智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)關(guān)鍵問題研究

廣東省電信工程有限公司 王 巍

在全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷加劇與城市化建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的背景作用之下，電力電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中所占據(jù)的重要地位日益關(guān)鍵。可以說，電力電網(wǎng)事業(yè)的建設(shè)發(fā)展程度將直接關(guān)系著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)發(fā)展程度。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線通信技術(shù)建設(shè)發(fā)展速度不斷提升的推動(dòng)作用之下，智能電網(wǎng)已成為世界范圍內(nèi)電力電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)的新一代發(fā)展趨勢，這一點(diǎn)需要引起相關(guān)工作人員的廣泛關(guān)注與重視。簡單來說，智能電網(wǎng)中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)覆蓋方方面面，信息及通信技術(shù)（ICT）作為職能電網(wǎng)中的核心技術(shù)之一，應(yīng)當(dāng)自發(fā)電到線路傳輸?shù)阶冸姷脚潆姷接脩舴?wù)最終到調(diào)度的全過程當(dāng)中得以體現(xiàn)。

智能電網(wǎng)在建設(shè)運(yùn)行過程當(dāng)中所表現(xiàn)出的可觀測特性、可控制特性、自適應(yīng)特性以及自愈性特性都離不開信息及通信技術(shù)所提供的支持與保障。那么，在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，智能電網(wǎng)中的信息及通信技術(shù)主要體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？現(xiàn)階段國內(nèi)電力網(wǎng)絡(luò)通信存在哪幾個(gè)方面的問題？智能電網(wǎng)的信息安全應(yīng)當(dāng)如何構(gòu)建與完善呢？筆者現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，就這一問題談?wù)勛约旱目捶ㄅc體會。

一、智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)層次模型分析

從理論上來說，智能電網(wǎng)信息流系統(tǒng)中的層次模型包括了電網(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)用層這四個(gè)方面。以上四個(gè)層次在智能電網(wǎng)的運(yùn)行過程當(dāng)中所形成的信息支撐體系已成為維系整個(gè)智能電網(wǎng)信息高速且穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵載體。簡單來說，層次模型當(dāng)中的信息支撐體系能夠借助對電網(wǎng)基礎(chǔ)信息的集成與整合來是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)所傳遞信息在縱向及橫向方面的聯(lián)通。各個(gè)層次結(jié)構(gòu)在整個(gè)層次模型中所出的地位不同，其所發(fā)揮的作用也有所不同：①對于電網(wǎng)設(shè)備層而言，其主要包括在整個(gè)智能電網(wǎng)在運(yùn)行過程當(dāng)中各種需要信息傳輸及交換的設(shè)備、元件；②對于通信網(wǎng)架層而言，其能夠在通信網(wǎng)絡(luò)的作用之下將處于上一層級(電網(wǎng)設(shè)備層)中的各類設(shè)備元件連接為一個(gè)整體。其所表現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)方式有著以維護(hù)以及易操作的特性，且有效網(wǎng)絡(luò)能夠與無線網(wǎng)絡(luò)及公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)有效配合，在確保網(wǎng)絡(luò)信息傳輸通道穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)輔以整個(gè)通信網(wǎng)架層一定的安全保護(hù)策略；③對于數(shù)據(jù)儲存管理層而言，智能電網(wǎng)在整個(gè)運(yùn)行過程當(dāng)中所累積的各類信息數(shù)據(jù)將以分類分區(qū)的方式存放在這一層級當(dāng)中。在終端操作用戶有所需要的情況下，以事件驅(qū)動(dòng)或是消息總線的方式對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，較傳統(tǒng)意義上的檢索方式更為簡單與快捷；④對于數(shù)據(jù)應(yīng)用層而言，其能夠自動(dòng)接收來自數(shù)據(jù)儲存管理層所傳遞的相關(guān)，實(shí)現(xiàn)圍繞智能電網(wǎng)這一中心的信息數(shù)據(jù)高級分析及控制。

二、智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系分析

我們知道：在整個(gè)智能電網(wǎng)的運(yùn)行發(fā)展過程當(dāng)中，其所涉及到的電網(wǎng)設(shè)備及元件種類眾多且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之大部分電網(wǎng)設(shè)備存在跨地域運(yùn)行的特性，為確保各類型電網(wǎng)設(shè)備均能夠在智能電網(wǎng)這一整體中得到有效且合理的利用，一套健全且完善的信息及通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的制定與實(shí)施就顯得尤為關(guān)鍵。那么，何種標(biāo)準(zhǔn)體系才稱得上是智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系呢？其關(guān)鍵在于將智能電網(wǎng)在運(yùn)行過程當(dāng)中所涉及到的包括發(fā)電、輸電、配電、用電以及信息安全在內(nèi)的多個(gè)環(huán)節(jié)步驟納入其中。目前應(yīng)用比較廣泛且認(rèn)可程度比較高的標(biāo)準(zhǔn)體系有IEEE1588、ICE62351標(biāo)準(zhǔn)。首先，對于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)體系而言，其最大的應(yīng)用優(yōu)勢在于整個(gè)智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)以納秒為單位的整個(gè)廣域互聯(lián)大電網(wǎng)時(shí)間的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。換句話來說，整個(gè)智能電網(wǎng)當(dāng)中控制系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)化測量系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是高度一致的；其次，對于ICE62351標(biāo)準(zhǔn)體系而言，該套體系制定并實(shí)施的最根本目的在于以數(shù)據(jù)加密及數(shù)字簽名技術(shù)的引入為切入點(diǎn)，以終端操作員身份認(rèn)證系統(tǒng)為直接途徑，確保整個(gè)智能電網(wǎng)在運(yùn)行過程當(dāng)中不會存在任何形式的信道竊聽、攻擊以及篡改，進(jìn)而確保整個(gè)系統(tǒng)對控制以及保護(hù)動(dòng)作能夠做出及時(shí)且準(zhǔn)確的響應(yīng)。基于以上分析，筆者認(rèn)為：從當(dāng)前智能電網(wǎng)的運(yùn)行發(fā)展角度來看，涉及到發(fā)電、輸電以及配電環(huán)節(jié)的信息模型與信息交換標(biāo)準(zhǔn)已日趨完善，IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)體系有著得天獨(dú)厚的應(yīng)用優(yōu)勢。然而對于用電環(huán)節(jié)而言，參與智能電網(wǎng)用電的主體已非單獨(dú)的電力企業(yè)，包括家電企業(yè)、建筑企業(yè)以及自動(dòng)化企業(yè)在內(nèi)的多種企業(yè)的行為同樣需要有一套標(biāo)準(zhǔn)體系加以規(guī)范。現(xiàn)階段該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系的空白需要引起相關(guān)工作人員的特別關(guān)注與重視。

圖1 用戶終端通信網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)信息系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系示意圖

圖2 智能電網(wǎng)信息機(jī)通信體系構(gòu)成情況示意圖

三、智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)分析

客觀的來說，就我國而言，在當(dāng)前技術(shù)條件支持背景作用之下，存在于智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及運(yùn)用過程中最關(guān)鍵的問題可以歸納為以下幾個(gè)方面：①智能電網(wǎng)骨干網(wǎng)架的可靠性及強(qiáng)度不夠，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在第二平面建設(shè)過程中的各種要求無法得到骨干網(wǎng)架的有力支持；②各級智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)在資源整合及利用方面的性能表現(xiàn)有待進(jìn)一步提升；③對于整個(gè)智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)而言，智能電網(wǎng)在配電及用電環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出的信息及通信水平較其他環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出的信息及通信水平要低得多。為解決以上問題，關(guān)鍵在于將信息網(wǎng)絡(luò)引入智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)的建設(shè)發(fā)展全過程當(dāng)中。大量的實(shí)踐研究結(jié)果向我們證實(shí)了一點(diǎn)：信息網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程當(dāng)中所表現(xiàn)出的包括可靠性高、靈活性高、維護(hù)性高以及擴(kuò)展性高在內(nèi)的多種應(yīng)用優(yōu)勢對于簡化整個(gè)智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)系統(tǒng)下屬各種設(shè)備元件的連接方式而言有著重要意義，異構(gòu)控制設(shè)備在智能電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行背景下的網(wǎng)絡(luò)集成及信息共享同樣能夠在信息網(wǎng)絡(luò)的支持下得以完善。然而受電力系統(tǒng)分布式及實(shí)時(shí)性特性的影響，各種控制設(shè)備在信息獲取方面所存在的顯著差異使得信息網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)用過程當(dāng)中有著一定的時(shí)延問題、路徑不確定性問題及數(shù)據(jù)包信息流丟失問題。如何在充分遵循電力系統(tǒng)信息傳輸特性的基礎(chǔ)之上，針對信息網(wǎng)絡(luò)與智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)的融合問題展開系統(tǒng)研究與分析，已成為現(xiàn)階段相關(guān)工作人員最亟待解決的問題之一。

四、智能電網(wǎng)信息及通信體系構(gòu)建分析

從本質(zhì)上來說，電力系統(tǒng)的運(yùn)行就是一個(gè)能量的傳遞過程。在這一過程當(dāng)中，發(fā)電、輸電、配電以及用電是最關(guān)鍵也是最基本的組成部分。在當(dāng)前技術(shù)條件支持之下，以調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)為代表的各種電力系統(tǒng)專用型通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在發(fā)電、輸電以及配電等環(huán)節(jié)得到了成功的覆蓋與應(yīng)用，用戶層在載波方式作用之下實(shí)現(xiàn)小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)募夹g(shù)模式也得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。簡單來說，以調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)為代表的各種電力系統(tǒng)專用型通信網(wǎng)絡(luò)同用戶終端通信網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系可以用圖1表示。

我們知道，對于智能電網(wǎng)而言，其區(qū)別于傳統(tǒng)意義上電網(wǎng)運(yùn)行模式最關(guān)鍵的特性在于其作為電力電網(wǎng)系統(tǒng)的一種，能夠與電網(wǎng)系統(tǒng)終端操作用戶建立起良好的交互關(guān)系。以自動(dòng)抄表以及自動(dòng)測量為代表的多種智能表計(jì)標(biāo)志著將用戶側(cè)信息網(wǎng)關(guān)應(yīng)用于智能電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中的技術(shù)已較為成熟。在這一背景作用下，從信息的利用角度對整個(gè)智能電網(wǎng)加以重構(gòu)，我們可以認(rèn)識到：在智能電網(wǎng)系統(tǒng)化、集成化發(fā)展的推動(dòng)作用之下，有關(guān)智能電網(wǎng)的監(jiān)控模式正從基于局部信息的監(jiān)控方式逐步向著基于全局信息的監(jiān)控方式轉(zhuǎn)變。換句話來說，傳統(tǒng)信息監(jiān)控方式作用之下分散在各類型信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息將在綜合化數(shù)據(jù)平臺的支持之下得以系統(tǒng)集成，為不同業(yè)務(wù)關(guān)注終端操作用戶的信息數(shù)據(jù)應(yīng)用提供便捷。這種將保護(hù)、控制以及測量數(shù)據(jù)融為一體的綜合化信息及通信技術(shù)體系結(jié)構(gòu)組織情況如圖2所示。

五、結(jié)束語

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程日益完善，社會大眾持續(xù)增長的物質(zhì)文化與精神文化需求同時(shí)對新時(shí)期的電力電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)提出了更為全面與系統(tǒng)的發(fā)展要求。相關(guān)工作人員需要清醒的認(rèn)識到一個(gè)方面的問題：智能電網(wǎng)已成為整個(gè)電力電網(wǎng)技術(shù)的必然選擇與發(fā)展方向。而信息及通信技術(shù)作為新時(shí)期智能電網(wǎng)應(yīng)具備的核心技術(shù)之一，可以說是決定整個(gè)智能電網(wǎng)運(yùn)行建設(shè)及其發(fā)展速度的最關(guān)鍵因素。本文圍繞智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)的關(guān)鍵問題這一中心展開了簡要分析與說明，希望能夠今后相關(guān)研究及實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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