现微纳机电系统的自我供能，这将有望解决能源微型化过程中电池体积大、一次性使用寿命短、能量密度小等问题。静电式微能源目前，T．Sterken等人［5］提出的静电式发电机采用静电梳齿结构和MEMS工艺，在150V的激励下、振动频率为1020Hz的环境中，获得1μW功率输出；在3750Hz下得到16μW功率。美国Berkeley大学S．Roundy等人［6］研制出的静电式发电机采集120Hz的低频振动（图略），采用变间距式改变电容，仿真和实验结果证实变间距式的结构更有优势，当在120Hz，2．25m／s2的加速度振动下，输出功率密度达116μW／cm2。（图略）为变面积式结构。Y．Chiu等人［7］提出了一种静电式微能源，利用钨球调节装置的固有频率，整合机械开关被安放在换能器内，实现同步能量转换。东京大学T．Tsutsumino等人［8］提出了一种静电式发电机，其利用高性能的有机膜全氟树脂（CYTOP）作为驻极体材料来提供电荷，加载20Hz振动，振动幅度的峰峰值为1mm，最大输出功率达6．4μW。电磁式微能源目前在电磁能量转换研究方面工作较突出的是英国Southampton大学，从2004年开始采用硅微加工技术制作了微型电磁式振动能量采集器，在1．615kHz的振动频率下，输入加速度为0．4g时，其产生的最大输出功率为104nW［9］；此外还提出了一种发电机在9．5kHz，1．92m／s2加速度振动驱动下，获得21nW的电能［10］。D．Spreemann等人［11］设计了一个双自由度电磁式能量采集器，中心转子带动磁铁运动，使磁通量产生变化，产生感应电动势，克服了单自由度能量采集器固有频率的限制，适用于实际环境中的振动。在低频环境中30～80Hz，可得到3mW的功率。H．Kulah等人［12］提出了一种铁圈同振型发电机，通过一个电磁式频率放大器将低频振动转换成高频振动，而输出功率与振动频率的三次方成正比，从而提高了能量转换效率。P．H．Wang等人［13］提出了一种铜平面弹簧式结构，为了获得更低的固有频率，测试结果显示在121．25Hz频率和1．5g的加速度下，开路电压为60mV。以上研究初步达到了电磁发电单独供能的目的，但在提高电源的能量密度和转换效率，以及输出能量收集与控制方面仍需要进行大量的研究工作。

压电式微能源为了在低频低强度的普通环境中提高转换效率，大多数研究对微能源的结构进行了改进。S．Roundy等人［14］制作的矩形单悬臂梁结构的压电发电机在120Hz、加速度为2．5m／s2下，产生25μW／cm2的能量。D．Shen等人［15］研制的低频（183．8Hz）能量采集器，采用单矩形悬臂梁－质量块结构，体积仅为0．769cm3，输出平均能量为0．32μW，能量密度为41．625μW／cm2。E．K．Reilly等人［16］研究了矩形、梯形、螺旋形等不同结构的压电悬臂梁。研究表明，螺旋形结构承受的应力最大，可产生较大的形变，输出较高的电能，梯形结构次之。但是由于矩形结构加工简单，故被广泛应用。2010年，G．Zhu等人［17］收集说话声音，采用竖直结构的ZnO纳米线阵列代替常用的PZT压电材料制成了纳米发生器，通过实验证实了在－100dB强度的声波振动下，输出峰值为50mV的交流电压。近年来国内吉林大学、上海交通大学、大连理工大学等［18－20］也开展了关于压电振子发电的微能源研究工作，并在压电微能源应用研制方面取得了一定的研究成果。通常环境下振动分布在一个较宽的频率范围内，如果微能源带宽过窄，则不能满足实际需求。目前的频带扩展方法主要有阵列式［21－22］、多梁－多质量块系统［23］以及频率可调式［24－25］。阵列式是通过具有不同固有频率的单悬臂梁－单质量块结构来实现频带扩展，即使振动频率改变，某些频率的悬臂梁也会处于工作状态；多梁－多质量块系统是通过使结构某两阶频率接近来实现频带扩展；频率可调式分为主动调频和被动调频。主动调频需要调频器，而调频器耗能大于产生的能量，故不可行；被动调频需要激励和传感器，这提高了复杂性和成本。2006年，M．Ferrari等人［26］提出了一种多频能量转换器，覆盖100～300Hz波段；2007年A．IbrahimSari等人［27］采用不同长度悬臂梁阵列式结构扩大了微型发电机的带宽，在4．2～5kHz的振动频率下，产生4μW的能量，覆盖800Hz的波段。上海交通大学的马华安等人［28］采用永磁铁代替传统的质量块，并且在质量块的上方和下方也放置了不同极性的永磁铁，通过吸引力和排斥力来调整压电悬臂梁的固有频率，固有频率范围拓宽为80～100Hz。电能采集、存储电路微小能量的采集、存储也是微能源系统的关键技术，否则振动产生的微电压并无实用价值。能量采集存储电路主要包括整流电路、升压电路和存储电路。对于此部分的研究已经较为成熟，但大部分都是基于经典的分立器件所搭建而成，具有静态电流高、采集存储效率低的特点。LINEAR公司［29］新推出了一款专门面向能量收集的集成芯片LTC3588，它内部集成了AC／DC、电荷泵以及电源管理模块，可以直接采集微小交流电压信号，持续输出100mA的电流信号，且其静态电流只需950nA。TI公司［30］在2011年底推出的BQ25504芯片，也同样集成了采集存储电路的几个模块，其静态电流仅为330nA，可以将能量存储在锂电池、薄膜电池以及超级电容中，同时其良好的电源管理实现了充放电保护的功能，极大地提高了系统的集成度。它们都具有操作简单、能量采集存储效率高、性能稳定、价格低廉的特点，可以广泛地应用于由振动驱动的微能源系统。电能存储的介质选择也是研究的一项重要内容。沈辉［31］对超级电容、镍氢电池和锂电池的储存电荷能力进行了比较，发现电容器的充放电速度较快，可以迅速地回收产生的电能，同时其充电效率最高可达95％，并且充电次数理论上也可达无穷次；与之相反，电池的充电速度慢，不能立即使用回收的电能，同时其充电效率仅为92％（锂电池）、69％（镍氢电池），使用寿命为500～1000次，但其具有放电时间长、输出电压比较稳定的特点。经过一个月的自放电测试，超级电容自放电效率最高，剩余电量仅为65％，镍氢电池为70％，锂离子电池为95％。但是对于需要经常充放电的场合，自放电可以忽略，超级电容凭借其可以无限次重复使用的特点，受到了科研人员的青睐。三种不同类型的微能源相比较，压电式微能源有结构简单、易于集成和微型化的独特优点，已经应用到生活中。日本的研究员在东京火车站的地面上铺上了四块包含压电发电装置的地板，其可以显示产生的能量，可为自动检票门提供能量［4］。以色列Innowattech公司［32］建立了第一条发电公路，用预制块和环氧树脂作保护，防止压电晶体破损。英飞凌公司［33］推出了MEMS传感器、MCU、RF、MEMS自供电电源四合一的新型TMPS。

电磁式微能源的设计仅在理论指导下进行，对器件进行仿真分析较少［34］，所以，难以得到最优的结构模型；压电微能源的大部分研究都通过改变几何结构来降低共振频率、优化电路以提高能量转换效率，而对于研究新型的压电材料来提高系统性能的研究相对较少；由于MEMS的微加工、微装配与封装技术处于发展阶段，使得振动式微能源不能按照设计要求达到精确制作与装配，从而难以得到理想结果。振动驱动微能源技术存在以下应用方面的问题：实际生活环境中振动频率范围比较宽，从十几赫兹到几百赫兹，至今没有提出有效调节频率的方法。因此，有人提出使用非线性振动模型来研究微能源［35］，但目前，这方面的研究还很少。储存电能的介质需要做进一步研究，特别是超级电容，其放电速度快、输出电压不是很稳定的特性需要改进。理论上微能源具有寿命较长的优点，但是实际应用环境中振动加速度和频率对微能源寿命有很大的影响。振动驱动微能源已成为各国科学家研究的热点。目前，电磁式、压电式微能源的研究相对较多，但是为了提高其性能指标，从而更快应用到实际中，振动式微能源的结构还在不断得到改进、优化，并且提出新的结构模型。而静电式微能源由于需要外部电源，限制了其应用，因而研究相对较少。振动驱动微能源技术向低频、多频、宽频、非线性振动模型、复合微能源发展［36－37］。同时，将几种不同转换形式的微能源集成在同一芯片上，可以综合不同原理微能源的优点，提高能量密度，这些都是微型化和实用化的关键。振动驱动微能源有望为野外和置入结构的微系统提供高可靠、长时间的电能，为无线传感网络节点和便携式微电子产品提供充足的电源，所以研究振动式微能源有重要的实用意义。

电源技术论文范文第2篇

关键词：通信电源开关技术

通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源又是通信设备系统的心脏，即使是瞬间的中断也是不允许的，因为通信电源系统发生直流供电中断故障是灾难性的，往往会造成整个通信局（站）和通信网络的全部中断和瘫痪。通信电源是电信网络中不可缺少的重要组成部分，是一个完整、规模日趋庞大和复杂的交换、传输、数据、信息、业务、智能等通信网的基石和后台保障，因此通信电源直接关系到整个网络的稳定、可靠和畅通，而开关电源因效率高、体积小、重量轻等优点被大量运用在通信设备供电中。

一、开关电源占据通信电源的主导地位

通信直流稳压电源按照其实现直流稳压方法的不同，可分为：线性电源、相控电源和开关电源三种。

1.1线性电源是通过串联调整管来连续控制，其功率调整管总是工作在放大区。由于调整管上功率损耗很大，造成电源效率较低，只有20～40%，发热损耗严重，安装有体积很大的散热器，因而功率体积系数只有20～30W/dm3。因此线性电源主要用于小功率、对稳压精度要求很高的场合，如通信设备内部电路的辅助电源等。

1.2相控电源是将市电直接经整流滤波后提供直流，通过改变晶闸管的导通相位来控制直流电压。由于相控电源的工作频率低，工频变压器的体积和噪声大，造成对电网干扰和负载变化的响应慢，设备笨重，且危害维护人员的身体健康。另外，其功率因数较低，只有0.6～0.7，严重污染电力电网，效率较低，只有60～80%，造成能源的极大浪费。因此传统的相控电源已逐渐被淘汰。

1.3开关电源的功率调整管工作在开关状态，主要的优点在"高频"上。其工作频率高，大都在40kHz以上，无烦人的噪声。体积小，重量轻，适用于分散供电，可与通信设备放在同一机房。效率高，大于90%，在当前能源比较紧张的情况下，能够在节能上做出很大的贡献。功率因数高，大于0.92，当采用有效的功率因数校正电路时，功率因数可接近于1，且对公共电网基本上无污染。模块化的设计，可实行N+1配置，可靠性高。维护方便，可在运行中更换模块，而不影响系统供电，扩容方便、分段投资，可在初建时，预留终期模块的机架，随时扩容。调试方便，内设模拟测试电路，无需另配假负载。具有监控功能，并配有标准通信接口，可实现集中监控，无人值守。

二、开关电源的关键技术

开关电源中具有技术突破主要有体现在以下四个方面：

2.1均流技术

大功率电源系统需要用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，另外通信电源必须通过并联技术来实现模块备份，以提高电源系统的可靠性。因此并联技术在供电系统中必不可少，而并联运行的整流模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键，用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在限流或满载状态，同时延长电源系统的寿命和平均无故障时间。

2.2软开关技术

DC-DC变换器是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到全世界电力电子学科和行业研究的关注。而如何降低开关损耗，提高开关电源的频率和开关电源的系统效率，代表了开关电源的发展趋势。在经过了硬开关PWM（或PFM）技术和硬开关加吸收网络技术后，软开关技术得到了广泛应用。这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度等，为开关电源实现高效、节能、体积小、重量轻和高可靠性的要求做出了贡献。软开关技术有：谐振技术、准谐振技术、PWM和准谐振相结合的技术。

2.3功率因数校正技术

功率因数校正技术有：采用三相三线制整流，即无中线整流方式，可使谐波含量大大降低，功率因数可达0.86以上；采用无源功率因数校正技术，即在三相三线整流方式下加入一定的电感，可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；采用有源功率因数校正技术，即在输入整流部分加入一级功率处理电路，使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。

2.4智能化监控技术

开关电源大量应用控制技术、计算机技术，进行各种异常保护、信号检测、电池自动管理等，实时监视通信电源设备运行状态，记录和处理有关数据，及时发现故障，以先进的、集中的、自动化的维护管理方式来管理通信电源设备，从而提高供电系统的可靠性。智能化监控技术的应用，使得维护人员面对的不再是复杂的器件和电路，而是一个人机表达和交流的信息，大大改进了维护管理方式。

三、开关电源的发展

开关电源在发展，今后仍要不断提高开关电源和供电系统的高新技术含量，以支撑高速发展的现代化通信网络的建设和运行维护管理为主导方向，以高可靠性、高稳定性和可维护性为最终目的。具体有以下几个方面：

3.1小型化

随着通信设备日益集成化、小型化和分散化的发展，以及势在必行的分散供电的广泛应用，要求开关电源也相应小型化，而开关电源工作频率高频化和控制电路集成化，使开关电源的小型化成为可能。特别是随着小型化开关电源的市场迅速扩大，如接入网、数据产品、移动基站、无线市话等，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。如中兴通讯的ZXDU45嵌入式电源，在结构上采用标准的19英寸插框设计，高度为4U，功能齐全，使用起来极为安全方便。

3.2高智能化

随着开关电源在通信领域多方面的广泛使用，而维护人员又不是专业电源维护人员，只有借助其智能化，对电源设备的运行状态自动检测，对电源故障及时发现、诊断和处理。这就要求智能化在原有监控功能的基础上，增加诊断功能，即故障诊断专家系统，以指导维护人员处理问题，加快故障诊断和检修过程。

3.3电池管理

电池在通信电源系统中的重要性，要求开关电源应具备完善的电池管理功能，充分考虑到电池对管理的需求，全方位地管理电池。也就是说，我们不能满足于对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面的管理，还要在电池的充/放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。

电源技术论文范文第3篇

通常情况下，电力电子得理论教学都是按照教科书的章节顺序进行，难免枯燥乏味，高深难懂。电力电子学科涉及面比较广，如果将电力电子学科理论划分为多个部分会起到更好的效果。比如划分为四大变换电路部分、器件与控制部分以及电力电子前沿技术等三部分进行教学，三部分既可以先后进行也可以同时穿行。

1.分析电路尽量使用多媒体。

电力电子技术的核心就是整流、逆变、斩波和交交变换四大基本电路，在电路工作过程的分析中，通常一个电路都有多个工作状态，不同的工作状态又分别对应着不同的电压电流波形，也就是说电路的工作过程往往都是动态的过程，而传统的书本上的文字和原理图是无法很好地展现动态过程的。这时，如果采用幻灯片等多媒体形式，可以将电路工作的动态过程很好地展现给学生们观看，把书本上静态的电路以及波形图动起来，这样就能够让学生们更好地理解电力电子电路的工作过程。与此同时，结合书本上的理论，再将不同电路的特点进行总结，使同学们复习时结合着书中的理论，头脑中联想着多媒体演示动画，便会在学习中事半功倍，容易记忆，提高学生的分析计算和实际解题的能力。

2.器件与控制部分应注重练习。

电力电子器件及控制部分具有覆盖面大、定性与定量相结合的特点，学好这一部分，就必须将概念的理解与相关的计算进行练习，在习题式的教学中，不断提高分析问题和解决问题的能力。研究生阶段，各高校几乎很少带领学生做与课程相关的习题，多数学生也只有在考试的时候才有机会在试卷中解答一些问题，虽说现在不提倡传统针对考试的题海战术，但是平时适当做一些典型的练习还是有必要的，电力电子器件种类多、特点各不相同，而控制方法也有很多，甚至与自动控制原理等其他学科相关联，在教学中适当找一些典型例题进行讲解，可以让同学们在繁杂的知识中抓住重点内容进行突破，最终掌握这部分知识要点。

3.学生自主参与新技术教学。

电力电子技术具有发展速度快的特点，新的技术和应用领域不断出现，加强电力电子新技术的教学可以扩展学生知识面，掌握电力电子技术发展新方向。这一部分的特点是没有定量计算、难度不大、但对于资料的收集工作量比较大，根据这些特点，在教学中，可以将这部分安排给每个学生进行讲解，在讲解前每个同学查找相关资料，然后对资料进行分类总结，加入自己的理解，在讲解过程中既可以使用多媒体也可使用板书的形式，讲解后学生之间可以相互提出问题，相互讨论，形成良好的研究氛围。在这种学生自主教学的过程中，既提高了学生查找资料的能力，也能提高学生的概括的创新能力，还为研究生毕业学术论文的撰写提供了相关的经验。

二、实验教学应进行分类

电力电子技术是一个应用性很强的一门学科，在理论教学的同时一定要有相应的实验来配合和补充，开设实验课是对理论课的延伸和补充，更能够突出应用型学科的特色。在实验教学上，应分为验证实验、探究实验、拓展实习三个部分进行教学。

1.验证实验应紧密结合课本。

验证性实验的特点是对已经有的理论进行实验验证，与学生的理论教学紧密衔接，通过书上的理论来指导实验的操作，同时实验的结果又可以加深学生对于书本理论的深度理解。在理论课程之后，应当有相应的实验课程相跟进，在实验开始前，老师带领学生对课本知识点进行回顾，确定实验目的和实验步骤，同学们按照实验要求完成相应的实验操作，并能够运用书本上的知识来解释实验中的现象，最后通过实验报告的形式进行总结，得出验证性的结论。

2.鼓励开展探究性试验。

电力电子技术是一门正在快速发展的学科，在实验教学中，应当鼓励学生进行自主探究，通过对已有知识的学习让学生们充分发挥想象力，制作一些相关的小制作、小发明，在探究性试验的过程中培养学生的创新能力。学生根据自己掌握的知识，结合当今电力电子发展的前沿技术，加上自己的想象力和创造力，独立设计出属于自己的电子作品，而在探究的过程中难免会遇到一些问题，这时老师应进行适当指导，给出一些方案，让学生自主解决实际问题。平时尽可能地开放实验室，使学生增加动手操作机会。此外还应当鼓励学生参加“挑战杯”等科技比赛，增加在创新方面的交流合作，从而学会更多解决问题的新方法。

3.拓展实习应突出实际应用。

在传统的教学环节之外，对于电力电子技术这种应用型很强的学科，应适当组织学生到某个单位进行参观学习。学习的目的是为了应用，当今电力电子技术已经应用在了许多领域之中，在实验教学中可以联系某个具体单位进行参观，在实际的生产过程中，让学生们更加具体地了解电力电子技术的应用。除了参观之外，也可由老师或者学生找一些与电力电子技术应用相关的视频资料，分享给大家进行观看，也可以起到非常好的效果。实习结束之后，学生以报告的形式写出自己学到了什么或者是心得体会。这样，理论联系实际，对于理工科的教学是有很大帮助的。

三、总结

电源技术论文范文第4篇

1.1灵感源泉

中国古典造园艺术是当代园林景观设计的灵感源泉，其古典造园艺术设计思想更是当代园林艺术的理论基础。中国古典园林作为风景式园林设计的典范，是设计师和工匠在特定的空间内，经过精心设计，运用高超造园手段，将建筑和山、水、植被等加以配置组合，形成源于自然环境，又高于自然环境的有机整体，将自然美和人工美合理地结合在一起。

1.2文化传承

园林景观设计师必须对国内优秀的风景园林景观案例加以深入研究，挖掘出富有本土文化特征的景观元素加以运用，才能设计出具有“中国味道”的风景园林景观作品。园林景观艺术是直观体验性艺术，观赏者无需接受专门的培训，就可以感受到园林景观的形式美。同时，这种直观艺术受时代背景和文化氛围的影响，可以使观赏者耳濡目染的感受到当时的文化修养和审美情趣。

2当代居住区景观设计常见问题

2.1不尊重自然环境

许多居住区的景观设计和营造过程中对景观的功能性考虑不足，注重表现外表的美观。某些开发商为了追求表面的气势和美观效果，达到增加成交量的目的，不惜重金做面子活，为此增加了成本，加重了购房者的资金支出，也使得后期的物业管理面临巨大考验。

2.2缺乏神韵

现代居民小区已经成为居民，尤其是老人和孩子日常休闲活动的主要场所，因此，设置的休闲活动空间充足，有健身区、儿童游乐场地、休闲步道等，这些空间普遍尺度较大，且多以铺装为主，相对缺乏可供好友休闲小憩的私密空间。3.3施工时间短随着社会生产水平的不断提高，很多传统建造技术已经被机器化大生产式的快速施工技术所淘汰，当代施工者往往依靠现代技术手段，使得传统建造技术开始失传，其精髓更难以再现。现代居住小区中经常可以看到其它建筑材料仿制木材建成的亭台水榭，虽然形似，却没有了木材的生动，传统工艺的风采不复存在。

3传统造园艺术对现代居住区的影响

3.1理解古典园林的内涵

要设计具有中国元素的居住区景观设计，必须从观念上彻底改变，不能完全依赖新技术、新材料，更不能对现代西方园林的成功典范照搬照抄，要学习中国古典园林景观艺术的造园理念和设计手法。

3.2尊重自然原则

大自然是园林景观设计中取之不尽、用之不竭的资源，因此，中国古典园林艺术遵从天人合一的思想，在人与自然之间寻求和谐。尊重自然是中国古典园林艺术文化的核心精髓，采用尊重生态自然的客观规律来造园，以自然景致为主，强调设计师对大自然的深刻理解和艺术化的表现。

3.3现代主义与古典主义相结合

中国古典园林讲究依山林而建，通过借景、比喻等方法将园内景观和周围自然生态结合起来，同时，也可以起到延展空间的作用，使各个区域之间相互连接、渗透，彼此呼应，形成一个整体。现代景观设计也要求设计师将视域作为设计范围，以地平线为空间参照，突出与本地区景观的融合。这与古典造园手法中追求无限想象的外延空间理念是一致的。

4结语

电源技术论文范文第5篇

1．1网络设计原则

变电站网络设计涉及多种因素，其主要原则包括:

(1)数据业务分类。

变电站中各种数据业务通信要求不同，利用变电站数据业务分类的特性，组建不同特点的通信网络，在多种信息混合的情况下保证实时信息传递的实时性和可靠性是网络设计的基础。信息多样化和传递实时性是通信系统中的一对矛盾体，解决这个矛盾是选择网络通信方案的基本原则。

(2)网络互通和隔离。

通信网络应提供IED互联的便利性、灵活性，为变电站自动化技术的发展预留空间;同时网络应满足各个系统间隔离的要求，以保证各个专业系统(保护、自动化)互不影响。互通和隔离是一对矛盾，构建变电站通信网络应该妥善解决这个矛盾。

(3)通信系统的建设成本。

变电站通信系统的性能与成本是网络设计中的另一对矛盾，较高的性能要求，往往导致较高的建设成本。降低成本的途径一是采用合理的网络结构设计，避免复杂的网络结构，减少通信设备数量;二是采用标准、成熟、流行的技术;三是合理配置网络资源，裕度考虑合理。

1．2“两层一网”整体构架

本研究根据网络设计原则，综合考虑智能变电站网络性能要求和建设成本，利用数据通信业务分类的特性，组建“两层一网”通信网络。“两层一网”中，两层指站控层、设备层，“一网”指全站MMS\GOOSE\SV合一网络。在“两层一网”两层网络方案中，笔者采用无源光网络技术，组建统一通信网络，。本研究通过采用面向连接、接近电路交换特点的交换技术(MPLS-TP)替代以太网技术，构建逻辑网络。通过网络互连使得变电站成为一个整体，变电站中任意两个IED设备通过统一网络可以直接实现通信，通过网络互连使得变电站成为一个整体，便于发挥各种自动化保护、测控系统的整体效益;同时，可以充分利用网络提供的广播、组播技术实现保护、测控数据的一对多的跨间隔传递，大幅度提高通信的效率。

1．3无源光网络的设计

本研究变电站通信网络设计采用“两层一网”结构，通过引入无源光网络技术PON，将整个通信资源划分为许多小时间片实现数据的传输和交换，其关键技术主要包括无源光网络技术、分组交换技术、并行网络技术和逻辑子网技术等。

(1)无源光网络技术

智能变电站网络引入了无源光网络技术PON，PON技术将整个通信资源划分为许多小时间片实现数据的传输和交换，多倍地增加通信资源数量;每一路数据占有一个专属自己的时间片，各路数据之间不产生资源竞争。系统通过无源光网络的应用提高设备集成度和网络覆盖能力，引入高精度时间同步技术以提供具有亚微秒精度的同步控制环境;通过采用多重路径快速保护机制，提高数据传递可靠性，增强网络的鲁棒性和生存能力;通过采用专用业务网络技术，提供传递高速同步控制为基本业务兼容信息网、多媒体数据业务的综合通信平台。

(2)分组交换技术

为克服以太网交换技术的不足，“两层一网”网络设计中采用面向连接、接近电路交换特点的分组交换技术(MPLS-TP)替代以太网技术作为实时交换机的基本技术体制。分组交换技术采用固定的分组连接，每一个连接固定分配一定的资源，基本保证连接的资源不受干扰;通信网络可以为每两个IED设备之间提供固定的连接和固定的带宽。这种技术在数据传递前通过带宽资源分配机制确定资源，在数据传递过程中固定不变，强调面向连接、严格控制、资源独占和通信保障，因此该技术可以保证通信的可靠性，提供固定的通信时延。

(3)并行网络技术

在统一物理网络的基础上，本研究采用并行网络技术，实现IED设备由单点接入到双网络接入的转变，提高系统的可靠性和稳定性。具体组网中，主备两全相同的交换机和接入网络组成并行网络，IED设备配置P模块接口，采用标准的PRP方式(即双路并发、主动放弃方式，IEC62439)，实现主备网络无缝、无损的保护切换。全站设备以并行网络保护方式接入，实现覆盖全系统的N-1保护和全路径端到端的1+1保护。

(4)逻辑子网技术

本研究根据数据业务的类型对通信网络资源进行实质性的划分，依据高级、紧急、快速业务资源专用，低级、慢速业务资源复用，各类业务之间资源占用互不影响的原则，利用可预配置时分复用交换技术，将一个物理网络划分成若干独立的逻辑子网分别传递不同类型的业务。本研究通过资源划分，将智能变电站典型业务分成GOOSE逻辑子网、SV逻辑子网和MMS逻辑子网3个逻辑平面，各业务之间逻辑隔离，互不影响，提高了数据传输可靠性。

2实验结果与分析

以国网公司220-A1-1通用设计方案为例，变电站规模为主变3台，220kV采用双母线接线、出线6回，110kV单母线三分段接线、出线12回，35kV单母线分段接线、出线8回。本研究采用“三层两网”组网方案，冗余双网配置，全站需配置站控层中心交换机4台、间隔层交换机8台、过程层交换机39台，合计51台交换机，网络设备投资约190万元。笔者按本研究“两层一网”组网方案，构建无源光网络，冗余双网配置，全站设A、B两个网，A网核心交换机冗余配置、双主工作模式，主要接入主变间隔保护一、220kV间隔线路、母线保护一、110kV间隔和35kV间隔;B网核心交换机冗余配置、双主工作模式，主要接入主变间隔保护二、220kV间隔线路、母线保护二。全站共需配置4台实时交换机。网络设备投资约60万元，较“三层两网”方案，交换机数量减少47台，投资减少130万元。

3结束语