智能電網高可靠通信系統探究

樂義文++和敬涵

摘 要

電力網絡主要是為滿足供電需求而設計，具有單向電力傳輸和供給、故障手動恢復等特點，導致電網管理復雜、維護代價高。隨著信息技術的飛速發展，集成有先進通信系統的智能電網已成為未來電力網絡發展的主流。本文對智能電網通信系統的應用場景進行了詳細構建和描述，并對其所面臨的挑戰進行了深入剖析，對研究用于保障關鍵信息交互的智能電網高可靠通信系統提出了有效的方向性建議。

【關鍵詞】智能電網 通信體系 可靠性

1 智能電網簡介

電力網絡主要是為了滿足供電需求而設計，其原始設計思路相對靜態和僵化，例如電力單向傳輸、集中式的電力供給、缺乏智能化的故障診斷和信息交互機制等。而且，為了保證傳統電力網絡的可靠性，往往在整個電力系統內儲備過量的電力容量，影響了電網的工作效能。多年來，盡管有現代化的新興信息通信技術深深地影響著電力工業，但現有的電力系統大多仍按照原來的工作模式運作，導致管理復雜、維護代價高，且造成電力資源的大量浪費。

當前，節能減排、綠色能源、可持續發展成為世界各國發展的一個焦點。隨著信息技術的快速發展，以信息技術改造現有的能源利用體系，最大限度地開發電網體系的能源利用效率，成為電力網絡的一個重要研究方向。智能電網是在這樣的背景下產生，是經濟和技術發展的必然結果。智能電網利用一些分布式數據傳輸、計算和控制技術，以及多個供電單元之間數據和控制命令的有效傳輸技術，提高電力系統在能源轉換效率、電能利用率、供電質量和可靠性等方面的性能。

2010年9月，余貽鑫院士從技術性和經濟性考量的角度對智能電網進行了全面的論述，對國內智能電網的研究起到了指導性作用。2013年，余貽鑫院士又針對當前智能電網的發展趨勢，進一步闡釋了智能電網的基本理念，對科學高效地實施智能電網技術創新和產業發展起到了重要的指導作用。2014年，電力系統國家重點實驗室對智能電網評估指標體系進行了研究，建立了多層、多級的需求體系的智能電網戰略指標集。具體來講，智能電網思想是通過利用信息通信網絡系統，將能源資源開發、輸送、存儲、轉換、售電以及服務與能源終端用戶的各種電氣設備和用能設施連接在一起，通過智能化控制實現精確供能、對應供能、互助供能和互補供能等，并通過智能高效的通信網絡技術，將能源利用效率和能源供應安全提高到較高的水平，將污染降低到環境可接受的程度，使用戶成本和投資效益達到一種合理的狀態。

隨著信息技術的快速發展，以信息技術改造現有的能源利用體系、最大限度地開發電網體系的能源利用效率，成為電力網絡的一個重要研究方向。例如，2013年，針對電網運行、檢修和管理過程中產生的海量異構、多態、大數據的問題，華北電力大學新能源電力系統國家重點實驗室研究了發電、輸變電以及用電各個環節中大數據的產生來源和特點，并詳細地分析了現有技術在應對智能電網建設和大數據處理方面的不足。

總之，智能電網是經濟和技術發展的必然結果，其利用一些分布式數據傳輸、計算和控制技術、多個供電單元之間數據和控制命令的有效傳輸技術，提高電力系統在能源轉換效率、電能利用率、供電質量和可靠性等方面的性能。

2 智能電網通信體系

隨著社會的飛速發展以及科技水平的不斷提高，用戶對智能電網也提出了一些新的應用需求，例如：

（1）廣泛部署分布式的新能源發電站，使得電網供電種類多樣化，能夠自適應的供電以滿足不足用電量需求；

（2）用戶在智能電網中需要承擔更積極主動的角色，能夠根據變化的電力供應狀態和價格來更好的控制用戶電量的使用；

（3）在電力網絡不過載的情況下，大規模的融合電力移動車載設備；

（4）融合廣泛分布的電力（電池）存儲系統，可以在必要情況下就近提供電力，提高可利用率。

為了支持這些新的應用場景，一種大規模的專用通信網絡體系需要建立，來為消費者、電力供應者以及電網設備提供可靠的雙向的交互信息。這種通信網絡體系為智能電網實現環境感知、自適應配置、電力控制、用戶行為反饋等提供了技術支撐，被認為是智能電網發展的一項核心技術。圖 1顯示了智能電網的一個典型應用場景：所有的電力設備、用戶、移動車載以及衛星等通過有線（電力線通信PLC/Fiber）或無線通信技術（Wi-Fi/ZigBee/WiMAX/4G）接入到核心骨干網，進行信息交互。其中，在家庭網絡中，電器設備通過Wi-Fi/ZigBee通信技術連接到智能電力儀表，進行電力的測量和反饋。車載供電技術Vehicle-to-Grid （V2G） 通過Wi-Fi技術來控制電動汽車，使得其在停車期間可以對電網提供電力補償，從而提高間斷性新能源供電的穩定性。高級檢測儀表網絡（Advanced Metering Infrastructure， AMI）用于連接電力檢測設備，并提供一些控制信令的傳輸。鄰居區域網絡（Neighborhood Area Networks，NAN）用于為大量的異構傳感器提供可靠的通信服務。相量測量單元（PMU）用于提供同步、實時、高精度的電壓測量值（每秒60采樣數據）以及頻率參數。而衛星系統用于連接一些特殊需求的電子設備以及供電系統。

3 智能電網通信體系面臨的挑戰

表1列出了現有電網與智能電網通信體系的一些參數對比。相比于現有傳統電網結構，智能電網通信體系在多個方面更為靈活智能。但是，不得不承認，當前智能電網在可靠傳輸、故障恢復以及智能決策等方面仍面臨著一些難以解決的問題和挑戰，可以歸納為：

（1）缺乏容錯能力；

（2）難以預測負載增長模式；

（3）設備故障后的連鎖反映；

（4）比較慢的響應時間，影響及時做出決策；

（5）供求平衡仍難以保證，造成斷電或電力浪費；

（6）控制中心仍依賴于人的操作，缺乏自治能力等。

4 結論

智能電網是電力系統的未來必然發展趨勢，而通信網絡體系作為智能電網數據采集、信息交互以及電力控制等的重要平臺，為解決智能電網種種不足提供了有效的解決途徑。為此，研究智能電網高可靠通信體系關鍵技術，有助于智能電網未來發展以及大規模的應用部署，為我國發展下一代智能電網，占領智能電網技術制高點具有重要的意義。

參考文獻

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