通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

尹詩倚

（中郵通建設(shè)咨詢有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引 言

智能電網(wǎng)已成為現(xiàn)代化建設(shè)的一個重要組成部分。未來發(fā)展過程中，智能電網(wǎng)提倡與電力通信協(xié)同發(fā)展。該形勢下，智能電網(wǎng)迎來了新思路，即改進現(xiàn)有技術(shù)，使其更好地發(fā)揮應(yīng)有作用。該階段，可以適當(dāng)引入電力通信技術(shù)與智能電網(wǎng)結(jié)合，以更好地滿足人民用電的現(xiàn)實需求[1]。可見，為適應(yīng)現(xiàn)代社會對電能的需求，必須將電力通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)。

1 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要求

為確保通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中發(fā)揮作用，則需遵循如下應(yīng)用要求。一是即時信息系統(tǒng)，即時信息系統(tǒng)的核心功能是對智能電網(wǎng)運行過程中所生成的數(shù)據(jù)進行整理和分析，屬于一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、以全國電力數(shù)據(jù)網(wǎng)為輔助的通信體系，可以自動發(fā)布電力信息，保證全社會都能及時掌握電網(wǎng)的實時情況，并且有效隔離信息。二是電能管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS），EMS 的主要功能是匯總和歸類電網(wǎng)運行中的數(shù)據(jù)，根據(jù)實際情況的緊急性分類從電網(wǎng)監(jiān)測和采集系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)，將一些比較緊迫的數(shù)據(jù)傳送到即時信息系統(tǒng)。三是電能計量系統(tǒng)，智能電網(wǎng)對電能計量系統(tǒng)提出了更高要求，既要實現(xiàn)傳統(tǒng)的計量功能，又要實現(xiàn)分時電量的累計、雙向計量等功能。此外，在智能電網(wǎng)中，既要能處理故障，又要完成對數(shù)據(jù)的采集和管理，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析和統(tǒng)計。

2 通信技術(shù)和智能電網(wǎng)層次分析

智能電網(wǎng)包括電網(wǎng)設(shè)備層、通信網(wǎng)架層、數(shù)據(jù)儲存及管理層以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層。這4 個層面所構(gòu)成的信息支持系統(tǒng)，已成為整個智能電網(wǎng)實現(xiàn)高速、穩(wěn)定運行的重要載體。層次模型中的信息支持系統(tǒng)可以通過對電力系統(tǒng)的基本信息進行融合，從而將智能電網(wǎng)所傳輸?shù)男畔⑦M行縱向和橫向的連通[2]。

在整個層次模型中，各層次結(jié)構(gòu)的位置和功能大有不同，主要體現(xiàn)在以下幾點。一是電網(wǎng)設(shè)備層，指在整個智能電網(wǎng)的運行過程中，需要進行信息傳輸和交換的各類設(shè)備與部件。二是通信網(wǎng)絡(luò)層，將上一層級中的各種設(shè)備單元在通信網(wǎng)的影響下作為整體進行連接，其所展現(xiàn)出來的網(wǎng)絡(luò)模式具有易于維護和操作的特點，并且該有效網(wǎng)絡(luò)可以與無線網(wǎng)絡(luò)和公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)作，輔助整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層安全防護策略的實施，保證網(wǎng)絡(luò)信息傳輸信道的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。三是從數(shù)據(jù)存儲的管理角度分析在智能電網(wǎng)運營過程中積累下來的各種信息，并按照不同層次進行劃分和存儲。當(dāng)終端使用者有需求時，可通過事件驅(qū)動或者消息總線的方法來存取信息數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)查詢方法更加簡便快速。四是數(shù)據(jù)應(yīng)用層，可以從存儲管理層自動接收數(shù)據(jù)存儲管理層傳輸?shù)年P(guān)聯(lián)關(guān)系，以智能電網(wǎng)為核心，分析控制信息和數(shù)據(jù)。

3 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的體現(xiàn)

3.1 主干層

本項目擬以工業(yè)級冗余環(huán)網(wǎng)交換機為核心，構(gòu)建一種冗余的環(huán)形鏈路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并將其與工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合，形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，使其在通信鏈路失效的情況下，將網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時間控制在50 ms 以下。如果使用以太網(wǎng)交換機構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)，則恢復(fù)時間需要超過30 s，明顯不能滿足不間斷運行的需求[3]。以智能電線無線通信網(wǎng)為例（見圖1），主干層包含核心網(wǎng)、基站和網(wǎng)管系統(tǒng)，結(jié)合結(jié)構(gòu)件示意圖，即可了解通信方案，適當(dāng)控制網(wǎng)元層次，最大限度滿足用戶用電需求，推動智能電網(wǎng)未來的建設(shè)及發(fā)展。

圖1 智能電線無線通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3.2 接入層

在具有大量測量數(shù)據(jù)、靠近光纜網(wǎng)的地區(qū)，采用工業(yè)級數(shù)字化載波裝置構(gòu)建樹形或鏈型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。環(huán)網(wǎng)裝置采用工業(yè)以太網(wǎng)交換產(chǎn)品，充分發(fā)揮載波通信的優(yōu)勢。以已有線纜為通信媒介，采用地下線纜或架空線纜方法，選擇不同的耦合裝置，載波通信信道設(shè)置時間小于300 ms，終端接收靈敏度達到-70 dB，無中繼條件下5 km，載波裝置具有各種通信接口，如RS-232、RJ-45 等，便于與上層網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)。如果使用上述的載波裝置，考慮各地的配電網(wǎng)絡(luò)特點，必須進行現(xiàn)場試驗才能使用。在光纜敷設(shè)不方便、載波傳送范圍有限的地區(qū)，可選用小型、易安裝和使用的工業(yè)級通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）通信設(shè)備。

4 通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)送電

在智能電網(wǎng)運行過程中，其主要功能是傳輸電能。隨著電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電力通信已實現(xiàn)了全國各地的大范圍覆蓋，能將電能高效地送到家家戶戶。現(xiàn)階段，信息通信由亞馬遜云計算服務(wù)（Amazon Web Services，AWS）、電能計量、EMS 等幾大部分構(gòu)成。在電能計量方面，采用自動抄表、自動計量等技術(shù)，有效記錄用戶的用電情況。從信息使用的角度來看，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)對信息的局部監(jiān)測模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳案m應(yīng)于社會發(fā)展的全局監(jiān)測，強化信息監(jiān)測，既減少了工作的難度，又能增強智能電網(wǎng)的各種功能。

4.2 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)配電

配電是智能電網(wǎng)的一個重要組成部分，在實踐中已收到良好效果，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供了有力保證。從目前整個智能電網(wǎng)的發(fā)展情況來看，該系統(tǒng)具有高效率、高靈活性和安全可靠等特征。通過電力通信技術(shù)的支撐，能夠及時排除智能電網(wǎng)運行中各種類型的故障，對優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、拓展電網(wǎng)服務(wù)范圍、延長其服役壽命起到了至關(guān)重要的作用[4]。同時，合理利用電力通信技術(shù)，能最大限度地滿足各類儲能器件的應(yīng)用需求，從而提升現(xiàn)代供電水平。在可靠的電力通信技術(shù)支持下，智能電網(wǎng)將日益朝向集成化、自動化、低能耗、高效率以及兼容性好的方向發(fā)展。

4.3 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)變電

在智能電網(wǎng)運作中，智能化變電站是非常重要的環(huán)節(jié)，其應(yīng)用主要通過信息通信來實現(xiàn)相關(guān)控制與優(yōu)化。在智能變電站使用中，表現(xiàn)出十分鮮明的物理基礎(chǔ)特征，此種物理基礎(chǔ)也是保持智能電網(wǎng)更加高效、有序運行所必需的條件。為提升信息通信在智能電網(wǎng)中的有效利用，需要有效地優(yōu)化感知、控制、信息等多個方面的內(nèi)容，并通過信息通信技術(shù)手段對它們進行有效的控制，滿足智能電網(wǎng)安全運行的基本要求，防止在智能電網(wǎng)中發(fā)生電力故障，并對各種故障采取有效的智能分析與處理方式，最大限度地解決人力資源利用問題，提高智能電網(wǎng)的電能傳輸效率。

4.4 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)安保

智能電網(wǎng)建成并投入運營后，可以實現(xiàn)信息流、電力流和業(yè)務(wù)流的有機結(jié)合。其中，智能電網(wǎng)的運行和信息流密切相關(guān)，為確保電網(wǎng)安全，需要積極保障智能電網(wǎng)中的信息安全。在目前的發(fā)展進程中，各類網(wǎng)絡(luò)安全問題層出不窮，需要采用多種防護手段，解決網(wǎng)絡(luò)安全問題，例如，可以采用縱向加密、網(wǎng)絡(luò)保護、橫向隔離、災(zāi)難預(yù)警等手段，保證各類信息在傳輸中的安全，促進智能電網(wǎng)的有序發(fā)展[5]。合理運用通信技術(shù)，將為進一步提高智能電網(wǎng)性能、拓展其工程應(yīng)用領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。在進行具體的研究工作時，要對信息和通信技術(shù)有關(guān)內(nèi)容有一定認(rèn)知，并根據(jù)智能電網(wǎng)發(fā)展的實際需求，改善未來電網(wǎng)的安全性和可靠性。

4.5 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)檢測故障

近幾年，電力設(shè)備自動化管理和控制方面取得了長足進步，為保證電力設(shè)備的安全運行、穩(wěn)定運行，對電力設(shè)備進行實時故障診斷十分必要。單純依靠常規(guī)檢查方法，不僅檢查過程煩瑣、工作效率低，而且獲得的結(jié)果精度不高。因此，有必要運用智能化技術(shù)對其進行全方位監(jiān)控。目前，智能化環(huán)保控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)，能有效預(yù)測、分析智能電網(wǎng)的電氣故障，將專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊系統(tǒng)主動地應(yīng)用于故障診斷過程，并進一步實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中諸如變壓器、電動機等關(guān)鍵設(shè)備和復(fù)雜線路的實時故障檢測。

4.6 智能電網(wǎng)應(yīng)用通信技術(shù)推動新能源管理

在新能源的應(yīng)用方面，目前尚缺乏一種完善的新型能源管理機制。智能電網(wǎng)的建設(shè)旨在以可再生能源替代非再生能源，因此對其進行深入研究與討論非常必要。在智能電網(wǎng)的發(fā)展過程中，新能源技術(shù)起著關(guān)鍵作用，而新技術(shù)引入和應(yīng)用則是其發(fā)展的根本任務(wù)，需要合理利用可再生能源，保障我國社會和經(jīng)濟的發(fā)展。隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，對單一能源的依賴性越來越強，需要對其進行科學(xué)合理的劃分。因此，尋找一種穩(wěn)定的可再生能源成為智能電網(wǎng)發(fā)展的新方向，如保持電壓、功率、品質(zhì)等各項指標(biāo)之間的均衡，持續(xù)改善匹配，實現(xiàn)對電網(wǎng)的自動調(diào)整。電力信息技術(shù)需要控制電源、停車、啟動等工作環(huán)節(jié)，按照現(xiàn)有需求將能量接入電網(wǎng)，建立起一種新的能源管理制度，使其能更好地融入我國的智能電網(wǎng)，為國家電力建設(shè)事業(yè)作出更大貢獻。

5 結(jié) 論

智能電網(wǎng)的構(gòu)建將成為未來能源系統(tǒng)的重要研究方向，而新型電力通信技術(shù)也將成為智能電網(wǎng)的核心。因此，對電力系統(tǒng)相關(guān)工程師來講，需要對其應(yīng)用于智能電網(wǎng)的價值有全面認(rèn)知，將其準(zhǔn)確地應(yīng)用到智能電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，為智能電網(wǎng)的運行質(zhì)量提供切實保障。