摘要：新建变电站远动设备需要投运前完成与调度主站四遥信息联调，但远动通道需要依赖的光纤专用通道，严重滞后远动业务的调试验收，导致光纤通道开通短时间内必须完成四遥功能验收，影响了工程投运时间及验收质量。基于DDNS串口服务器的无线远动通道，提供了变电站至调度主站点对点远动101通道，具有结构简单、方便、安全、适用性强等特点，具有一定推广价值。
关键词：DDNS；无线；101；VPN
前言
近年来，随着电网建设工程不断开工，需要投运日期前完成变电站与主站四遥联调。而光纤专用通道开通时间严重滞后于设备四遥验收。基于VPN技术的无线远动通道，需要变电站站端、主站端向同一电信部门申请服务，并需要考虑公网接入调度数据网带来风险，需要部署安全防护装置，通用性较差。本文介绍通过变电站端远动装置接入串口服务器通过DDNS技术，经无线网络映射至互联网服务器，调度主站接入串口服务器通过有线或无线访问该域名，即可建立变电站与调度主站无线远动通道连接。该通道结构简单、通用性强，并符合四遥验收对通道性能要求。有了充足时间进行四遥验收，确保了四遥验收质量，变电站顺利投运。
新建变电站在光纤通道不具备情况下，现时主要有电信4g VPN、卫星通信等手段建立临时通道。虚拟专网（VPN-Virtual Private Network)指的是在公用网络上建立专用网络的技术，整个VPN网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链路中传输.具有以下特点：
1）建网快速方便用户只需将各网络节点采用专线方式本地接入公用网络，并对网络进行相关配置即可。
2）降低建网投资由于VPN是利用公用网络为基础而建立的虚拟专网，因而可以避免建设传统专用网络所需的高额软硬件投资。
3）节约使用成本用户采用VPN组网，可以大大节约链路租用费及网络维护费用，从而减少企业的运营成本 。
4）网络安全可靠实现VPN主要采用国际标准的网络安全技术，通过在公用网络上建立逻辑隧道及网络层的加密，避免网络数据被修改和盗用，保证了用户数据的安全性及完整性。
5）简化用户对网络的维护及管理工作大量的网络管理及维护工作由公用网络服务提供商来完成。
基于VPN技术的无线通道，站端与主站必须为同一电信公司，并需要电信公司开通相应业务，某些电信公司信号没有覆盖到新建变电站，不能使用该VPN方案，ＶＰＮ方案存在通用性不强的缺点。
卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。它是一种无线通信方式，可以承载多种通信业务，是当今社会重要的通信手段之一，具有以下特性：
(1)通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信，通信费用与距离无关。(2)不易受陆地灾害影响。(3)建设速度快，地面架设卫星接收天线即可 。
卫星信号延时较大，难以满足四遥验收通道要求，存在通信过程容易受太阳噪声、下雨等影响，费用较高，自动化人员调节卫星天线困难等缺点。
VPN、卫星等方案不能满足新建变电站调试要求。经过不断试验探索，本人开发了远动无线通道以满足新建变电站现场四遥验收要求。借助公网无线网络建立网络连接，并且能根据变电站现场无线信号覆盖情况，选择信号强的电信通道进行通信，通道延时满足四遥验收要求。
一、系统结构图
无线远动101通道网络结构图
通信网络结构图如上图从终端来看，远动机与调度主站服务器通过串口进行通信，通信规约为101规约。串口服务器将串口数据转换成以太网通过TCP进行通信，通过DDNS服务映射至互联网。变电站端通过无线4g路由器接入，主站端通过有线、无线方式接入互联网。
1.串口服务器
串口服务器广泛应用与物联网应用，是本无线通道基础。其功能为将串口数据转换为以太网TCP通信。采用32位ARM处理器，嵌入式实时多任务操作系统，提供10M/100M的通讯，使设备运行更加稳定，可靠。RS-232/422/485串口设备轻松实现以太网互联，为串口数据信息提供高效、安全、稳定的数据通道。串口服务器采用透明方式传输数据，即串口收到的任何数据都被转发到网络，用户可以采用任何通讯协议，不用更改原有程序即可实现网络通讯。串口服务器支持DNS，本例中两台串口服务器互联采用client/server方式，通过TCP通信。在本无线远动通道中，变电站端设置为服务器，主站端设置为客户端访问对端域名，双方设置经同一端口进行通信。远动机设置串口与串口服务器连接，待设备调试完成后，只需将远动机对应串口关闭，即可禁止外网访问。
2.DDNS
DDNS是本无线通道核心，实质是将远动机映射为互联网服务器。基于VPN的无线远动通道，主站端、站端网关都需要向电信公司开通4g无线VPN业务。主站、变电站4g无线网关端具有固定IP地址，完成通道建立过程，投入大，维护困难，难以大规模推广。现时使用的4g无线上网卡，电信部门分配的大多为电信动态内网地址，双方无法直接互联，无法将远动机映射至互联网。动态域名系统（Dynamic Domain Name System）,简称DDNS，是对普通域名系统的改进和扩展。DDNS兼容传统的DNS，可以像使用普通DNS一样使用。而不同之处在于DDNS记录的域名对应的IP地址可以是随时变化的动态IP地址，而且解决了IP地址改动时的同步问题，当地址变化时，立刻可以同步。DDNS服务用域名作为Internet通讯的唯一标识，在在本无线远动通道中， DDNS软件安装在变电站端笔记本电脑中。DDNS软件将变电站端串口服务器端口映射至互联网域名。变电站端串口服务器通过花生壳ＤＤＮＳ服务映射为服务器，主站端串口服务器作为客户端，双方不需固定IP，只需双方联上互联网即可进行通信。
二、无线通道原理
远动机、调度主站通过RS232串口接入串口服务器，两台串口服务器互联采用client/server方式。变电站端串口服务器设置为服务器，通过安装有DDNS软件笔记本电脑经无线4g网络映射至互联网服务器，主站端串口服务器设置为客户端，可以通过有线或无线方式访问该DDNS域名，两个串口服务器通过互联网服务器，间接建立点对点通道，采用该方式有以下优点。
变电站端采用无线3G或4G网络，不需向电信公司申请VPN业务，实际测试中，联通、电信、移动等无线网络均可使用。新建变电站通常位置较为偏僻，某些电信公司网络没有覆盖，只需根据当地电信公司信号强，可灵活选用无线网络。与VPN网相比，不需主站与变电站采用同一电信服务，通用性强。
调度主站仅仅作为客户端访问变电站端，设置简单，有线、无线等接入方式均可。调度主机、远动机均通过串口建立TCP连接，与VPN相比不需额外部署二次安防系统，避免公网与调度数据网互联风险。
串口服务器间通过TCP进行连接，TCP提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。TCP提供超时重发，丢弃重复数据，流量控制等功能，保证了数据可靠传输。
变电站端串口服务器通过DDNS软件映射至互联网服务器，与无线4g网络是否公网、内部网无关，因各种原因导致网络通信中断需要重新拨号连接，电信公司每次分配随机的IP地址，本通道不需修改任何配置，即可恢复通行。
5、费用低，仅需要购置串口服务器、4g无线路由器、DDNS软件等费用，无需申请固定IP地址，不需租用专门服务器。
三、系统性能测试
该无线通道已经在东莞供电局110kV金龙变电站“四遥”验收中使用，无线通道使用1200BPS、9600BPS，及不同网络模式、不同网络间通信，记录报文由远动机发送至调度时间，并与实际投运后光纤专用通道性能比较如下表：
在1200BPS或9600BPS情况下，遥信变位传送到调度端的时间要求不大于1秒。结果表明，本无线101通道可以满足四遥验收要求。在1200bps下，采用4G网络连接可以取得与光纤专线通道接近性能。提供波特率，可以大幅提高通道性能。
四、结语
本文提出的无线101通道，解决了新建变电站在光纤通道未具备情况下，与主站进行四遥验收的解决方案，具有结构简单、方便、适用性强等特点。也可用于光纤全断情况下的应急通信及偏远变电站通信。在其基础上再进行研究，解决接入网络安全情况下，可以为远动、电能计费通道等提供调试及应急通道。
参考文献
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[3]王晓峰等.数字音频调度系统中串口服务器的工作原理与维护[J].广播电视信息，2009-05：72.
作者简介
吴春玉，东莞供电局，电气工程师，主要研究方向变电站站端自动化。
基金项目：中国南方电网公司职创项目“简易远动无线通道的研制” 。
（项目编号：031900KK52190010）。
Foundation item：Supported by the Technical Projects of China Southern Power Grid“Development of simple Wireless Channel for Remote Control Device”(No.031900KK52190010)。
论文作者:吴春玉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：串口论文; 通道论文; 变电站论文; 服务器论文; 网络论文; 主站论文; 互联网论文; 《电力设备》2019年第14期论文;