智能电网时代的电力通信发展

谢明志

中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东 广州 510663

引言

智能电网，就是电网的智能化，也称“电网2.0”，是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。其主要目标是实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，主要特征包括自愈、激励和保护用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场及资产的优化高效运行。其特征在于“电力流、信息流、业务流”一体化融合。

进入智能电网时代，电力系统对通信提出了更高的要求，在电力系统的不同层次、不同阶段都产生新的通信需求[1]。①从光纤通信网、电力接入通信网、统一通信、数字化变电站、新能源利用等各方面分析了电力信息通信在建设智能电网中的基础性作用；②讨论了电力通信在智能电网、配电工程和新能源领域的应用；③研究了电力通信在发电领域、输电领域、变电领域和配电领域的具体应用；④侧重于分析电力通信在电力调度应用、智能信息应用和用电领域应用等方面的作用；⑤从即时信息系统、EMS系统、电能计量系统等角度提出了提高电力通信技术在智能电网中应用价值的措施。

本文从智能电网通信业务需求、智能电网通信发展路线，智能电网通信运维方案等角度探讨智能电网时代，电力通信技术的发展与变化。

1 智能电网通信业务需求

智能电网电力通信业务按照业务属性划分大致可以分为两大类，即生产业务和管理业务，其中生产业务又可分为运行控制类业务、运行信息类业务，管理业务可分为管理信息类业务、管理办公类业务；按照电力二次系统安全防护管理体系划分，可以分为 I、II、III、Ⅳ等四大安全区域业务；按照业务流类型划分，可以分为语音、数据及视频业务；按照用户对象划分，可以分为变电站业务、线路业务和电网公司、供电局等几大类；按照时延划分，可以分为实时业务和非实时业务；按照业务分布划分，可以分为集中性业务、相邻性业务和均匀性业务。

1.1 业务类型维度聚类分析

运行控制类业务：运行控制业务作为电网控制的一个环节，直接关系到电网安全，由于此类业务对通信传输时延、通道可靠性要求极高，目前主要使用电力通信专网。该类业务主要有继电保护、安全稳定装置、调度自动化、调度电话等业务。

运行信息类业务：运行信息业务覆盖范围广、通道可靠性要求高，以专网通信为主，公网通信作为辅助补充。该类业务主要分为保护管理信息、稳控管理信息、水调自动化、电力市场交易、计量自动化等多种。

管理信息类业务：管理信息业务主要有财务管理、市场营销、生产计划管理、人力资源管理、安监及党群信息、信息支持系统等多种。

管理办公类业务：管理办公业务主要分为办公通信、办公信息两种，办公通信包括视频会议系统、办公电话（内线、外线）、移动电话（手机）、办公上网、”移动办公”等。办公信息包括办公自动化系统、远程培训。

1.2 安全分区维度聚类分析[2]

安全 I 区：继电保护、安全稳定装置、调度（配网）自动化、调度电话。

安全 II 区：保护管理信息、稳控管理信息等。

安全 III 区：电能计量、电能质量监测、视频监视、输变电设备在线状态监测。

安全Ⅳ区：智能巡检、管理信息、管理办公、会议电视等业务。

1.3 媒体流类型维度聚类分析

语音业务：调度电话、行政电话。

数据业务：继电保护、安全稳定装置、调度（配网）自动化、电能计量、电能质量监测、输变电设备在线状态监测、管理信息、管理办公等。

视频业务：智能巡检、视频监视、会议电视。

1.4 所属环节维度聚类分析

主网业务：继电保护、安全稳定装置、调度（配网）自动化、调度电话、保护管理信息、稳控管理信息、电能计量、电能质量监测、视频监视、输变电设备在线状态监测、智能巡检。

配网业务：配网自动化、配网保护、配网视频监视、配网设备在线监测。

信息化业务：管理信息、办公信息。

1.5 用户维度聚类分析

调度中心业务：全部业务。

电厂（含新能源）业务：继电保护、安全稳定装置、配网自动化、调度电话、电能计量、电能质量监测、视频监视。

变电站业务：继电保护、安全稳定装置、调度（配网）自动化、调度电话、电能计量、电能质量监测、视频监视。

输电线路业务：在线监测、智能巡检、视频监视。

配电站（开关房、环网柜）业务：配网自动化、配网保护。

馈线业务：馈线自动化、智能巡检、视频监视。

供电公司、所、营业所业务：管理信息业务等。

充电站业务：配网自动化、调度电话、电能计量、视频监视。

微网业务：继电保护、安全稳定装置、配网自动化、调度电话、电能计量、电能质量监测、视频监视。

1.6 业务分布维度聚类分析

相邻性业务：线路保护。

均匀性业务：安稳系统。

集中性业务：其他业务。

1.7 承载网络维度聚类分析

TDM 业务：线路保护、安稳系统、调度电话。

IP 业务：其他业务。

1.8 信息流向维度聚类分析

系统通信：调度电话、调度（配网）自动化、电能计量、电能质量监测、视频监视等。

站间通信：线路保护、安稳系统。

站内通信：在线监测、智能巡检。

2 智能电网通信发展路线

目前，电力通信主要集中在输变电环节，解决的仅仅是站与站、站与调度端之间的通信问题，大部分电网公司发布的通信建设原则也只是基于现有主网通信业务，未考虑智能电网新业务的开展；且配用电环节还处于探索阶段，尚未建立相应的通信网络规划原则，因此随着智能电网新用户（如充换电站、分布式能源站、微网）和新业务（如状态监测、智能巡检、智能小区）的诞生，现有电力通信网络及其规划技术原则显然不能适应未来智能电网对通信网络“无缝覆盖”和“高速宽带”的通信需求，迫切需要在梳理整合、聚类分析各环节通信业务的基础上，建立智能电网通信业务的物理模型和数学模型，并结合通信网络技术发展趋势，以“横向到边、纵向到底”的全程全网理念和“网络融合”的一体化思路重构其体系架构[3]。

综合考虑上述智能电网通信需求，首先建议智能电网通信将“以光纤通信为核心，以无线、电力载波通信为延伸”，推动现有电力通信网络从主网向配用电网络、从“系统通信+站间通信”向“系统通信+站间通信+站内通信+线路通信”的全方位通信转变，满足智能电网无缝覆盖的通信需求。其次，智能电网通信将“以NGN架构为参考、以OTN为基础承载和IMS 融合为手段”，推动现有电力通信网络从“分离的通信网络”向“融合的下一代通信网络”转变，满足企业信息化对通信网络大容量和业务融合的需求。

此外，智能电网业务场景众多，呈现出分布式部署、实时感知、精准控制、海量连接等特点，随之对网络带宽容量、端到端时延、安全保障、灵活接入等提出了更大挑战。例如在主网环节，大带宽的业务（机器人巡检、视频监控等）、面向大连接的业务（一次设备状态信息采集、电力设备现场检修和协同调试、分布式在线监测等需求）、面向移动通信的业务（变电站移动巡检、无人机应用、移动作业等）对通信网带宽、覆盖、质量、接入位置提出了更为复杂的需求。在智能配用电环节，智能分布式配电自动化、低压集抄、分布式能源接入等业务在“最后一公里”接入覆盖也对通信产生了巨大的需求。

对此，5G网络可发挥其超高带宽、超低时延、超大规模连接的优势，承载垂直行业更多样化的业务需求。尤其是其网络切片、能力开放两大创新功能的应用，将改变传统业务运营方式和作业模式，为电力行业用户打造定制化的“行业专网”服务，相比于以往的移动通信技术，可以更好地满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求，实现差异化服务保障，进一步提升了电网企业对自身业务的自主可控能力[4]。

总体来说，智能电网通信建设内容包括主网通信、配网通信、信息化通信及覆盖全网的无线通信、光缆网、同步网、管控系统、电源系统等网络与基础设施等四部分。主网通信网络包括：传输A网、传输B网、调度数据A网、调度数据B网、综合数据网、调度交换网、备用调度交换网、应急通信网；配网通信网络包括骨干数据网和接入网；信息化通信网包括OTN承载网、综合数据网、视频通信等内容。

3 智能电网通信运维

国外的发展趋势是监控维护层相对专业化向自动化综合管理发展，而属地维护层的维护人员相对综合化或采取外包的方式进行管理，在技术支援层有一支高素质的研发维护队伍。国外电力公司在网络转型中推出的网络合作方式，通过采用与其他服务提供商合作、收购IT服务公司或成立专门的维护团队的方式来推进[5]。国内电力公司业务中的运维外包服务目前尚处于起步阶段，一方面需要作进一步的战略方面的考虑，另一方面缺乏一支高素质的专业维护队伍。

中国的电网公司目前全网绝大部分地调通信人员配置数量远低于人力资源定额，且部分调度机构未设置通信调度岗位，通信运行监视工作由其他岗位人员兼职开展，网络运行监视工作和其他管理工作时常冲突，缺乏组织保障。另一方面，地区供电局技术力量相对薄弱，对网络管理的复杂问题和多层次、全方位的影响无法考虑周全，不具备站在全网立场的思考角度，不利于通信网络精益化管理水平的提升。

智能电网时代，电力通信的运维将从单纯的网络保障到业务保障，从被动维护（即在网络发生故障时进行维护，排除）转向主动性、综合性维护。

未来管理重点在于预防性的维护。以日常维护和定期巡检为主要内容。定期分析网络故障原因，制定预防重点。

网络的IP化、融合化、扁平化、业务复杂化和终端智能化的发展引导了网管向融合化、扁平化、智能化方向发展，也将使得运维从分散性维护转向集中性维护转变。考虑到未来网络的软件化特征愈发明显，将最终使得网管与网络一体化。

4 结束语

毫无疑问，电力通信技术将在智能电网中扮演越来越重要的角色。从上述分析可知，在智能电网的发、输、变、配、用等各环节都需要通信技术来实现业务的智能化，这些需求也会进一步推动电力通信技术的研究和发展。但是，罗马不是一天建成的，电力通信系统如何从现有的基础设施网络，向满足智能电网需求的新型通信网络演进，将是未来的重要课题。