智能電網集成通信

鄒巧明

（廣西電網公司南寧供電局，廣西南寧 530000）

智能電網，就是電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在開放標準、高速雙向的全集成通信網絡的基礎上，通過全集成通信網絡支持，實現智能電網的數據獲取、保護和控制，因此，建立這樣的通信網絡是邁向智能電網的第一步[1-2]。在智能電網發展的各個階段，為了滿足其對電力信息通信系統的需求，需要全面建設開放標準、高速雙向的全集成通信網絡，支持多業務的靈活接入，即支持任何時間、任何地點、任何設備、任何業務、無所不在的信息通信接入方式，為電力智能化系統或設備提供“即插即用”的電力信息通信保障。

為了適應智能電網的發展要求，伴隨著通信技術的進步和發展，現在已有商業化應用或是正在發展多種集成通信新技術，包括光纖以太網、電力線寬帶通信（BPL）、3G技術等。這些技術近年來都以驚人的速度迅速發展,受到廣泛關注。隨著網絡和通信技術的發展,電網通信模式也向著集控制、管理、安全、多業務接入為一體的綜合IP數字通信業務平臺的方向發展。但是目前電力通信網絡的發展還存在一些網絡融合、業務提供模式單一等問題，這些問題也一直阻礙著智能電網發展。下一代網絡是集話音、數據和視頻業務于一體的全新網絡。下一代網絡技術發展的主流就是融合,在高速率通信中實現各方面的融合。下一代網絡技術的出現為現有電力通信網絡存在的問題提供了有效的解決方法。本文在介紹一些智能電網集成通信新技術的基礎上，同時也指出了以下一代網絡技術和集成通信新技術為基礎構建，能實現即插即用的開放式架構、高速雙向的全集成通信網絡，以支撐智能電網的健康發展。

1 智能電網集成通信新技術

現代電力通信技術的種類繁多，通信技術也在快速地發展，在我國智能電網的發展趨勢下，現在已經使用的或是正在發展多種電力系統集成通信新技術，包括光纖以太網、電力線寬帶通信（BPL）、第四代（4G）WiMax、第三代（3G）無線語音和數據通信、Zigbee/WiMedia/WiFi無線通信、Internet 2（IPv4和IPv6）等[3-5]，現就一些應用較為廣泛的集成通信新技術作一些簡單介紹。

1）電力線寬帶（BPL）通信。在2009年7月的日本東京會議上通過了IEEE P1901電力線寬帶標準草案。它是一份局域網、智能電網寬帶訪問等所有BPL應用的綜合性規范。BPL標準仍在逐漸發展、完善，以適應更廣泛的發展需要。在不久的將來，BPL將能夠利用家庭電源插頭和室內布線實現寬帶通信，家庭插座可以像以太網一樣的即插即用，通過家庭插座可以實現與智能家電通信，實現家庭智能化。這項技術目前正處于概念驗證階段，預計商用仍需要一段時間。

2）光纖以太網通信。隨著多千兆以太網交換機在光纖終端的應用，以及MPLS技術和光電技術的應用，光纖以太網正在成為一個廉價的公用載體服務的互連方法。目前這項技術已有商業化產品投入運行,在目前及可預見的將來,它將在智能電網通信中成為通信技術的主流。

3）3G/4G無線通信。3G和4G技術的發展，已將傳統的通信業務逐漸向互聯網、多媒體等寬帶業務發展，為新一代電力ICT網絡的無線接入帶來新的選擇。3G無線語音和數據通信、4GWiMax都可用于智能電網，它們的特點是：均為雙向通信系統，可實現智能電表的數據采集和控制；部署較為靈活、方便，通過用戶附近的基站就可實現智能電表的無線接入；具有較好的傳輸帶寬，可以實現較高速率的數據傳輸；而且無線覆蓋面廣，可以應用于不具備有線通信條件或有線通信無法滿足需求的情況，成為智能電網中有線通信技術的有益補充。

4）ZigBee/WiMedia/WiFi無線通信。ZigBee使用跳頻擴頻（FHSS）無線技術，提供可靠的、低速的、遠距離傳輸性能，并免受傳輸堵塞和干擾。ZigBee聯盟日前正大力推動已廣泛采用公認的ZigBee Smart Energy公共應用規范的智能電網應用迅速成長。WiMedia超寬帶技術可以擴展電網控制到有著復雜的監測和內容分配應用中。這項技術目前正處研究和開發階段，預計商用需要大約3a時間。基于IEEE 802.11x的標準之一的WiFi建立無線寬帶網絡很有效，它能提供比傳統同軸電纜或光纖水平較低的服務，但需要加密確保安全性，可工作在變電站無線傳感器的環境。

5）Internet 2。Internet 2是下一代高速互聯網骨干網，它采用的是IPv6協議，它設定的地址是128位編碼，能產生2的128次方個IP地址，地址資源極端豐富。IPv6擴展了互聯IP地址，這是基于ISP服務的電力線寬帶（BPL）通信所需要的。借助于高性能主干網和多協議標簽交換（MPLS）服務質量（QoS），可直接支持集成QoS敏感的應用。

6）甚小口徑終端（VSAT）衛星技術。衛星可為覆蓋面廣泛的配電變電站遠程監測控制提供新的解決辦法。VSAT衛星服務已經可以使用，可以調整以支持變電站監控；它們還提供基于全球定位系統（GPS）的位置和同步時間信息（對于成功使用PMUs很重要）。該系統能夠快速實施，偏遠地區除外，但成本也偏高。衛星通信還會受惡劣天氣和風暴的影響，而且有往返通信延遲。

7）WiFiber系統。這一系統被它的發明者GigaBeam稱為“WiFiber”，GigaBeam是一家電信啟動公司，總部在弗吉尼亞。雖然是無線技術，該公司的研究手段與其說是WiFi或者WiMax，不如說是光纖技術。它也被稱為“光學無線”。WiFiber系統在約1.609 3 km以上的范圍傳輸速度可達10 Mb/s到1 000 Mb/s。

2 智能電網集成通信網絡

建設開放標準、高速雙向的全集成通信網絡能使智能電網成為一個動態的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施。這樣的通信網絡建成后，可以提高智能電網的供電可靠性和資產的利用率，繁榮電力市場，抵御電網受到的攻擊，從而提高電網價值[6]。目前的電力通信網絡存在許多急需改進的問題，例如融合問題，由于技術的發展和歷史的原因,不同的業務是由獨立的、互不相關的不同網絡來承載和實現的,在用不同的新技術來發展多種業務的同時,也造成了網絡的復雜與分離。網絡的分離帶來的直接問題就是重復投資，網建成本加大，同時也會造成網絡管理的復雜性和難度增加。而且由于異構網絡間互通的困難,很難統合不同網絡的資源為企業生產管理提供綜合性服務。另外還存在一些業務提供模式單一，部分業務系統面臨升級改造等問題。所以建設集成通信網絡還有許多技術方面的問題有待解決。

在建設智能電網集成通信網絡中主要有2個方面的技術需要重點關注，首先是開放的通信架構；其次是統一的技術標準。下一代網絡（Next Generation Network，NGN）是近年來全球通信產業發展的焦點,它關系到未來整個通信網的架構。下一代網絡是集話音、數據、傳真和視頻業務于一體的全新網絡。它采用開放式業務架構,利用多種寬帶能力和QOS保證的傳送技術,提供有服務質量保障的業務。下一代網絡技術發展的主流就是融合,在高速率通信中實現各方面的融合[7-8]。這為智能電網集成通信網絡的建設提供了強大的技術支持和發展平臺，可以有效地解決上述2大技術問題。下一代網絡的出現和發展將為今后電力通信網絡的實現技術和業務轉型提供一個重要的戰略機遇和發展空間。下面就一些基于下一代網絡的關鍵技術建設的電力系統集成通信網絡中作一些概括分析。

2.1 基于ASON技術的集成傳輸網絡

在光傳輸組網技術上疊加以IP技術為基礎的通信網絡智能化技術,形成具有智能性的光網絡——自動交換光網絡,即智能光網絡（Automatic Switch Optical Network，ASON），ASON是一項全新的技術，它利用信令、路由、自動發現等標準協議，實現了路由自動計算，連接自動建立，網絡資源自動發現等功能，提高了光傳送網的自動控制能力，使光傳送網同IP網絡一樣具有了智能特性。引入ASON技術建設電力信息集成傳輸網絡，不僅可以大大提高電力通信網的服務速度、增加新的業務種類，能有效地解決電力系統現有業務提供模式單一的問題，而且能與現有網絡無縫融合，向著全智能的光網絡發展[9-10]。ASON已經被國內外電信運營商成功應用在骨干網上,主要完成骨干網絡上大粒度業務的調度和保護恢復。隨著電力系統大容量的IP業務的飛速增長,在電力通信網中引入ASON將會帶來以下好處：

1）增強網絡業務的快速配置能力,實現業務的快速提供；

2）以方式MESH組網可以提高業務的生存性,提供多種保護和恢復方式,有效抵抗網絡多點故障,達到99.99%以上的業務可靠等級,同時有利于網絡的升級擴容；

3）靈活提供不同的業務等級,滿足目前迅速發展的不同等級用戶服務的需要；

4）充分降低維護難度,實現對業務的快速調配和自動保護,提高運營效率。

2.2 基于IPv6技術的集成數據網絡

IPv6作為下一代Internet的核心協議，在IPv4的基礎上進行了較大的升級和改進。IPv6技術相對于IPv4技術最突出的優勢是IPv6極大地擴大了地址空間，恢復了原來因地址受限而失去的端到端連接功能[8]。同時，IPV6技術在提高網絡的整體吞吐量、改善服務質量（QoS）、提高安全性、支持即插即用和移動性以及組播等方面比IPv4也有較大的改進。

目前各個電力公司建設有電力綜合數據網和電力調度數據網,對于這2個網絡，無論是IP地址容量還是可管理性，采用IPv4地址的方式將不能充分滿足電力公司的飛速發展，IPv6的使用顯得十分必要。因此，各個電力公司對IPv6越來越多地關注。以IPv6技術為基礎建立電網集成數據通信網絡已是必然的趨勢。

2.3 基于軟交換技術集成交換通信網絡

軟交換技術是區別于傳統電信網的電路“硬”交換技術，是網絡演進以及下一代網絡的核心技術之一，在電力通信網絡中同樣有著非常重要的應用。軟交換技術引入使得同一網絡可以提供多種業務和應用，并使新業務開發和部署非常方便。當前通信行業發展趨勢是網絡融合和業務融合，基于軟交換的NGN網絡以其話音、數據和多媒體融合能力、豐富的業務提供能力、多樣化接入支持能力等優勢，已成為新一代通信網絡演進的方向。電力通信網絡作為服務于電力企業的專網，有著和電信運營商網絡類似的技術特征，在網絡建設和業務服務等方面也面臨新的挑戰[11]。引進軟交換技術，建立一個融合數據、語音、視頻業務的電力通信寬帶綜合業務網絡，將為建設智能電網提供更有力的技術保障。

現有電力通信網絡中應用的通信技術種類繁多，有光纖、電力線、微波等多種傳輸介質，以這些傳輸介質建設的通信網絡又都有自己的交換、連接等設備，所以這就造成網絡間互聯互通的困難。如果信息需要在不同介質的網絡間傳輸，那就將需要更多的轉換環節[12]。這不但造成了資源的浪費，而且對整個電力通信網的管理也帶來了很大的不便。引入軟交換技術是解決這些問題的有效途徑，可以利用軟交換技術的特點和優勢，在目前電力通信系統的硬件條件下實現網絡融合和業務融合，提升電網通信系統支撐力度，提高服務質量,提供給用戶更完善的服務。軟交換技術的引入具體可以解決以下問題：

1）電力通信網中的網絡互通。可以很好的解決電網中電話網和計算機網之間的信令互通及不同網關的互操作問題。從而使計算機網可以更方便地對電話網進行管理和支持，電話網也可以和計算機網絡配合，更好地提供服務。

2）提供增值業務和補充業務。目前，電力通信網中傳輸的信息主要是語音和數據，但隨著網絡的演進和計算機技術的不斷發展，對視頻業務和多媒體業務也提出了新的要求。軟交換技術不但能很好地支持語音和數據業務，利用新的網絡設施可以提供各種增值業務和補充業務，而且軟交換技術提供了開放式的應用程序接口，非常便于提供新業務。

3）統一不同介質的網絡。引進軟交換技術，在一臺交換服務器上可對多種介質的信息進行交換，實現各種通信介質網絡的融合互通。包括其他業務統計和告警等操作維護功能。在電力通信網中引入軟交換技術，將會產生多方面的效果。作為下一代網絡的核心技術，軟交換受到越來越多的關注，在電力通信網中也同樣具有非常廣闊的發展空間。

3 集成通信技術應用實現的效益

集成通信網絡的應用最重要的作用是使得智能電網具有自愈功能。首先，開放標準、高速雙向的全集成通信網絡能夠幫助智能電網實時地采樣和轉換數據以支持監測、分析和自動響應影響電網運行的不利趨勢和狀況。不僅如此，它還能使新的包括廣域測量技術在內的實時分析工具得到發展。其次，開放標準、高速雙向的全集成通信網絡能夠使智能電網運行更加可靠[8，13]。因為集成通信不僅使替代的資源能得到廣泛的應用，而且它能夠提供實時數據以便于系統操作人員對發電、潮流、無功控制和DER等資源的信息進行更加有效、可靠地集成調度。當集成通信在智能電網中得到應用時，電網能夠更加安全地應對外部的威脅。通過安全的通信基礎設施能夠得到實時數據，從而能夠監測到和減輕電網網絡可能受到的威脅，另外集成通信甚至會促進非電網基礎設施的建設，因為電網在物理上實際上也與其他生活相關的社會系統相連接的。

在智能電網的發展要求下，應用集成通信技術和其他技術將會帶來顯著的經濟效益，下面列出幾點由集成通信技術帶來的經濟效益：

1）提高電網運行可靠性，從而能降低投資、提高效益。

2）提供能識別和糾正電能質量問題所需要的高速數據，幫助電網公司和消費者降低由電能質量問題引起的成本。與此同時，還能為資產管理提供所需要的設備狀態數據，從而降低由斷電引起的維護成本和停電成本。

3）可以減少新的硬件設備的投入。因為提高電網的可靠性方法是利用集成通信技術，而不再是一味地增加新的硬件設備。

4）消費者受益。集成通信技術的應用能夠幫助消費者靈活地選擇更為經濟的能源。電力市場受到實時供求關系的影響，向消費者提供價格信息也能刺激消費者參與到電力市場當中。同樣，集成通信技術能將終端用戶與非公用的通信方案聯系起來（比如家庭智能化）。

4 結語

智能電網各項功能的實現基本都需要依賴于開放標準、高速雙向的全集成通信網絡。智能電網建設的第一步是建立開放標準、高速雙向的全集成通信網絡，它將帶來電網運行可靠性、安全性、經濟性、高效性的巨大進展和環境效益的提高。但是集成通信網絡的建設也存在著許多障礙，其中先前對集成通信缺乏產業遠見和對這種技術所帶來的效益估計不足是建設過程遇到的最大障礙。隨著現代通信技術的快速發展和進步，智能電網的通信需求逐步增強。但到目前為止，這些技術尚未達到成熟，需要克服的問題還有很多。隨著技術的發展、進步和科研工作者辛苦地投入，相信服務于智能電網的開放標準、高速雙向的全集成通信網絡一定能建成。

[1] 李炎.現代通信技術在智能電網中的應用前景[J].科技創新導報，2009（24）:246-247.LIYan.Theprospectofapplicationofmoderncommunications technology in the smart grid[J].Science and Technology Innovation Herald，2009（24）:246-247（in Chinese）.

[2] 武建東.下一代全球電網的基本模式[J].電網與清潔能源，2009，26（11）:1-6.WU Jian-dong.The basic powergrid forthe next generation all over the world[J].Power System and Clean Energy，2009（11）：1-6（in Chinese）.

[3] 朱濤.智能電網及其關鍵技術探討[J].云南電力技術，2009，37（4）:18-19.ZHU Tao.The discussion of smart grid and key technology[J].Yennan Electric Power，2009，37（4）:18-19（in Chinese）.

[4] 陳樹勇，宋書芳.智能電網技術綜述[J].電網技術，2009，33（8）:1-5.CHEN Shu-yong，SONG Shu-fang.The overview of smart grid technology[J].Power System Technology，2009，33（8）:1-5（in Chinese）.

[5] U S Department of Energy Ofice of Electricity Delivery and Energy Reliability.Integrated communications V2.0[R].Houston:National Energy Technology Laboratory,2007.

[6] U S Department of Energy Ofice of Electricity Delivery and Energy Reliability.A compendium of smart grid technologies[R].Houston:NationalEnergy Technology Laboratory,2009.

[7] 陳虎.電力系統智能光網絡應用研究[J].中國電力教育，2009（S1）：410-411.CHEN Hu.The reasearch of application of power system intelligence light network[J].China Electric Power Education，2009（S1）：410-411（in Chinese）.

[8] 郭經紅，蔡斌.下一代網絡及其“十一五”期間的電力發展策略[J].電力系統通信，2006，27（168）:62-67.GUO Jing-hong，CAI Bin.Next generation network and power telecommunication network development strategies during the 11th five-year plan period[J].Telecommuniccations for Electric Power System，2006，27（168）:62-67（in Chinese）.

[9]袁衛國.ASON的發展及在電力通信網中的應用策略[J].電力系統通信，2009，30（196）：41-47.YUAN Wei-guo.ASON technology development and its application strategy in power communication network[J].Telecommunications for Electric Power System，2009，30（196）：41-47（in Chinese）.

[10]李淼，周啟龍.電力通信光網絡引入ASON技術[J].農業自動化，2009（2）：28-29.LI Miao，ZHOU Qi-long.ASON is intrudced into the electric power communication light network[J].Rural Automation,2009（2）：28-29（in Chinese）.

[11]楊健，陸露.軟交換技術在電力通信網中的應用[J].四川水利發電，2007，26（1）:103-105.YANG Jian，LU Lu.The application of soft exchange technology in the electric power communication network[J].Sichuan Water Power，2007，26（1）:103-105（in Chinese）.

[12]劉偉紅.軟交換技術在電力通信網的研究[D].杭州:浙江大學碩士論文，2008.LIU Wei-hong.The study of softswitch technology in electric power communication network[D].Hangzhou:Zhejing University，2008（in Chinese）.

[13]吳惠芬.下一代網絡（NGN）技術在浙江電力的應用研究[J].電力信息化，2008，6（7）：106-109.WU Hui-fen.Research on the application of next generation network（NGN） technology in the zhejiang power grid[J].Electric Power IT，2008，6（7）：106-109（in Chinese）.