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TSN技术在电力物联网中的应用探究

舒乙凌

华北电力大学,北京,102200

摘要: 电力物联网的建设是实现电力系统“发、输、变、配、用”各环节状态感知和信息交互的关键举措,而如何保障时延敏感性业务的端到端低时延和高可靠的数据传输是电力物联网中的重点研究方向。本文首先简要介绍了目前我国电力物联网的发展现状,分析电力物联网的需求和时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)的特点,并重点介绍TSN技术在电力物联网中的应用及发展前景。
关键词: 电力物联网;TSN技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157046
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引言:

2019年年初,能源互联网企业成为国家电力建设的重头戏。而能源互联网是由“智能电网”和“电力物联网”组成,截至目前,我国电力物联网逐步发展,渐渐成熟。对于电力物联网的核心技术而言,TSN技术满足电网对实现发电、输电、变电、配电、用电等方面的精准感知控制,且有助于提供电力物联网中各环节状态的时间同步和关键数据及时可靠的传输。

1 我国现阶段电力物联网的发展

按照目前发展来看,我国需要在之后几年继续建设运营好智能电网,不断处理好资源分配问题和提高发展水平;同时,充分使用人工智能、大数据、移动互联网、物联网、云计算等先进信息通信技术,创造情况完全了解、信息高效传输、应用方便快捷的电力物联网。

电力物联网主要分为三个层面,网络层、感知层、应用层。感知层采集数据,将实际的量转换成数字信号供后续处理;网络层通过物联网网关,采用无线通信、卫星通信等手段将信息送到应用层;应用层进行信息处理、数据汇聚、应用集成,实现智能变点、智能配电、智能家居等智能系统的应用。

现阶段的电力物联网是加快新能源取代旧能源,实现国家电力建设突破发展的重要举措。

2 现阶段电力物联网对高可靠低时延通信的需求

2.1电力物联网的业务需求

在电力系统工作过程中,会不断产生大量的信息,且数据较为分散,如果采用传统的数据采集、接受方式,不仅数据的采集精度达不到要求,而且存在较大的误差,可靠性和高效性难以得到保证。

对于电力数据来说,其来源渠道具有复杂性和大量性,如果使用传统数据分析方法,将会极大地提升数据分析难度,数据分析效率也无法满足要求,这使得高可靠性和低延时性对其有着重要的影响。

2.2 TSN技术及其特点

时间敏感网络指的是在IEEE802.1工作组中TSN任务组正在开发的一套协议标准。该标准定义了以太网数据传输的时间敏感机制,为标准以太网增加了确定性和可靠性。它是工业互联实现低延时、高可靠性和确定传输的重要技术之一。TSN在做数据转发时,可以针对工业互联网不同优先级的业务数据进行队列调度,并且提供不同的优先级与调度机制,从而实现质量差异化。而其低延时时钟同步,时间感知调度程序,帧抢占机制都能表现出它的低延时及高可靠性。

3 TSN技术在电力物联网中的应用

3.1 TSN技术的主要优势

TSN技术可以提供保障,它通过网络时钟同步、高精度的流量调度和智能化的网络管控等技术为TSN应用提供数据传输保障。TSN技术可以降低空口时延,减少了上行链路资源请求和授权过程;增强了数据可靠性,同时支持多连接机制,利用高层多连接在用户平面建立冗余的数据传输路径来提高可靠性。它还可以同时解决标准以太网的不确定性和工业以太网的复杂性,代表了高质量的工业通信发展方向。

3.2 TSN技术解决的具体业务需求

利用TSN技术解决电力物联网业务的具体需求主要有如下几种:

(1)云的射频接入网络和 5G小蜂窝网络

传统的前传解决方案时采用CPRI接口去完成设备之间的连接,但是CPRI的部署成本很高,消耗带宽量大。而采用基于以太网的方案,利用TSN技术去构建前传网络将会降低成本,且易于配置,这使得以太网承载CPRI成为一种新的方案。

(2)TSN交换机

针对ASIC的一种实现结构,设计了能够支持TSN特性的交换节点。由于TSN网络的高确定性、高可靠性、和高宽带,可以将其用作物联网核心,其能够处理大量实时数据,对传输过程进行优化,对调度冲突问题能够较好解决。

(3)智能分布式配电自动化

配电自动化是电力物联网中配电领域中各种技术的总和,同期具有很强的配电系统功能,可以减少配电系统本效果、性能更加完善、沟通性得到显著提升。通过TSN技术,有效控制智能配电网系统,维持配电网稳定运行,改善配电网中的可靠性,因为其低延时性,也能迅速收集智能配电网运行数据,对数据进行分析,解决各种故障等。

(4)精准负控

精准负荷控制系统在电网发生故障的时候,短时间内实现电网、负荷的控制和调整,必须在很短时间内实现负荷的精准切除,保证电网的供电平衡。TSN技术的低抖动和低延时性能能满足主站主机、子站主机和负控终端的严格要求,使每个装置在接收到控制命令后的响应时间达到标准。

(5)分布式电源调控

因为配电网中吸收了风力发电和光伏发电等大量分布式电源,所以传统配电网正从单向供电配电网向能量双向流动的有源主动配电网转变。而TSN技术则能保证系统在可靠安全的环境下运行,其低延时特性则能提高系统内分布式能源的自消纳能力,减少对主电网的影响。

4结束语

本文介绍了目前电力物联网的背景与状况,概括了TSN技术的内容、开发、发展,阐述了TSN技术对电力物联网的弥补,总结了TSN技术在电力物联网的一些运用。在我国经济高速发展的今天,构建起满足电力系统发展的电力物联网,并加大对电力物联网中TSN技术的开发和运用,对推动我国电网的发展有着重要的意义。

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作者简介:舒乙凌,男,汉族,贵州,本科,就读于华北电力大学。