信息通信技術在智能電網中的應用

摘 要：文章從智能電網的內涵和特點出發，闡述了完善的信息交互和高速的通信傳輸是實現電網智能化的必備條件這一確鑿命題，介紹了不同信息通信技術在智能電網不同領域的應用情況，并做了些適當的展望。

關鍵詞：信息；通信；智能電網

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0060-02

隨著電網技術的發展，充分融合自動控制、計算機等先進元素的智能電網必然得到長足發展，并引發電力系統的發、輸、變、配、用等各個環節的技術革命。

智能電網與傳統電網的巨大區別在于對全景信息的及時掌控、充分利用等方面，要實現這個目的，必須依賴于完善的信息交互機制和高速可靠的通信方式。

1 智能電網對信息通信的依賴

1.1 智能電網的內涵和功能

依據相關專家的描述，智能電網可以用4個“能夠”來表述，即：每一個用戶能得到實時監控；每一個節點信息能夠雙向流動；所有市場交易能夠實時進行；電網成員能夠無縫連接以及實時互動。

從具體層面講，智能電網還可表征為：

①安全可靠。智能電網必須具有較強的自愈和自適應能力，能夠規避大面積停電事故的發生，能夠保證相關設備和人身的安全。

②兼容性高。智能電網不但要保證傳統集中式大電源的正常接入，同時還要能兼容太陽能、風能等分布式能源的接入，以適應電源多樣化的必然趨勢。

③靈活互動。智能電網必須保證供電企業和用戶之間的實時互動，以實現電力資源的優化配置和電網的經濟高效運行。

很明顯，不管參考以上何種表述，對照智能電網的內涵和特點，我們都可以看出：信息處理和通信支撐是實現智能電網的關鍵。

1.2 智能電網中信息通信的“主戰場”

①自動抄表領域。對信息通信的需求：安裝在用戶側的智能電表在完成各類“一手”信息的處理后，需要借助無線網絡將全景數據傳輸給主站使用，同時隨時接受主站的指令。

對信息通信的要求：有較好的實時響應特性，同時要求采用防火墻對數據進行保護。

②用戶需求響應領域。目前，隨著分布式電源的接入和階梯電價的運用，電力市場變得復雜萬分。為了有效控制配置電力資源，電力企業和用戶需要以廣域通信網絡為平臺，就電力供應能力和需求之間做及時的交流，并作出各自合理的抉擇。

③變電站自動化控制領域。智能電網中的變電站自動化控制不再局限于單個站的控制，而是傾向于區域聯合控制。這就需要信息分析模型清晰、合理，通信網絡主、備充分，并且可靠安全。

由“1.1”和“1.2”的敘述，我們確知：通過信息技術與通信技術的運用，智能電網可以實現各類信息的集成、整合、調控和共享，可以有效優化電網系統的構建，從而降低電網運行成本、滿足電力用戶的不同需求。

2 智能電網對信息通信的要求

①可靠性。智能電網要變得比傳統電網強大，唯有在（故障處理）快速性、（信息研判）準確性等方面下手，而要實現這個目標，必須要求任何數據在任何環境下都能有效傳輸到控制中心或者主站設備。

②安全性。智能電網要掌控全景信息，必須將通信網絡擴張到每個角落，而隨著通信網絡的擴張，原本相對獨立的電力系統就會被網絡化的風險所威脅，因此，需要比以往任何時候更加強調電力數據的保密性和安全性。

③實時性。雖然智能電網在信息采集的種類和數量上均較傳統電網有了質的飛躍，但為了保證智能電網的區域協同性，其對數據實時性的要求較傳統電網更為苛嚴（若實時性不強，則可能引發比傳統電網環境下更大范圍的異常）。

④可擴展性。智能電網必然由智能儀表、傳感器節點和可再生能源等組成，而這些內容具有一定的不可預測性，因此，智能電網的信息通信必須具備可擴展性。

3 現階段信息通信技術的應用情況

從總體上講，智能電網中的信息通信主要涵蓋以下內容：①電網數據采集；②數據傳輸；③信息集成；④分析優化；⑤信息展現。不同內容需要用到不同的技術，下面主要分“信息技術”和“通信技術”兩塊來進行說明。

3.1 信息技術

3.1.1 空間信息技術

該技術主要包括GIS技術、RS技術和GPS技術等，主要涉及智能電網中與空間分布相關的數據采集、測量、傳輸以及管理等。

其中，GIS技術通過對配電網地理信息的整合，繪制出一個完備的資產管理平臺，同時為配電網絡分析、三維漫游巡視（模擬）等提供幫助，是現階段智能配網監控與管理的重要支撐。

RS技術能通過衛星遙感，對嚴重自然災害時，以廣域方式監測電網的運行情況，從而為科技減災、智能減災提供輔助決策。

GPS技術能精確定位電力設備的位置，多用于智能電網建設初期的測量、智能電網運行過程中的故障診斷和搶修等，此外，GPS還為電力系統智能設備（如繼電保護裝置、安全自動裝置等）進行統一的時鐘對時，以便進行故障分析、處理和事故追憶。

3.1.2 云計算

云計算擁有強大的數據計算與存儲功能，并且高度安全，其在智能電網中的應用前景是非常廣泛的。具體來說，云技術可以將電力系統各環節進行整合，并充分實現信息的交互，如圖1所示。

云計算給智能電網帶來以下益處：

①能消除智能電網因規模擴大以及分布式能源接入等因素而造成的仿真難問題。

②通過構建智能云，可以在不增加現有網絡設備的基礎上，形成電力系統私有云，這樣，電力系統就可以絕對控制云計算的方式、集群應用和存儲等，無疑提高了電力數據的安全性。

3.1.3 信息安全技術

智能電網中的信息安全技術主要包括：縱向加密、橫向隔離、病毒防御、網絡防護、PKI/CA數字認證系統等。

3.2 通信技術

3.2.1 移動通信網絡

主要代表是3G移動通信。該類通信技術的傳輸速度幾乎滿足所有用戶對于無線服務的要求。其在智能電網中的主要應用如下：

①支持分布式電源的相關數據進入智能電網的信息網絡。

分布式電源的接入是智能電網的標志之一，但分布式電源具有分布范圍廣且分散的特點，要通過光纖采集所有分布式電源的運行信息，既顯得浪費又有些不切合施工實際，而3G網絡不但覆蓋面廣，還通道容量大，因此可作為一種便捷的通信方式應用到分布式電源上。

②電力視頻監控。視頻監控可以說是智能電網的標配，從愿望上講，能夠將整張電網納入視頻監控無疑是最佳的。考慮到經濟性因素，一般采用光纖通信與3G通信相結合的方法來實現最大范圍的視頻監控。

③用作調度自動化系統的備用通道。《電網調規》明確要求：主站與各廠站之間必須擁有兩個獨立的通信通道。一般情況下，主通道必須為電力專用網，但備用通道則可以選擇。目前，3G通信技術已經成熟，其通道傳輸速率高、容量大，能較好解決電力調度通道的備用問題。

④通過在移動搶修車上配置3G智能平臺，能夠更好地實現應急指揮和故障處理，從而較大限度減少停電造成的影響。

3.2.2 光導纖維通信技術

光纖通信以其寬頻帶、大容量、抗干擾強、保密性好等優點，被主要運用到智能電網骨干層和接入層傳輸。

其中：骨干層采用環網交換機（工業級冗余）構成光纖環形網絡，使通信鏈路的故障時間控制在50 ms以內；接人層采用樹型或鏈型網絡結構，方便級聯進各層網絡。

3.2.3 ZigBee/WiFi/WiMedia無線通信

智能電網基礎框架中有許多傳感器需要相互通信，這些傳感器的體積小、低功耗，用常規無線或有線通信均不太合適，而基于跳頻擴頻無線技術的ZigBee、WiMedia等技術因其能提供可靠的、免受傳輸堵塞的功能而備受青睞，將適合于在大范圍智能電網中的廣泛使用和推廣。

3.2.4 其他通信技術

除了上述介紹的通信技術外，用于智能電網或傳統電網向智能電網過渡期的通信方式還有：GPRS（通用分組無線業務）、CDMA（碼分多址）、WiMAX（全球微波接入）、McWill（多載波無線信息本地環路）等，限于篇幅，不再一一贅述。

4 信息通信技術的發展展望

4.1 4G移動通信技術

為了給智能電網建設提供更加可靠、快捷的信息通道，應當以4G網絡為支撐，充分利用230 MHz電力負荷管理專用頻點資源，建立起一個超高速、雙向通信的4G架構，同時，可考慮配套建設起4G配網信息平臺，用于移動巡視、移動營銷等。

4.2 IPV6技術

IPV6可以讓人們擁有近乎無限大的地址空間，從而使得發、輸、變、配、用和調度等過程中所有的設備（如智能變壓器、智能電表、家用電器等）都可以納入到智能電網中，實現和電網的雙向通信。

4.3 其他展望

隨著智能電網的擴大和通信網絡的“膨脹”，需要做好以下兩點：

①優化網絡結構，合理調配各類通信方式的比重。

②加強數據資源的保護，做好信息安全防范工作。

5 結 語

智能電網是電力系統發展的必然方向，我國正致力于建設具有自動化、互動化、信息化、數字化等一些列顯著特征的智能電網，要實現這個目標，必須以信息通信為抓手，全盤醞釀、合理布局，并不斷結合最新科技進行完善。

參考文獻：

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