局域网wapi技术应用

       

       
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南方电网无线局域网WAPI技术应用试点
【发布时间:2021-1-21】 【来源：南方电网科学研究院有限责任公司、中国南方电网电力调度控制中心】

一、南方电网WAPI通信建设背景

1.建设背景

随着智能电网建设和数字化转型的推进，变电站出现了以机器人巡检、移动作业、物联网数据采集为代表的新兴业务，这些业务总体呈现出大带宽、移动性、大连接特点，现有通信方式无法满足。

面向大带宽：机器人巡检、视频监控、可视化作业等

面向移动性：变电站移动巡检、无人机应用、移动作业等

面向大连接：温湿度、水浸、气体传感等数据采集类

传统有线接入方式无法满足移动性需要，而公网无线无法有效覆盖。

传统有线接入方式无法完全适应业务的多样化接入需求方式：电缆或光缆等有线通信方式，承载电网生产实时信息和生产管理等传统业务，无法满足终端移动性需求。

公网运营商以城区覆盖为主，但电网存在大量农村山区的变电站无法获得运营商信号的有效覆盖，即使城区的变电站室内部分也存在无信号或信号差的情况。

综上所述，南方电网需要一种无线接入网络，以合理的成本和投入，对变电站室外及室内部分形成全方位的深度覆盖，满足各类业务安全的、泛在的、灵活的、宽带的“最后一公里”无线接入需求。无线局域网（WLAN）是全球最主要的无线宽带接入方式，具有带宽高、成本低、部署方便等特点。

2.业务需求及关键指标

目前南方电网变电站业务主要可分为以下两类：

1)变电站传统调度业务：主要为控制类业务，以有线通信为主，现网运行良好且未来业务形态基本稳定。

2)变电站新兴业务：主要为采集类业务，总体呈现出大带宽、大连接、移动性等特点，纳入“最后一公里”无线覆盖范畴。

其中，变电站新兴业务主要包括了视频监控、巡检机器人、移动作业和传感器业务等，具体如图1所示。


图1：南方电网变电站新兴业务需求分析

根据业务需求分析可知，变电站“最后一公里”无线局域网WAPI通信手段的定位是：作为现有光纤通信的延伸，结合现有的传输网络实现变电站内通信全覆盖，为站内信息采集类业务提供安全、泛在、灵活的无线接入方式。

应用场景：主要用于35kV及以上电压等级变电站或电厂；

覆盖深度：变电站室外区域及室内区域无线信号的全方位覆盖；

作用范围：“最后一公里”末端接入或称为本地通信；

业务类型：包括但不限于巡检机器人、无人机、视频监控、移动作业、移动办公和传感器等。

针对无线局域网WAPI的通信能力，南方电网重点关注以下指标要求：

接入带宽：支持单终端接入带宽≥30Mbps，单站接入总带宽≥300Mbps（802.11ac）；

移动性：满足无人机及巡检机器人移动速度下的视频画面不卡顿；

接入能力：单站接入终端数量≥200。

二、南方电网WAPI通信试点应用情况

1.组网架构

南方电网无线局域网WAPI总体组网规划和架构设计如图2所示。

AC/AP：AC部署在地市供电局，管理本地区所有变电站AP；

AP组网方案：采用变电站内二层组网设计，统一汇聚后进入广域网；

AS部署方式：采用省中心AS+地市局本地AS两级部署方式；

证书签发模式：省公司在中心AS上按需签发具备省内漫游功能的WAPI证书，地市局签发本地WAPI证书，不可跨地区漫游接入；

漫游架构：两级AS实现跨地区漫游。


图2：南方电网无线局域网WAPI组网架构图

2.试点应用情况

当前，南方电网已经在有序推进无线局域网WAPI系统的试点应用工作，目前已经与主流的厂家开展合作，在部分变电站开展了试点应用，具体情况如下：

巡检机器人：通过采用支持WAPI的CPE或软件升级的方式，已完成国自、朗驰、鲁能、广东能源科技、大华等主流机器人厂商产品的WAPI适配验证；

移动作业智能平板或手机：主流厂商都已支持WAPI；

监控摄像头：目前采用有线，改造需增加CPE，未来可推动摄像头厂商在产品内部集成WAPI模组；

温湿度采集类终端：目前采用有线，接入RS232/485转WAPI的CPE可适配WAPI网络，未来可推动采集类终端厂商内部集成WAPI模组。

三．南方电网WAPI检测需求

1.检测需求

为更好地应用无线局域网WAPI技术，同时，也为了保证变电站内业务通信的可靠性，南方电网对无线局域网WAPI系统的检测需求迫切，亟需建立无线局域网WAPI设备的入网检测标准以及检测平台，实现对进入变电站内设备的统一管控。

南方电网对无线局域网WAPI设备的检测需求主要包括了物理接口测试、运行环境测试、AP测试、AC测试、AS测试以及终端测试等六个方面。测试要点如图3所示。


图3：南方电网无线局域网WAPI检测需求分析

在上述检测需求中，根据南方电网变电站使用场景的特殊性，我们重点考察以下无线局域网WAPI设备的功能性能要求：

1) WAPI协议完整性：检验设备所实现WAPI协议的健壮性，以及是否能够正确处理异常协议报文等特殊状况。

2) WAPI证书签发流程：证书签发流程是无线局域网WAPI系统的信任根，需重点检测设备的支持能力，应由AP或STA产生证书申请文件（PKCS#10），由AS根据请求文件完成签发，同时AP需支持独立证书模式。

3)统一网管功能：南方电网根据实际需求，在地市局层面统一部署无线局域网WAPI网管系统，实现对多厂商AS和AC的集中管理，相应的，AS和AC设备需支持接受统一网管的管控。

2.检测开展情况

针对南方电网无线局域网WAPI业务检测需求，南方电网科学研究院开展了相关工作，主要内容如下：

开展了无线局域网WAPI系统测试实验室的建设；

完成了主流厂商AS、AC、AP以及STA等设备的功能测试及性能摸底测试；

开展了无线局域网WAPI设备测试总体规划工作；

完成了国内检测机构WAPI行业检测能力的调研；

开展了《南方电网变电站站内无线局域网设备测试规范》的标准编制工作。

四．南方电网科学研究院介绍

南方电网科学研究院是中国南方电网公司控股子公司，是南方电网公司“中央研究院”，全院现有员工442人，硕士以上占比达84%，其中博士占比1/3。

经过多年创新实践，南网科研院在电网规划、系统运行、防灾减灾、设备管理、计量营销、网络安全等领域为南方电网提供了全面技术支撑。在交直流互联电网安全稳定与控制、复杂大电网仿真、特高压直流输电、柔性直流输电等核心技术领域达到国际领先水平，负责自贵广II期以来南方电网全部西电东送和创新示范直流工程（共11项）的系统研究与成套设计工作。

南网科研院建成国家重点实验室等各级研发平台15个，拥有国家授权或颁发的资质15项，形成从主网到配网、高压到低压、一次到二次的完整科研体系，拥有全方位支撑服务南方电网安全稳定及经济运行的技术力量和配套资源。累计申请专利超过3000项（其中，发明专利占比64%），授权专利突破1500项。累计发布国际标准8项，国家标准52项，行业标准35项，包括IEEE国际标准7项（牵头4项），IEC/IEEE联合标准1项。首次牵头成功申请直流输电领域IEC标准1项。

供稿单位：南方电网科学研究院有限责任公司、中国南方电网电力调度控制中心

  



       
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