智能电网高可靠通信系统探究

乐义文++和敬涵

摘 要

电力网络主要是为满足供电需求而设计，具有单向电力传输和供给、故障手动恢复等特点，导致电网管理复杂、维护代价高。随着信息技术的飞速发展，集成有先进通信系统的智能电网已成为未来电力网络发展的主流。本文对智能电网通信系统的应用场景进行了详细构建和描述，并对其所面临的挑战进行了深入剖析，对研究用于保障关键信息交互的智能电网高可靠通信系统提出了有效的方向性建议。

【关键词】智能电网 通信体系 可靠性

1 智能电网简介

电力网络主要是为了满足供电需求而设计，其原始设计思路相对静态和僵化，例如电力单向传输、集中式的电力供给、缺乏智能化的故障诊断和信息交互机制等。而且，为了保证传统电力网络的可靠性，往往在整个电力系统内储备过量的电力容量，影响了电网的工作效能。多年来，尽管有现代化的新兴信息通信技术深深地影响着电力工业，但现有的电力系统大多仍按照原来的工作模式运作，导致管理复杂、维护代价高，且造成电力资源的大量浪费。

当前，节能减排、绿色能源、可持续发展成为世界各国发展的一个焦点。随着信息技术的快速发展，以信息技术改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源利用效率，成为电力网络的一个重要研究方向。智能电网是在这样的背景下产生，是经济和技术发展的必然结果。智能电网利用一些分布式数据传输、计算和控制技术，以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术，提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。

2010年9月，余贻鑫院士从技术性和经济性考量的角度对智能电网进行了全面的论述，对国内智能电网的研究起到了指导性作用。2013年，余贻鑫院士又针对当前智能电网的发展趋势，进一步阐释了智能电网的基本理念，对科学高效地实施智能电网技术创新和产业发展起到了重要的指导作用。2014年，电力系统国家重点实验室对智能电网评估指标体系进行了研究，建立了多层、多级的需求体系的智能电网战略指标集。具体来讲，智能电网思想是通过利用信息通信网络系统，将能源资源开发、输送、存储、转换、售电以及服务与能源终端用户的各种电气设备和用能设施连接在一起，通过智能化控制实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能等，并通过智能高效的通信网络技术，将能源利用效率和能源供应安全提高到较高的水平，将污染降低到环境可接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理的状态。

随着信息技术的快速发展，以信息技术改造现有的能源利用体系、最大限度地开发电网体系的能源利用效率，成为电力网络的一个重要研究方向。例如，2013年，针对电网运行、检修和管理过程中产生的海量异构、多态、大数据的问题，华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室研究了发电、输变电以及用电各个环节中大数据的产生来源和特点，并详细地分析了现有技术在应对智能电网建设和大数据处理方面的不足。

总之，智能电网是经济和技术发展的必然结果，其利用一些分布式数据传输、计算和控制技术、多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术，提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。

2 智能电网通信体系

随着社会的飞速发展以及科技水平的不断提高，用户对智能电网也提出了一些新的应用需求，例如：

（1）广泛部署分布式的新能源发电站，使得电网供电种类多样化，能够自适应的供电以满足不足用电量需求；

（2）用户在智能电网中需要承担更积极主动的角色，能够根据变化的电力供应状态和价格来更好的控制用户电量的使用；

（3）在电力网络不过载的情况下，大规模的融合电力移动车载设备；

（4）融合广泛分布的电力（电池）存储系统，可以在必要情况下就近提供电力，提高可利用率。

为了支持这些新的应用场景，一种大规模的专用通信网络体系需要建立，来为消费者、电力供应者以及电网设备提供可靠的双向的交互信息。这种通信网络体系为智能电网实现环境感知、自适应配置、电力控制、用户行为反馈等提供了技术支撑，被认为是智能电网发展的一项核心技术。图 1显示了智能电网的一个典型应用场景：所有的电力设备、用户、移动车载以及卫星等通过有线（电力线通信PLC/Fiber）或无线通信技术（Wi-Fi/ZigBee/WiMAX/4G）接入到核心骨干网，进行信息交互。其中，在家庭网络中，电器设备通过Wi-Fi/ZigBee通信技术连接到智能电力仪表，进行电力的测量和反馈。车载供电技术Vehicle-to-Grid （V2G） 通过Wi-Fi技术来控制电动汽车，使得其在停车期间可以对电网提供电力补偿，从而提高间断性新能源供电的稳定性。高级检测仪表网络（Advanced Metering Infrastructure， AMI）用于连接电力检测设备，并提供一些控制信令的传输。邻居区域网络（Neighborhood Area Networks，NAN）用于为大量的异构传感器提供可靠的通信服务。相量测量单元（PMU）用于提供同步、实时、高精度的电压测量值（每秒60采样数据）以及频率参数。而卫星系统用于连接一些特殊需求的电子设备以及供电系统。

3 智能电网通信体系面临的挑战

表1列出了现有电网与智能电网通信体系的一些参数对比。相比于现有传统电网结构，智能电网通信体系在多个方面更为灵活智能。但是，不得不承认，当前智能电网在可靠传输、故障恢复以及智能决策等方面仍面临着一些难以解决的问题和挑战，可以归纳为：

（1）缺乏容错能力；

（2）难以预测负载增长模式；

（3）设备故障后的连锁反映；

（4）比较慢的响应时间，影响及时做出决策；

（5）供求平衡仍难以保证，造成断电或电力浪费；

（6）控制中心仍依赖于人的操作，缺乏自治能力等。

4 结论

智能电网是电力系统的未来必然发展趋势，而通信网络体系作为智能电网数据采集、信息交互以及电力控制等的重要平台，为解决智能电网种种不足提供了有效的解决途径。为此，研究智能电网高可靠通信体系关键技术，有助于智能电网未来发展以及大规模的应用部署，为我国发展下一代智能电网，占领智能电网技术制高点具有重要的意义。

参考文献

[1]余贻鑫.面向21世纪的智能电网[J].科学时报，2010（09）.

[2]余贻鑫，秦超.智能电网基本理念阐释 [J].中国科学：信息科学，2014，44（06）：694-701.

[3]王彬， 何光宇，梅生伟，陈艳波，刘炜.智能电网评估指标体系的构建方法[J].电力系统自动化，2011，35（23）：1-5.

[4]宋亚奇，周国亮，朱永利.智能电网大数据处理技术现状和挑战[J].电网技术，2013（04）：927-935.