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智能電網(wǎng)集成通信

2012-03-30 00:53:06鄒巧明
電網(wǎng)與清潔能源 2012年7期
關(guān)鍵詞:智能發(fā)展

鄒巧明

(廣西電網(wǎng)公司南寧供電局,廣西南寧 530000)

智能電網(wǎng),就是電網(wǎng)的智能化,也被稱為“電網(wǎng)2.0”,它是建立在開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,通過全集成通信網(wǎng)絡(luò)支持,實現(xiàn)智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護和控制,因此,建立這樣的通信網(wǎng)絡(luò)是邁向智能電網(wǎng)的第一步[1-2]。在智能電網(wǎng)發(fā)展的各個階段,為了滿足其對電力信息通信系統(tǒng)的需求,需要全面建設(shè)開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò),支持多業(yè)務(wù)的靈活接入,即支持任何時間、任何地點、任何設(shè)備、任何業(yè)務(wù)、無所不在的信息通信接入方式,為電力智能化系統(tǒng)或設(shè)備提供“即插即用”的電力信息通信保障。

為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展要求,伴隨著通信技術(shù)的進步和發(fā)展,現(xiàn)在已有商業(yè)化應(yīng)用或是正在發(fā)展多種集成通信新技術(shù),包括光纖以太網(wǎng)、電力線寬帶通信(BPL)、3G技術(shù)等。這些技術(shù)近年來都以驚人的速度迅速發(fā)展,受到廣泛關(guān)注。隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展,電網(wǎng)通信模式也向著集控制、管理、安全、多業(yè)務(wù)接入為一體的綜合IP數(shù)字通信業(yè)務(wù)平臺的方向發(fā)展。但是目前電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展還存在一些網(wǎng)絡(luò)融合、業(yè)務(wù)提供模式單一等問題,這些問題也一直阻礙著智能電網(wǎng)發(fā)展。下一代網(wǎng)絡(luò)是集話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)。下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主流就是融合,在高速率通信中實現(xiàn)各方面的融合。下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)存在的問題提供了有效的解決方法。本文在介紹一些智能電網(wǎng)集成通信新技術(shù)的基礎(chǔ)上,同時也指出了以下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和集成通信新技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建,能實現(xiàn)即插即用的開放式架構(gòu)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò),以支撐智能電網(wǎng)的健康發(fā)展。

1 智能電網(wǎng)集成通信新技術(shù)

現(xiàn)代電力通信技術(shù)的種類繁多,通信技術(shù)也在快速地發(fā)展,在我國智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢下,現(xiàn)在已經(jīng)使用的或是正在發(fā)展多種電力系統(tǒng)集成通信新技術(shù),包括光纖以太網(wǎng)、電力線寬帶通信(BPL)、第四代(4G)WiMax、第三代(3G)無線語音和數(shù)據(jù)通信、Zigbee/WiMedia/WiFi無線通信、Internet 2(IPv4和IPv6)等[3-5],現(xiàn)就一些應(yīng)用較為廣泛的集成通信新技術(shù)作一些簡單介紹。

1)電力線寬帶(BPL)通信。在2009年7月的日本東京會議上通過了IEEE P1901電力線寬帶標(biāo)準(zhǔn)草案。它是一份局域網(wǎng)、智能電網(wǎng)寬帶訪問等所有BPL應(yīng)用的綜合性規(guī)范。BPL標(biāo)準(zhǔn)仍在逐漸發(fā)展、完善,以適應(yīng)更廣泛的發(fā)展需要。在不久的將來,BPL將能夠利用家庭電源插頭和室內(nèi)布線實現(xiàn)寬帶通信,家庭插座可以像以太網(wǎng)一樣的即插即用,通過家庭插座可以實現(xiàn)與智能家電通信,實現(xiàn)家庭智能化。這項技術(shù)目前正處于概念驗證階段,預(yù)計商用仍需要一段時間。

2)光纖以太網(wǎng)通信。隨著多千兆以太網(wǎng)交換機在光纖終端的應(yīng)用,以及MPLS技術(shù)和光電技術(shù)的應(yīng)用,光纖以太網(wǎng)正在成為一個廉價的公用載體服務(wù)的互連方法。目前這項技術(shù)已有商業(yè)化產(chǎn)品投入運行,在目前及可預(yù)見的將來,它將在智能電網(wǎng)通信中成為通信技術(shù)的主流。

3)3G/4G無線通信。3G和4G技術(shù)的發(fā)展,已將傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)逐漸向互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展,為新一代電力ICT網(wǎng)絡(luò)的無線接入帶來新的選擇。3G無線語音和數(shù)據(jù)通信、4GWiMax都可用于智能電網(wǎng),它們的特點是:均為雙向通信系統(tǒng),可實現(xiàn)智能電表的數(shù)據(jù)采集和控制;部署較為靈活、方便,通過用戶附近的基站就可實現(xiàn)智能電表的無線接入;具有較好的傳輸帶寬,可以實現(xiàn)較高速率的數(shù)據(jù)傳輸;而且無線覆蓋面廣,可以應(yīng)用于不具備有線通信條件或有線通信無法滿足需求的情況,成為智能電網(wǎng)中有線通信技術(shù)的有益補充。

4)ZigBee/WiMedia/WiFi無線通信。ZigBee使用跳頻擴頻(FHSS)無線技術(shù),提供可靠的、低速的、遠距離傳輸性能,并免受傳輸堵塞和干擾。ZigBee聯(lián)盟日前正大力推動已廣泛采用公認的ZigBee Smart Energy公共應(yīng)用規(guī)范的智能電網(wǎng)應(yīng)用迅速成長。WiMedia超寬帶技術(shù)可以擴展電網(wǎng)控制到有著復(fù)雜的監(jiān)測和內(nèi)容分配應(yīng)用中。這項技術(shù)目前正處研究和開發(fā)階段,預(yù)計商用需要大約3a時間。基于IEEE 802.11x的標(biāo)準(zhǔn)之一的WiFi建立無線寬帶網(wǎng)絡(luò)很有效,它能提供比傳統(tǒng)同軸電纜或光纖水平較低的服務(wù),但需要加密確保安全性,可工作在變電站無線傳感器的環(huán)境。

5)Internet 2。Internet 2是下一代高速互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng),它采用的是IPv6協(xié)議,它設(shè)定的地址是128位編碼,能產(chǎn)生2的128次方個IP地址,地址資源極端豐富。IPv6擴展了互聯(lián)IP地址,這是基于ISP服務(wù)的電力線寬帶(BPL)通信所需要的。借助于高性能主干網(wǎng)和多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)服務(wù)質(zhì)量(QoS),可直接支持集成QoS敏感的應(yīng)用。

6)甚小口徑終端(VSAT)衛(wèi)星技術(shù)。衛(wèi)星可為覆蓋面廣泛的配電變電站遠程監(jiān)測控制提供新的解決辦法。VSAT衛(wèi)星服務(wù)已經(jīng)可以使用,可以調(diào)整以支持變電站監(jiān)控;它們還提供基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的位置和同步時間信息(對于成功使用PMUs很重要)。該系統(tǒng)能夠快速實施,偏遠地區(qū)除外,但成本也偏高。衛(wèi)星通信還會受惡劣天氣和風(fēng)暴的影響,而且有往返通信延遲。

7)WiFiber系統(tǒng)。這一系統(tǒng)被它的發(fā)明者GigaBeam稱為“WiFiber”,GigaBeam是一家電信啟動公司,總部在弗吉尼亞。雖然是無線技術(shù),該公司的研究手段與其說是WiFi或者WiMax,不如說是光纖技術(shù)。它也被稱為“光學(xué)無線”。WiFiber系統(tǒng)在約1.609 3 km以上的范圍傳輸速度可達10 Mb/s到1 000 Mb/s。

2 智能電網(wǎng)集成通信網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)能使智能電網(wǎng)成為一個動態(tài)的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。這樣的通信網(wǎng)絡(luò)建成后,可以提高智能電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率,繁榮電力市場,抵御電網(wǎng)受到的攻擊,從而提高電網(wǎng)價值[6]。目前的電力通信網(wǎng)絡(luò)存在許多急需改進的問題,例如融合問題,由于技術(shù)的發(fā)展和歷史的原因,不同的業(yè)務(wù)是由獨立的、互不相關(guān)的不同網(wǎng)絡(luò)來承載和實現(xiàn)的,在用不同的新技術(shù)來發(fā)展多種業(yè)務(wù)的同時,也造成了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜與分離。網(wǎng)絡(luò)的分離帶來的直接問題就是重復(fù)投資,網(wǎng)建成本加大,同時也會造成網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性和難度增加。而且由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間互通的困難,很難統(tǒng)合不同網(wǎng)絡(luò)的資源為企業(yè)生產(chǎn)管理提供綜合性服務(wù)。另外還存在一些業(yè)務(wù)提供模式單一,部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)面臨升級改造等問題。所以建設(shè)集成通信網(wǎng)絡(luò)還有許多技術(shù)方面的問題有待解決。

在建設(shè)智能電網(wǎng)集成通信網(wǎng)絡(luò)中主要有2個方面的技術(shù)需要重點關(guān)注,首先是開放的通信架構(gòu);其次是統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。下一代網(wǎng)絡(luò)(Next Generation Network,NGN)是近年來全球通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的焦點,它關(guān)系到未來整個通信網(wǎng)的架構(gòu)。下一代網(wǎng)絡(luò)是集話音、數(shù)據(jù)、傳真和視頻業(yè)務(wù)于一體的全新網(wǎng)絡(luò)。它采用開放式業(yè)務(wù)架構(gòu),利用多種寬帶能力和QOS保證的傳送技術(shù),提供有服務(wù)質(zhì)量保障的業(yè)務(wù)。下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主流就是融合,在高速率通信中實現(xiàn)各方面的融合[7-8]。這為智能電網(wǎng)集成通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了強大的技術(shù)支持和發(fā)展平臺,可以有效地解決上述2大技術(shù)問題。下一代網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展將為今后電力通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型提供一個重要的戰(zhàn)略機遇和發(fā)展空間。下面就一些基于下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)建設(shè)的電力系統(tǒng)集成通信網(wǎng)絡(luò)中作一些概括分析。

2.1 基于ASON技術(shù)的集成傳輸網(wǎng)絡(luò)

在光傳輸組網(wǎng)技術(shù)上疊加以IP技術(shù)為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù),形成具有智能性的光網(wǎng)絡(luò)——自動交換光網(wǎng)絡(luò),即智能光網(wǎng)絡(luò)(Automatic Switch Optical Network,ASON),ASON是一項全新的技術(shù),它利用信令、路由、自動發(fā)現(xiàn)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,實現(xiàn)了路由自動計算,連接自動建立,網(wǎng)絡(luò)資源自動發(fā)現(xiàn)等功能,提高了光傳送網(wǎng)的自動控制能力,使光傳送網(wǎng)同IP網(wǎng)絡(luò)一樣具有了智能特性。引入ASON技術(shù)建設(shè)電力信息集成傳輸網(wǎng)絡(luò),不僅可以大大提高電力通信網(wǎng)的服務(wù)速度、增加新的業(yè)務(wù)種類,能有效地解決電力系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)提供模式單一的問題,而且能與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無縫融合,向著全智能的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展[9-10]。ASON已經(jīng)被國內(nèi)外電信運營商成功應(yīng)用在骨干網(wǎng)上,主要完成骨干網(wǎng)絡(luò)上大粒度業(yè)務(wù)的調(diào)度和保護恢復(fù)。隨著電力系統(tǒng)大容量的IP業(yè)務(wù)的飛速增長,在電力通信網(wǎng)中引入ASON將會帶來以下好處:

1)增強網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速配置能力,實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速提供;

2)以方式MESH組網(wǎng)可以提高業(yè)務(wù)的生存性,提供多種保護和恢復(fù)方式,有效抵抗網(wǎng)絡(luò)多點故障,達到99.99%以上的業(yè)務(wù)可靠等級,同時有利于網(wǎng)絡(luò)的升級擴容;

3)靈活提供不同的業(yè)務(wù)等級,滿足目前迅速發(fā)展的不同等級用戶服務(wù)的需要;

4)充分降低維護難度,實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的快速調(diào)配和自動保護,提高運營效率。

2.2 基于IPv6技術(shù)的集成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

IPv6作為下一代Internet的核心協(xié)議,在IPv4的基礎(chǔ)上進行了較大的升級和改進。IPv6技術(shù)相對于IPv4技術(shù)最突出的優(yōu)勢是IPv6極大地擴大了地址空間,恢復(fù)了原來因地址受限而失去的端到端連接功能[8]。同時,IPV6技術(shù)在提高網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量、改善服務(wù)質(zhì)量(QoS)、提高安全性、支持即插即用和移動性以及組播等方面比IPv4也有較大的改進。

目前各個電力公司建設(shè)有電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),對于這2個網(wǎng)絡(luò),無論是IP地址容量還是可管理性,采用IPv4地址的方式將不能充分滿足電力公司的飛速發(fā)展,IPv6的使用顯得十分必要。因此,各個電力公司對IPv6越來越多地關(guān)注。以IPv6技術(shù)為基礎(chǔ)建立電網(wǎng)集成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)已是必然的趨勢。

2.3 基于軟交換技術(shù)集成交換通信網(wǎng)絡(luò)

軟交換技術(shù)是區(qū)別于傳統(tǒng)電信網(wǎng)的電路“硬”交換技術(shù),是網(wǎng)絡(luò)演進以及下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一,在電力通信網(wǎng)絡(luò)中同樣有著非常重要的應(yīng)用。軟交換技術(shù)引入使得同一網(wǎng)絡(luò)可以提供多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用,并使新業(yè)務(wù)開發(fā)和部署非常方便。當(dāng)前通信行業(yè)發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)融合,基于軟交換的NGN網(wǎng)絡(luò)以其話音、數(shù)據(jù)和多媒體融合能力、豐富的業(yè)務(wù)提供能力、多樣化接入支持能力等優(yōu)勢,已成為新一代通信網(wǎng)絡(luò)演進的方向。電力通信網(wǎng)絡(luò)作為服務(wù)于電力企業(yè)的專網(wǎng),有著和電信運營商網(wǎng)絡(luò)類似的技術(shù)特征,在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)服務(wù)等方面也面臨新的挑戰(zhàn)[11]。引進軟交換技術(shù),建立一個融合數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)的電力通信寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò),將為建設(shè)智能電網(wǎng)提供更有力的技術(shù)保障。

現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的通信技術(shù)種類繁多,有光纖、電力線、微波等多種傳輸介質(zhì),以這些傳輸介質(zhì)建設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)又都有自己的交換、連接等設(shè)備,所以這就造成網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通的困難。如果信息需要在不同介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)間傳輸,那就將需要更多的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)[12]。這不但造成了資源的浪費,而且對整個電力通信網(wǎng)的管理也帶來了很大的不便。引入軟交換技術(shù)是解決這些問題的有效途徑,可以利用軟交換技術(shù)的特點和優(yōu)勢,在目前電力通信系統(tǒng)的硬件條件下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)融合,提升電網(wǎng)通信系統(tǒng)支撐力度,提高服務(wù)質(zhì)量,提供給用戶更完善的服務(wù)。軟交換技術(shù)的引入具體可以解決以下問題:

1)電力通信網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)互通。可以很好的解決電網(wǎng)中電話網(wǎng)和計算機網(wǎng)之間的信令互通及不同網(wǎng)關(guān)的互操作問題。從而使計算機網(wǎng)可以更方便地對電話網(wǎng)進行管理和支持,電話網(wǎng)也可以和計算機網(wǎng)絡(luò)配合,更好地提供服務(wù)。

2)提供增值業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)。目前,電力通信網(wǎng)中傳輸?shù)男畔⒅饕钦Z音和數(shù)據(jù),但隨著網(wǎng)絡(luò)的演進和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,對視頻業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)也提出了新的要求。軟交換技術(shù)不但能很好地支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),利用新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施可以提供各種增值業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù),而且軟交換技術(shù)提供了開放式的應(yīng)用程序接口,非常便于提供新業(yè)務(wù)。

3)統(tǒng)一不同介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。引進軟交換技術(shù),在一臺交換服務(wù)器上可對多種介質(zhì)的信息進行交換,實現(xiàn)各種通信介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的融合互通。包括其他業(yè)務(wù)統(tǒng)計和告警等操作維護功能。在電力通信網(wǎng)中引入軟交換技術(shù),將會產(chǎn)生多方面的效果。作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù),軟交換受到越來越多的關(guān)注,在電力通信網(wǎng)中也同樣具有非常廣闊的發(fā)展空間。

3 集成通信技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)的效益

集成通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用最重要的作用是使得智能電網(wǎng)具有自愈功能。首先,開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)能夠幫助智能電網(wǎng)實時地采樣和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以支持監(jiān)測、分析和自動響應(yīng)影響電網(wǎng)運行的不利趨勢和狀況。不僅如此,它還能使新的包括廣域測量技術(shù)在內(nèi)的實時分析工具得到發(fā)展。其次,開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)能夠使智能電網(wǎng)運行更加可靠[8,13]。因為集成通信不僅使替代的資源能得到廣泛的應(yīng)用,而且它能夠提供實時數(shù)據(jù)以便于系統(tǒng)操作人員對發(fā)電、潮流、無功控制和DER等資源的信息進行更加有效、可靠地集成調(diào)度。當(dāng)集成通信在智能電網(wǎng)中得到應(yīng)用時,電網(wǎng)能夠更加安全地應(yīng)對外部的威脅。通過安全的通信基礎(chǔ)設(shè)施能夠得到實時數(shù)據(jù),從而能夠監(jiān)測到和減輕電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可能受到的威脅,另外集成通信甚至?xí)龠M非電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),因為電網(wǎng)在物理上實際上也與其他生活相關(guān)的社會系統(tǒng)相連接的。

在智能電網(wǎng)的發(fā)展要求下,應(yīng)用集成通信技術(shù)和其他技術(shù)將會帶來顯著的經(jīng)濟效益,下面列出幾點由集成通信技術(shù)帶來的經(jīng)濟效益:

1)提高電網(wǎng)運行可靠性,從而能降低投資、提高效益。

2)提供能識別和糾正電能質(zhì)量問題所需要的高速數(shù)據(jù),幫助電網(wǎng)公司和消費者降低由電能質(zhì)量問題引起的成本。與此同時,還能為資產(chǎn)管理提供所需要的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),從而降低由斷電引起的維護成本和停電成本。

3)可以減少新的硬件設(shè)備的投入。因為提高電網(wǎng)的可靠性方法是利用集成通信技術(shù),而不再是一味地增加新的硬件設(shè)備。

4)消費者受益。集成通信技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助消費者靈活地選擇更為經(jīng)濟的能源。電力市場受到實時供求關(guān)系的影響,向消費者提供價格信息也能刺激消費者參與到電力市場當(dāng)中。同樣,集成通信技術(shù)能將終端用戶與非公用的通信方案聯(lián)系起來(比如家庭智能化)。

4 結(jié)語

智能電網(wǎng)各項功能的實現(xiàn)基本都需要依賴于開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)建設(shè)的第一步是建立開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò),它將帶來電網(wǎng)運行可靠性、安全性、經(jīng)濟性、高效性的巨大進展和環(huán)境效益的提高。但是集成通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也存在著許多障礙,其中先前對集成通信缺乏產(chǎn)業(yè)遠見和對這種技術(shù)所帶來的效益估計不足是建設(shè)過程遇到的最大障礙。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展和進步,智能電網(wǎng)的通信需求逐步增強。但到目前為止,這些技術(shù)尚未達到成熟,需要克服的問題還有很多。隨著技術(shù)的發(fā)展、進步和科研工作者辛苦地投入,相信服務(wù)于智能電網(wǎng)的開放標(biāo)準(zhǔn)、高速雙向的全集成通信網(wǎng)絡(luò)一定能建成。

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