试论智能电网通信网络的有效规划

李良

【摘 要】智能电网的构建，有主网和配网统一协调管理的趋向，从数千个节点的数据采集量到数十万个节点数据采集，大量的数据如何进行有效的管理，是待解决的问题。本文从通信电源、数字变电站通信的需求、数据信息的管理（数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现）方面进行论述。

【关键词】电力系统；智能电网；通信电源；信息管理

【中图分类号】 E965【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2013）07-0296-02

智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

一、通信电源

通信电源是整个通信网络的关键基础设施，但是通信电源在整个通信行业中占的比例并不大。电信运营商在电源产品上的采购主要是每年的设备维护和系统设，其中电源设备的维护通常占采购量的比重更高。电信运营商每年用于电源系统的建设上的费用相对较少，除非电信系统需要大规模的升级或者扩建，运营商才会增加电源设备的采购量。电力通信电源是智能电网的通信系统的关键设备，通信电源系统的质量好坏关系到通信网的安全和质量，如果电源出现故障，对电网的安全和运行带来了极大的危害，还能产生严重的后果。所以，在只能电网通信电源的管理和维护应该被重视。在智能电网中，采用先进的、集中、自动化的管理的方式进行。采用先进、可靠性高的电源电池和稳定的供电方式对构建强大的通信供电系统尤为重要。通信电源供电系统中，一般采用DC-DC转换器对通信设备供电。蓄电池可采用免维护电池，寿命长且密封性较好。建议采用双蓄双充模式，可适当加大直流蓄电池组的容量，采用两组DC-DC转换器为通信设备供电，可以保证通信设备供电可靠性。在保证通信设备安全可靠供电的同时，不仅降低了设备投资，实现了资源共享，还可降低工作人员的维护量。

二、数字变电站通信需求及满足

数字化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。伴随着网络通信技术的发展，数字化变电站乃至数字化电网的逐步建立，为构建智能电网的建设提供了技术基础。初步统计，国家电网公司系统已有70多座数字化变电站投入运行，在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了建设智能电网的条件，对智能电网的发展将起到重大推动作用。推广数字化变电站，促进电网的智能发展，需要考虑现有通信网络改造和构建新兴通信网络，以满足变电站的数字化建设。

2.1 通信开放、标准化

数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备需具备可与其他设备交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。构建开放的通信架构，形成一个“即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信。统一技术标准，数字化变电站可以对传感器、智能电子设备（IEDs）还有应用系统实现无缝通信，就是信息在设备和系统这两个之间得到完全的理解，这样才能实现设备和设备时间、设备和系统之间、系统和系统之间的相互操作的功能。实现这个功能，必须依靠电力公司、设备知道企业和标准制定机构之间的相互沟通和各做，才能实现。

2.2 通信网络化

数字化变电站内设备之间的连接全部采用高速的网络通信设备，通过网络真正实现资源共享？并要求通信具备实时性、安全性。目前的通信需求主要是系统物理量的传递，主要足四遥：遥测，遥信，遥控，遥调。测量数据、遥控命令等都要求实时传送，一旦出现故障，则需要传送大量的数据，要求信息能在站内通信网络上快速传递。通信的安全问题也是至关重要的，可采取只读访问以及密码和防火墙等策略。

2.3 信息集成化

高速通信系统使得各种不同的智能电子设备（IEDs）、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信，同时，这中间产生的数据和信息都集中采集、统一传送，实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理。

三、信息管理

3.1 数据采集

在实时数据采集上，智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统（SCADA）的数据采集范围和数量，提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类：电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。电网企业应该加强对设备状态监测数据和更加详细的客户计量数据的采集，为企业提供更多有价值的信息和更有力的决策支持。设备状态数据的采集有利于推进电力行业设备状态检修的发展。电网企业目前在开展状态检修和状态评估的初期工作，设备状态数据的获取是状态检修和状态评估的重要基础。同时，电网企业应该根据不断更新与变化的设备情况，花大力气制定和更新设备状态评估的标准。

3.2 数据传输

智能电网需要采集大量的设备状态数据和客户计量数据。这两类数据的特点是：数据量大，采集点多且分散，对实时性要求比电网实时运行数据低，数据需要被多个系统和业务部门使用。在智能电网中，对这部分数据的采集是采用基于开放标准的数字通信网，即基于IP的实时数据传输方式。它是基于开放标准（TCP/IP）的数据网络通信，提供协议转换器，可以兼容现有设备，多通道共用，提高通道利用率，多通道容量可以被其他数据通利用，更适合对大量的设备状态数据和计量数据的采集。采用基于IP的实时数据传输，各后台系统通过订阅方式直接获取所需数据，减少了数据通道压力，避免在实时系统和管理系统之间开发多个数据接口，有利于实现实时数据的共享。

3.3 信息集成

针对电力企业已经存在的信息“孤岛”和“烟囱”问题，智能电网尤其强调建立企业信息总线（ESB），实现企业级信息集成。智能电网中，需要集成的信息包括自动化系统的实时数据、电网公司内部管理应用系统产生的管理数据、外部应用系统数据。为了实现企业级的信息集成，需要建立企业信息集成总线，实现应用系统之间的数据流动，各应用系统的数据集成到统一的分析数据仓库。企业信息集成总线中信息交换以及数据中心数据模型参照/遵循CIM标准。

3.4 分析信息

信息分析是智能电网的核心内容，是电网智能化的根本体现，有利于支持电网企业的业务改进与创新。数据分析的水平很大程度上取决于信息集成程度。根据智能电网信息集成程度，将分析优化分为四个层次：实时事件、闭值、通知、屏幕显示、邮件、传呼；指标计算、趋势分析；数据分析、事件的实时或事后诊断处理、数据挖掘；高级优化、业务建模和规划、决策支持。针对电网企业不同的业务主题，建立完整的分析结构层次，指导对数据的深度利用；电网企业内部不同层次的人员，可以从这个完整的分析结构中订阅自己需要的分析功能；这样一个分析结构层次中，实际上包含了电网企业的重要运营和管理指标体系，能够清楚地表征电网企业的整体运营状况。

3.5 信息显示

通过门户系统，能够从多个数据源获取数据，将经过分析优化处理后的信息，以用户定制的门户和仪表盘方式呈现给用户。门户系统为用户提供一站式信息访问，不同层次的用户获得自己关注的信息，用户能够配置需要显示的信息和表现方式，还能够实现对分析结果的企业级分发。

3.6 信息的安全管理

电力系统存在大量的数据信息，包括发电商，电力企业，电网，用户的资料信息。智能电网中，必须明确各个主题的权限和保护程度，确保各个利益主体的切身利益。信息传输过程必须能抵御外部干扰和恶意的窃取，加强主动实时防护和信息的安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。

参考文献

[1] 徐磊. 智能电网的网络通信架构及关键技术[J]. 电气技术，2010， 08：16-20

[2] 张家柱，张振良.智能电网通信系统中网络架构的可靠性研究[J].电力信息化，2010，07：26-29