智能电网的基础-电力通信网

摘 要 智能电网的建立是提高我国电网运行、管理效率的有效手段和必然途径。运用通信新技术的电力通信网络将为智能电网的建设提供支撑和必要保证。通过对通信新技术应用和数字化变电站研究，对实现我国智能电网所需要的电力通信技术进行分析。作为电力系统建设的基础设置，实现数字化变电站对于我国建立坚强智能电网具有非常重大的技术和经济意义。

关键词 智能电网；电力通信；数字化变电站

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)122-0144-02

1 智能电网概述

随着全球资源环境压力的不断增长，社会对绿色能源、节能减排、可持续发展提出了更高的要求；同时，电力市场化的不断推进以及用户对电能可靠性及质量的不断提升，要求未来的电网能够提供安全、可靠、清洁、优质的电力供应，能够适应多种能源类型发电方式的需要，能够更加适应高度市场化的电力交易的需要，能够更加适应客户的自主选择需要，进一步提高庞大的电网资产利用效率，提供更加优质的服务。为此，以美国和欧盟为代表的不同国家和组织不约而同地提出要建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网。我国能源专家武建东也提出了“互动电网”的概念。智能电网成为未来电网的发展方向。

在智能电网中，不限制于仅使用某方面的技术，而是将基于现代新材料技术、计算机软硬件技术、自动控制技术、传感器技术、电力电子器件技术、高温超导技术、信息技术、分布式发电技术以及现代通信技术的综合，为现代电网提供各种类型先进的测量、监视、保护和控制的电力设备，对传统电网进行升级改造，构造一个更加经济、安全、可靠、环保的电网。智能电网的实施，是必须采用上述各种技术来支撑所需要的属性。这些技术不少是在电网中已采用或是正在完善的技术，这些技术包括如用于提供输电系统稳定的静止无功补偿器（SVC）和可控串联补偿（TCSC）技术；用于输电系统稳定控制的广域测量系统（WAMS）中同步相量（PMU）技术；优化配电网络运行的配电自动化系统中的馈线自动化（FA）技术和自动抄表（AMR）技术；改善配电网电能质量的静止无功补偿器（SVC/STACOM）和有源滤波器（AF）技术；大型风电场接入电网技术等等。

不断融合多项通信技术，电力通信网络已经从早期的仅支持语音业务的程控电话网络拓展到可提供话音、数据、图像业务等多业务的综合通信网络系统，具备了为电力生产、经营提供多种数据业务传输的能力，成为电力生产、经营和管理的必要保障。随着智能电网的发展，符合电力系统的通信新技术，如ASON、软交换技术、统一通信、数字化变电站等，必将给与智能电网强有力的支持。本文仅就电力统一通信和数字化变电站对智能电网的支持进行分析。

2 电力通信技术

电力通信作为电力产业不可分割的组成部分，正在扮演着越来越重要的作用，电力系统通信网络建设主要体现在网络基础的扩充和网络应用的拓展两方面。目前电力通信网络传输系统容量已经逐渐从早期的155M，622M扩展到现在2.5G的传输系统，并逐步建设大规模的10G，而网络覆盖也扩展到各个变电站，营业所。目前山西电力省干SDH电路带宽为10G，并通过DWDM技术实现32路信号同纤运行，容量和覆盖的扩展为实现多业务的应用提供了可能。一次电气设备和二次电子装置之间的数字化通信是指利用计算机网络通信技术（如交换式以太网），实现数据和信息的就地采集和数字化传输。从而不仅简化了现有变电站自动化系统中错综复杂的电缆接线，而且通过一次设备信息的共享，将对监视、控制、保护和计量等功能进行优化组合和系统集成。

1）智能光网络。当前光纤通信采用的SDH技术以TDM业务传输和集中网络管理为主，随着IP数据量的飞速增长，在快速、高效、动态的IP数据特性面前，传输网络的控制管理能力始终是其发展的软肋，已经满足不了要求。为解决问题，在光传输组网技术上叠加以IP技术为基础的网络智能化技术，形成具有智能性的光网络——自动交换光网络，即智能光网络。智能光网络是一种自动交换传送网，由用户端动态发起业务请求，自动选择路由，并通过信令控制实现业务连接的建立、拆除。智能光网络以软件为核心的，其优势集中表现在组网应用的动态、灵活、高效和智能方面。智能光网络可在以下几个方面为电力光网络带来优点。网络结构变化：从传统的环网发展到MESH网状组网，MESH组网方式提高网络的生存性，提供多种保护和恢复方式，有效抵抗网络多点故障，可实现网络的无极扩展，提供端到端（跨环）业务的保护，实现网络负载的自动均衡和优化。业务提供变化：具有自动发现功能，电路的自动配置充分降低维护难度，可大大缩短业务的提供时间；灵活提供不同的业务等级，满足目前迅速发展的差异化服务的需要。

2）电力通信接入网。智能电网要延伸到最终用户，为用户提供丰富多样的用电选项，并依靠通信技术做到互动。接入网的通信手段有以下三种：一是租借电信运营商的3G或后3G的无线数据高速链路。二是部署电力专用的无线或有线数据网络。三是利用电力线路，用PLC技术作为接入网。第一种方式主要涉及到运营资费问题，第二种方式需要工程建设投入。在无线通信方式上采用公共频率还是专用频率涉及到频率资源申请，可采用先进的无线传感器技术；有线则可以考虑采用PON技术接入。第三种方式是电力特有的通信手段，应该具有应用基础和条件。将来与家电设备制造商互相合作，为家电设备提供能源+信息的不可替代的通道。

统一通信作为下一代网络（Next Generation Networks， NGN）应用服务的核心技术正是将多种业务融合在一个基于IP的基础网络平台上，使得用户可以在任何时间、任何地点都可以快捷的应用多种通信模式和其他用户保持联系的一种解决方案。它是IP通信概念的扩展，通过使用SIP协议 （Session Initiation Protoco1）和包括移动解决方案，真正地实现了各类通信的统一和简化——不受位置、时间或设备的影响。通过统一通信解决方案，用户可按照喜好随时进行彼此通信，并可使用任意设备通过任何媒体进行通信。统一通信将我们常用的多个电话和设备，以及多个网络（固定、互联网、有线、卫星、移动）结合在一起，以实现独立于地理位置的通信，促进通信与业务流程的集成，简化运行并提高生产率和利润。

3）电力统一通信技术。由智能电网定义和组成可知，智能电网应建立在高速的、全面集成的高速双向通信技术架构上，使智能电网变成一个动态的、交互的，用于实时信息和功率交换的超级架构的网络。采用通信系统的开放式架构，可以对网络智能传感器和控制装置、控制中心、保护系统和用户建立一个安全的“即插即用”的应用环境。因此如何提供一个可靠、稳定的通信保障，为智能电网提供物理支持，也日益突显出其重要性。

在电力企业应用统一通信已经成为电力通信领域的大势所趋，利用电力通信的良好网络基础，采用最新的IP语音技术，将全部的语音呼叫和交换全部移植到统一的数据网络之上，从根本上解决了重复投资建设已经被证明为过时的传统TDM交换网络，真正实现了数据、语言两网合一，统一建设、管理、运行。本文结合某电力公司的IP局域网部署策略，在其电力数据网络中增加IP统一通信数据管理服务器，实现包括语音、数据、视频、即时通讯等应用服务，通过智能的IP网络架构为公司提供一个功能丰富、操作简单的通信环境。其各电力分公司和下属变电站通过局域网接入，实现方案如图1所示。对于带宽和延时有高要求的语音和视频业务，可在已有的IP城域网上专门开通一个MPLS VPN网络用于承载，并扩展到各区分公司，变电站、营业网点等其他下属单位，实现端到端的数据、语音及视频的IP统一通信。

业务平台变化：带宽的动态分配，较好地提高带宽利用率，同时基于信令请求快速灵活的开通业务，可快速响应新增业务，具有增值能力。互联互通变化：可实现不同厂商的互通，不同网络的互通，最终实现不同网络的统一网管。因此，作为网络面向用户接入的统一通信技术对于构建未来电力通信网络具有显著的优势。它可便捷的将电力通信网中面向电力生产的调度数据网（SPDnet）和电力宽带信息网（SPInet）在IP层面上融合，为用户提供统一的应用接口。将大幅提高电力生产、运营、管理效率。

4）数字化变电站。数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。随着计算机和现代数据通信技术的应用，使电力系统智能电子装置（IED）的集成度越来越高，构建无缝的电力系统通信体系和电力系统综合自动化系统已成为可能。其关键技术是基于LAN／WAN 的微机保护装置和控制设备通用平台的发展。微机保护装置功能强大、配置灵活、集成度高，可集成多种类型保护和辅助功能，因此，它是变电站自动化系统中主要的IED。但由于各生产厂家制造的微机保护设备都采用自己的通信协议，不同厂家的设备不能兼容，需要进行协议转换，增加了工程和培训费用，影响了电力系统综合自动化的发展。故而，必须建立电力系统的通用协议以取代各生产厂家的通信协议。数字化变电站被认为是智能电网的关键技术，该技术的采用，真正实现了“数据采集数字化、信息传递网络化、操作控制智能化”，数字化技术已经成为变电站技术的重要组成部分。

数字化变电站中一次电气设备和二次电子装置均实现数字化通信，并具有全站统一的数据建模及数据通信平台，在此平台的基础上实现智能装置之间的互操作性。因此，为坚强智能电网而构建的数字化变电站必须具备三个关键性特征——数字化的一次电气设备、网络化的二次装置和全站统一的标准平台。

3 总结

运用通信新技术的电力通信网络将为智能电网的建设提供支撑和必要保证。骨干传输网，接入网，智能语音交换等新技术把多种业务融合在基于IP的基础网络平台上，将真正地实现了各类通信的统一和简化。智能电网需要智能的信息网络，融合了统一通信的信息网络才是智能的信息网络。智能电网的建立是提高我国电网运行、管理效率的有效手段和必然途径，并为用户提供交互功能的电力消费选项。变电站是电力系统建设的基础设置，实现数字化变电站对于我国建立坚强智能电网具有非常重大的技术和经济意义。

作者简介

李瑞琦（1976—），男，工程硕士，工程师，从事电力系统检修工作。

张欢（1982—），女，专科，助理工程师，从事供电调度工作。

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