電氣自動(dòng)化碩士論文:鄂爾多斯電業(yè)局信息網(wǎng)絡(luò)改造方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用_百度文

電氣自動(dòng)化碩士論文：鄂爾多斯電業(yè)局信息網(wǎng)絡(luò)改造方案設(shè)計(jì)

及應(yīng)用

本文是電氣自動(dòng)化論文，通過鄂爾多斯市電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造，

著力解決改造現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（調(diào)度大樓外節(jié)點(diǎn)）基礎(chǔ)架構(gòu)薄弱，設(shè)備性能低，

網(wǎng)絡(luò)帶寬低，管理松散,冗余不足以及網(wǎng)絡(luò)安全系數(shù)低等問

第 1 章 緒論

1.1 選題背景及意義

按照國(guó)家電網(wǎng)（SG186）工程管理要求，生產(chǎn) MIS 系統(tǒng)緊緊圍繞

安全和設(shè)備兩大主題，對(duì)供電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

營(yíng)銷 MIS 系統(tǒng)也減輕了相關(guān)業(yè)務(wù)人員的抄表負(fù)擔(dān)，極大縮短管理人員

的開票等時(shí)間。目前鄂爾多斯電業(yè)局已經(jīng)形成以局信息機(jī)房為中心，

上與集團(tuán)公司相連接，下與各個(gè)單位（供電所等）相連接的信息網(wǎng)絡(luò)。

核心設(shè)備采用雙 CISCO6509-E交換機(jī)、CISCO7606 路由器等，實(shí)現(xiàn)

了百兆甚至千兆到桌面。電路現(xiàn)有近 150條，除極個(gè)別為 2x2M 數(shù)字

電路外，其余均為 2M 帶寬電路。但智能化電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)承

載業(yè)務(wù)呈指數(shù)級(jí)增加，接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不斷增加，實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)不斷

推廣，導(dǎo)致原二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問題也日益明顯[2]，網(wǎng)絡(luò)中不同時(shí)段大量

數(shù)據(jù)包丟包現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，生產(chǎn)系統(tǒng)的視頻監(jiān)控、狀態(tài)檢修等對(duì)帶寬

需求大的業(yè)務(wù)又層出不窮，終端人員在使用各系統(tǒng)時(shí)速度普遍慢，經(jīng)

常出現(xiàn)響應(yīng)不及時(shí)、卡殼等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了辦公效率和對(duì)外服務(wù)形

象[3]。因此，對(duì)鄂爾多斯電業(yè)局信息網(wǎng)絡(luò)改造是極為必要的。根據(jù)統(tǒng)

一健全智能電網(wǎng)的發(fā)展要求,針對(duì)通信信息支撐體系還存在信息化發(fā)展

不平衡；進(jìn)一步加強(qiáng)信息資源的集成和整合,信息系統(tǒng)的應(yīng)用深度和實(shí)

用化水平有待提高，配電側(cè)和面向用戶側(cè)的通信網(wǎng)絡(luò)資源不足,電力通

信傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)電氣自動(dòng)化碩士論文輔助微信LunwenFz構(gòu)需要進(jìn)一步

優(yōu)化，通信信息資源需要優(yōu)化整合等各種問題，加強(qiáng)同步網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)

劃和建設(shè),建立天地互備的廣域時(shí)間同步系統(tǒng)，建設(shè)先進(jìn)的電力通信網(wǎng)

絡(luò)系統(tǒng)，保障堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，已是迫在眉睫。本文通

過對(duì)鄂爾多斯市電業(yè)局信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，著力解決

改造現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)薄弱、設(shè)備性能低、網(wǎng)絡(luò)帶寬低、網(wǎng)絡(luò)時(shí)通時(shí)

斷及網(wǎng)絡(luò)丟包和 IP 地址匱乏等問題，從而有效提高鄂爾多斯電業(yè)局辦

公效率和改善對(duì)外服務(wù)形象。

..........

1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

Appanet 于 1960 年開始發(fā)展，歷經(jīng)數(shù)十年，已取得非常不錯(cuò)的

成績(jī)。信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已從軍方專用擴(kuò)展到了學(xué)校和企業(yè)，當(dāng)然，那

時(shí)的一般人還是接觸不到信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]。在 Appanet 網(wǎng)建成后，

有人把它定義成一種集合：以相互共享資源（硬件、軟件和數(shù)據(jù)）連

接起來(lái)，且具有各自獨(dú)立功能的集合[5]。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，

以 TCP/IP 協(xié)議為核心的信息網(wǎng)絡(luò)體系逐步形成[6-7]。該協(xié)議采用了

無(wú)連接的分組交換技術(shù)，也是信息網(wǎng)絡(luò)成功的主要技術(shù)原因[8]。到 20

世紀(jì) 90 年代，信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)“網(wǎng)中網(wǎng)”，下面的子網(wǎng)各負(fù)

其責(zé)，構(gòu)架運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到世界的各個(gè)角落[9]。最

近幾年國(guó)外在電力信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，特別注重配電信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建

設(shè)[10]。變電所自動(dòng)化、遠(yuǎn)程抄表及用戶負(fù)荷控制等功能在信息網(wǎng)絡(luò)

中的應(yīng)用逐步增多。美國(guó)智能電網(wǎng)的研發(fā)工作主要集中在配電側(cè)，其

目標(biāo)是向用戶提供可參與、高品質(zhì)、低成本、低排放的電力產(chǎn)品，這

一產(chǎn)品被稱為完美電力。美國(guó)能源部在芝加哥市伊利諾斯理工大學(xué)就

完美電力的研發(fā)和工程建設(shè)進(jìn)行試點(diǎn)，目的是建成一個(gè)智能化微網(wǎng)，

即智能控制系統(tǒng)通過通訊層，協(xié)調(diào)本地分散電源和分部存儲(chǔ)設(shè)備，以

及 Com Ed 電網(wǎng)，共同滿足由智能樓宇及 DR 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理的本

地電力和熱負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)為用戶提供完美電力的承諾。2008 年日本

的大型電力公司中，利用信息網(wǎng)絡(luò)建立的配電線（遇到故障時(shí)按一定

順序送出）自動(dòng)功能在 41610 條（占總線路的 45.2%）線路中得以實(shí)

現(xiàn)，2788 條（占 11.3%）完成了配電線開關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)控[11-14]。新

加坡的供電信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要采用 SCADA 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以解決網(wǎng)

絡(luò)冗余、響應(yīng)不及時(shí)等供電網(wǎng)絡(luò)問題，其規(guī)模已覆蓋新加坡 4000 個(gè)

變電所[15]。芬蘭的電力配電公司利用信息網(wǎng)絡(luò)覆蓋了 85000 個(gè)用戶，

10 座 110/20k V變電所，1400 座 20/0.4k V 的配電變電所，但其建

立的信息網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)復(fù)雜，擴(kuò)容性低[16]。

........

第 2 章 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與需求分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

鄂爾多斯電業(yè)局是內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司直屬的國(guó)家

特大型供電企業(yè)，以建設(shè)運(yùn)營(yíng)鄂爾多斯地區(qū)電網(wǎng)為核心業(yè)務(wù)，承擔(dān)鄂

爾多斯市七個(gè)旗區(qū)（除準(zhǔn)格爾旗）工農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng) 157.4 萬(wàn)居民

生活供電任務(wù)[42]。鄂爾多斯電業(yè)局網(wǎng)內(nèi)共有 500k V 變電站 4 座，

220k V 變電站 27 座，110k V 變電站 66 座，110-220k V 輸電線路

4436 公里，10-35k V 輸配電線路 23823 公里，現(xiàn)已形成以500k V

為支撐、220k V 為骨干、110k V 為輻射的供電網(wǎng)絡(luò)格局。目前鄂爾

多斯電業(yè)局已建成了以局信息機(jī)房為核心，上聯(lián)集團(tuán)公司，下聯(lián)各二

級(jí)單位及各供電所、變電站等的信息網(wǎng)絡(luò)。核心設(shè)備采用雙

CISCO6509-E交換機(jī)、CISCO7606 路由器等，局調(diào)度大樓的網(wǎng)絡(luò)環(huán)

境狀況良好，實(shí)現(xiàn)了百兆甚至千兆到桌面，但對(duì)于邊遠(yuǎn)下級(jí)節(jié)點(diǎn)卻顯

不足，體現(xiàn)在包括所有的局屬220k V、110k V、35k V 變電站、供電

所及 11 旗區(qū)分局等，除了極個(gè)別為 2x2M數(shù)字電路外，現(xiàn)共有近 150

條都為 2M 帶寬電路。本次網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造共涉及鄂爾多斯電業(yè)局 2 個(gè)

500k V 變電站，15 個(gè) 220k V變電站，40 個(gè) 110k V 變電站，10 個(gè)

35k V 變電站，7 個(gè)旗（區(qū)）供電局。各變電站或供電局名稱如下：

500k V 變電站：響沙、布日都；220k V 變電站：北郊、民安、達(dá)旗

地區(qū)、康巴什、裝備、杭錦、烏蘭木倫、庫(kù)布其、馬蓮、棋盤井、烏

審、蘇貝、圖忽岱、無(wú)定河、馬蘭花；110k V 變電站：東郊、神山、

越山、鐵西、吉樂慶、高頭窯、東勝中心、樹林召、開發(fā)區(qū)、新奧、

石尼召、城拐、陶爾斯、三坰梁、新輝陶瓷、天隆、青春山、阿鎮(zhèn)、

錫尼、塔然高勒、白音、青格里、林塔、布爾臺(tái)、新街、馬家塔、新

廟、創(chuàng)業(yè)園、罕臺(tái)、盤山、阿爾巴斯、烏蘭、達(dá)鎮(zhèn)、圖克、納林河、

廟灘、上海廟、敖勒召、城川、昂素；35k V 變電站：商砼、華研、

廣場(chǎng)、三園、唐公溝、銅川、紅海子、成陵、霍洛、紅旗；7 個(gè)旗

（區(qū)）供電局：東勝、達(dá)旗、伊旗、杭錦、鄂旗、烏審旗、前旗。

.........

2.2 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的問題

隨著智能化電網(wǎng)建設(shè)的大力推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)呈指數(shù)級(jí)增加,主

要有生產(chǎn)MIS、營(yíng)銷收費(fèi)業(yè)擴(kuò)、計(jì)量遠(yuǎn)抄、財(cái)務(wù)經(jīng)營(yíng)、OA 辦公綜合管

理以及其它應(yīng)用系統(tǒng)等諸多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，而生產(chǎn)系統(tǒng)的視頻監(jiān)控、狀態(tài)

檢修等對(duì)帶寬需求大的業(yè)務(wù)又層出不窮,終端人員在使用各系統(tǒng)時(shí)速度

普遍慢，經(jīng)常出現(xiàn)響應(yīng)不及時(shí)、卡殼等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了辦公效率和

對(duì)外服務(wù)形象[43]。再有局里的人力資源遠(yuǎn)程視頻培訓(xùn)系統(tǒng)開展，集

團(tuán)公司的 ERP 系統(tǒng)、一體化平臺(tái)的實(shí)施都對(duì)鄂爾多斯局的信息化網(wǎng)絡(luò)

提出了更高的要求。圖 2-2 為鄂爾多斯電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。2M 網(wǎng)絡(luò)

無(wú)法滿足現(xiàn)有的帶寬需求，為了更好的說(shuō)明帶寬的不足，我測(cè)試了

2M 的傳輸速率。測(cè)試方法選擇下載服務(wù)器的一個(gè)測(cè)試壓縮文件；測(cè)

試時(shí)間為上午 10:00-11:00；測(cè)試軟件為 360；測(cè)試結(jié)果分別為

48KB/s、39KB/s、42KB/s、15KB/s、32KB/s。網(wǎng)絡(luò)改造目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)帶

寬為百兆，結(jié)合網(wǎng)卡等硬件條件的制約，理論峰值為 10MB/s 左右。

測(cè)試 2M 網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)也測(cè)試了調(diào)度大樓的百兆網(wǎng)絡(luò)作為參照對(duì)比，調(diào)

度大樓內(nèi)的平均下載速度為 8-9MB/s 左右。對(duì)比應(yīng)用系統(tǒng)的登錄速度

和打開頁(yè)面的反應(yīng)速度有著非常大的差距。

.........

第 3 章 網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造方案.......... 11

3.1 鄂爾多斯市電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造規(guī)模及目標(biāo)............. 11

3.2 鄂爾多斯市電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造設(shè)計(jì)方案....... 11

3.3 本章小結(jié)...... 22

第 4 章 基于三層交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化...........23

4.1 網(wǎng)絡(luò)問題產(chǎn)生原因分析........... 23

4.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化任務(wù)及規(guī)模..... 24

4.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案......... 25

4.4 本章小結(jié)...... 37

第 5 章 結(jié)論......38

第 4 章 基于三層交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化

鄂爾多斯電業(yè)局變電站網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造項(xiàng)目于 2015 年 9 月建設(shè)完

畢，全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了百兆、千兆到桌面；所有的局屬 220k V、110k V、

35k V 變電站、供電所及11 旗區(qū)分局實(shí)現(xiàn)了千兆骨干互連；上聯(lián)集團(tuán)

公司 155M[44]。擴(kuò)容后的整體網(wǎng)絡(luò)帶寬大幅度提升，實(shí)現(xiàn)了雙核心

的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有效的提高了網(wǎng)絡(luò)承載能力和核心網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，為滿

足新增的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了良好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),目前主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)有生產(chǎn)

MIS、營(yíng)銷收費(fèi)業(yè)擴(kuò)、計(jì)量遠(yuǎn)抄、財(cái)務(wù)經(jīng)營(yíng)、OA 辦公綜合管理以及其

它應(yīng)用系統(tǒng)等，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容后，生產(chǎn)系統(tǒng)的視頻監(jiān)控、狀態(tài)檢修等

音視頻數(shù)據(jù)也得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)改造中網(wǎng)絡(luò)接入規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大、

帶寬得以大幅度提升，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沿用原二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)

通過 VLAN 子網(wǎng)劃分開，從而減小廣播沖突域，擴(kuò)容后的一段時(shí)間內(nèi)

運(yùn)行比較穩(wěn)定[45]。但隨著鄂爾多斯市電業(yè)局業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)

接入點(diǎn)增加，新型業(yè)務(wù)方式的推廣力度加大，原有的二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已

不能滿足現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求，IP地址匱乏，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象經(jīng)

常發(fā)生，也制約了電業(yè)局下一步的網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展，因此針對(duì)所有變

電站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議改造已經(jīng)勢(shì)在必行。

4.1 網(wǎng)絡(luò)問題產(chǎn)生原因分析

變電站現(xiàn)有整體網(wǎng)絡(luò)完全使用二層協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)，此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從

行政管理的角度有較大優(yōu)勢(shì)（例如可以將不同地域的一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)

應(yīng)用劃分在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，有利于行政區(qū)分和管理）。由于各個(gè)

VLAN 網(wǎng)段（或應(yīng)用）可以通過Trunk 進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)不同地域

同一個(gè) VLAN 網(wǎng)段（或應(yīng)用）的傳輸和訪問，但在正常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸

的同時(shí)，病毒廣播也可以通過 Trunk 傳播，這就給各個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)

備帶來(lái)巨大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)壓力。隨著整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，大部分廣播

報(bào)文也將在整網(wǎng)中進(jìn)行傳播，例如病毒泛洪廣播，正常 arp 請(qǐng)求報(bào)文，

生成樹協(xié)議報(bào)文以及組播報(bào)文等。各種非必要的數(shù)據(jù)報(bào)文充斥在網(wǎng)絡(luò)

內(nèi)部，大量的無(wú)用數(shù)據(jù)報(bào)文占據(jù)著大部分帶寬，并將有用信息覆蓋。

由于目前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)問題，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出

現(xiàn)異常時(shí)即使利用數(shù)據(jù)抓包分析，也很難分析定位問題的所在，而且

即便通過抓包找到發(fā)包的計(jì)算機(jī)，將個(gè)別設(shè)備斷網(wǎng)臨時(shí)解決問題，但

當(dāng)出現(xiàn)同樣問題時(shí)目前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然完全沒有預(yù)防方式，仍然需要

通過大量的人為工作來(lái)分析判斷問題，因此通過數(shù)據(jù)抓包分析問題是

一種治標(biāo)不治本的辦法。同時(shí)，給運(yùn)行維護(hù)、故障診斷工作帶來(lái)巨大

工作量，嚴(yán)重降低了運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)的工作效率。

.........

結(jié)論

本文介紹了鄂爾多斯市電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的研究背景與國(guó)內(nèi)外

網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的研究現(xiàn)狀，指出了目前電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)存在的問題，并基于地

域特征，結(jié)合預(yù)定目標(biāo)，提出了鄂爾多斯市電業(yè)局網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造和信

息化建設(shè)的設(shè)計(jì)方案。本論文主要成果如下:（1）在國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)升級(jí)

研究、應(yīng)用等方面的基礎(chǔ)上，指出了鄂爾多斯市電業(yè)局變電站網(wǎng)絡(luò)和

網(wǎng)絡(luò)信息化存在的問題。（2）基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬低、基礎(chǔ)架構(gòu)薄弱、

設(shè)備性能低、網(wǎng)絡(luò)安全及冗余不足等問題，文章重點(diǎn)闡述了電業(yè)局變

電站網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造設(shè)計(jì)方案。（3）在鄂爾多斯電業(yè)局變電站網(wǎng)絡(luò)升級(jí)