試論智能電網通信網絡的有效規劃

李良

【摘 要】智能電網的構建，有主網和配網統一協調管理的趨向，從數千個節點的數據采集量到數十萬個節點數據采集，大量的數據如何進行有效的管理，是待解決的問題。本文從通信電源、數字變電站通信的需求、數據信息的管理（數據采集、數據傳輸、信息集成、分析優化和信息展現）方面進行論述。

【關鍵詞】電力系統；智能電網；通信電源；信息管理

【中圖分類號】 E965【文獻標識碼】B【文章編號】1672-5158（2013）07-0296-02

智能電網（smart power grids），就是電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

一、通信電源

通信電源是整個通信網絡的關鍵基礎設施，但是通信電源在整個通信行業中占的比例并不大。電信運營商在電源產品上的采購主要是每年的設備維護和系統設，其中電源設備的維護通常占采購量的比重更高。電信運營商每年用于電源系統的建設上的費用相對較少，除非電信系統需要大規模的升級或者擴建，運營商才會增加電源設備的采購量。電力通信電源是智能電網的通信系統的關鍵設備，通信電源系統的質量好壞關系到通信網的安全和質量，如果電源出現故障，對電網的安全和運行帶來了極大的危害，還能產生嚴重的后果。所以，在只能電網通信電源的管理和維護應該被重視。在智能電網中，采用先進的、集中、自動化的管理的方式進行。采用先進、可靠性高的電源電池和穩定的供電方式對構建強大的通信供電系統尤為重要。通信電源供電系統中，一般采用DC-DC轉換器對通信設備供電。蓄電池可采用免維護電池，壽命長且密封性較好。建議采用雙蓄雙充模式，可適當加大直流蓄電池組的容量，采用兩組DC-DC轉換器為通信設備供電，可以保證通信設備供電可靠性。在保證通信設備安全可靠供電的同時，不僅降低了設備投資，實現了資源共享，還可降低工作人員的維護量。

二、數字變電站通信需求及滿足

數字化變電站的基本概念為變電站的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數字化，基本特征為設備智能化、通信網絡化、模型和通信協議統一化、運行管理自動化等。伴隨著網絡通信技術的發展，數字化變電站乃至數字化電網的逐步建立，為構建智能電網的建設提供了技術基礎。初步統計，國家電網公司系統已有70多座數字化變電站投入運行，在數字化變電站研究和應用領域取得的成果，使在變電站一次設備、變電站通信網絡等方面具備了建設智能電網的條件，對智能電網的發展將起到重大推動作用。推廣數字化變電站，促進電網的智能發展，需要考慮現有通信網絡改造和構建新興通信網絡，以滿足變電站的數字化建設。

2.1 通信開放、標準化

數字化變電站的主要一次設備和二次設備都應為智能設備，這是變電站實現數字化的基礎。智能設備需具備可與其他設備交互參數、狀態和控制命令等信息的通信接口。構建開放的通信架構，形成一個“即插即用”的環境，使電網元件之間能夠進行網絡化的通信。統一技術標準，數字化變電站可以對傳感器、智能電子設備（IEDs）還有應用系統實現無縫通信，就是信息在設備和系統這兩個之間得到完全的理解，這樣才能實現設備和設備時間、設備和系統之間、系統和系統之間的相互操作的功能。實現這個功能，必須依靠電力公司、設備知道企業和標準制定機構之間的相互溝通和各做，才能實現。

2.2 通信網絡化

數字化變電站內設備之間的連接全部采用高速的網絡通信設備，通過網絡真正實現資源共享？并要求通信具備實時性、安全性。目前的通信需求主要是系統物理量的傳遞，主要足四遙：遙測，遙信，遙控，遙調。測量數據、遙控命令等都要求實時傳送，一旦出現故障，則需要傳送大量的數據，要求信息能在站內通信網絡上快速傳遞。通信的安全問題也是至關重要的，可采取只讀訪問以及密碼和防火墻等策略。

2.3 信息集成化

高速通信系統使得各種不同的智能電子設備（IEDs）、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統以及用戶進行網絡化的通信，同時，這中間產生的數據和信息都集中采集、統一傳送，實現電網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精細化管理。

三、信息管理

3.1 數據采集

在實時數據采集上，智能電網大大擴展了監視控制與數據采集系統（SCADA）的數據采集范圍和數量，提高了電網的“可視化”。智能電網的實時數據主要包括三類：電網運行數據、設備狀態數據和客戶計量數據。電網企業應該加強對設備狀態監測數據和更加詳細的客戶計量數據的采集，為企業提供更多有價值的信息和更有力的決策支持。設備狀態數據的采集有利于推進電力行業設備狀態檢修的發展。電網企業目前在開展狀態檢修和狀態評估的初期工作，設備狀態數據的獲取是狀態檢修和狀態評估的重要基礎。同時，電網企業應該根據不斷更新與變化的設備情況，花大力氣制定和更新設備狀態評估的標準。

3.2 數據傳輸

智能電網需要采集大量的設備狀態數據和客戶計量數據。這兩類數據的特點是：數據量大，采集點多且分散，對實時性要求比電網實時運行數據低，數據需要被多個系統和業務部門使用。在智能電網中，對這部分數據的采集是采用基于開放標準的數字通信網，即基于IP的實時數據傳輸方式。它是基于開放標準（TCP/IP）的數據網絡通信，提供協議轉換器，可以兼容現有設備，多通道共用，提高通道利用率，多通道容量可以被其他數據通利用，更適合對大量的設備狀態數據和計量數據的采集。采用基于IP的實時數據傳輸，各后臺系統通過訂閱方式直接獲取所需數據，減少了數據通道壓力，避免在實時系統和管理系統之間開發多個數據接口，有利于實現實時數據的共享。

3.3 信息集成

針對電力企業已經存在的信息“孤島”和“煙囪”問題，智能電網尤其強調建立企業信息總線（ESB），實現企業級信息集成。智能電網中，需要集成的信息包括自動化系統的實時數據、電網公司內部管理應用系統產生的管理數據、外部應用系統數據。為了實現企業級的信息集成，需要建立企業信息集成總線，實現應用系統之間的數據流動，各應用系統的數據集成到統一的分析數據倉庫。企業信息集成總線中信息交換以及數據中心數據模型參照/遵循CIM標準。

3.4 分析信息

信息分析是智能電網的核心內容，是電網智能化的根本體現，有利于支持電網企業的業務改進與創新。數據分析的水平很大程度上取決于信息集成程度。根據智能電網信息集成程度，將分析優化分為四個層次：實時事件、閉值、通知、屏幕顯示、郵件、傳呼；指標計算、趨勢分析；數據分析、事件的實時或事后診斷處理、數據挖掘；高級優化、業務建模和規劃、決策支持。針對電網企業不同的業務主題，建立完整的分析結構層次，指導對數據的深度利用；電網企業內部不同層次的人員，可以從這個完整的分析結構中訂閱自己需要的分析功能；這樣一個分析結構層次中，實際上包含了電網企業的重要運營和管理指標體系，能夠清楚地表征電網企業的整體運營狀況。

3.5 信息顯示

通過門戶系統，能夠從多個數據源獲取數據，將經過分析優化處理后的信息，以用戶定制的門戶和儀表盤方式呈現給用戶。門戶系統為用戶提供一站式信息訪問，不同層次的用戶獲得自己關注的信息，用戶能夠配置需要顯示的信息和表現方式，還能夠實現對分析結果的企業級分發。

3.6 信息的安全管理

電力系統存在大量的數據信息，包括發電商，電力企業，電網，用戶的資料信息。智能電網中，必須明確各個主題的權限和保護程度，確保各個利益主體的切身利益。信息傳輸過程必須能抵御外部干擾和惡意的竊取，加強主動實時防護和信息的安全存儲、網絡病毒防范、惡意攻擊防范、網絡信任體系與新的密碼等技術。

參考文獻

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