“多網融合”技術架構下的智能電網

張海亮，岳在春

（中國電力科學研究院 北京100192）

1 引言

“多網融合”技術指的是電信網、廣播電視網、有線電視網、局域網、電力信息網、衛(wèi)星網、固定電話網、移動網、物聯(lián)網等統(tǒng)一在同一物理媒體上進行傳輸。

智能電網是用于產生和提供電力的體系概念。智能電網具體來說就是電力網具有較高的“智商”，是用來提供和處理各種智能新業(yè)務的電力網。由于電力網具有較高的“智商”，所以未來的智能電網是具有高度可靠、高度安全、高度穩(wěn)定堅強的電力網。總之，智能電網將現(xiàn)有電網所強調的安全、可靠、穩(wěn)定帶到一個全新的高度，進一步體現(xiàn)了電網對環(huán)境、經濟乃至整個社會的積極貢獻。

國網公司中國電科院進行的智能電網光纖復合低壓電纜試驗網充分利用電力線路加光纖的資源優(yōu)勢，實現(xiàn)智能電網的“多網融合”，電力網絡是覆蓋范圍最廣的網絡，擁有四通八達的電纜管道和架空線、遍布四面八方的電力桿塔設施、延伸到千家萬戶的城鄉(xiāng)配電網。電力通信網是為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行而自主建設的專用通信網絡。我國電力通信網具有與“多網”基本相同的網絡技術經濟特征，更重要的是電力通信網具有專用性和統(tǒng)一性，自上而下縱向貫通，幾乎不受區(qū)域割據(jù)的影響，具有體制和機制優(yōu)勢。隨著堅強智能電網的建設，通信與信息技術將廣泛和深入地融入電力系統(tǒng)的運行和生產的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電力信息交互（電量、價格、供需、交易等信息傳輸）、電網與用戶的互動和集中控制電器設備。堅強智能電網將不再是傳統(tǒng)的能量傳輸網絡，有望成為一個巨大的新型信息網絡。在推進“多網融合”的過程中，充分利用和發(fā)揮電力通信網的已有基礎條件，既有利于堅強智能電網的發(fā)展，又可以避免重新布線和基礎設施的重復投資，促進資源共享、提高資源利用效率，符合國務院有關“充分利用現(xiàn)有信息基礎設施，積極推進網絡統(tǒng)籌規(guī)劃和共建共享”的精神。此外，電網企業(yè)承擔了電力普遍服務和“戶戶通電”工程等社會責任，電力通信專網在擴大多網融合在農村地區(qū)覆蓋范圍等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。推進多網融合，電網不應被忽視。

“多網融合”技術架構下的智能電網是在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享信息模式的基礎上，整合電力系統(tǒng)中的業(yè)務數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網的運行和管理。

智能電網光纖隨電力線路進行架設是智能小區(qū)光纖入戶的最優(yōu)方式。國網公司推進的“多網融合”,則必然要求智能電網電力光纖線路延伸到用戶,不但“多網融合”可減少重復建設，而且節(jié)約社會資源?！岸嗑W融合”技術架構下的智能電網是當代信息通信技術革命和先進技術手段大規(guī)模推動的工業(yè)革命。誰能占領先機，推動新技術革命，誰就會產生直接的綜合效果。“多網融合”技術以期把非常傳統(tǒng)的電力行業(yè)帶入現(xiàn)代網絡時代，帶入智能時代。

2 “多網融合”的意義

智能電網的“多網融合”需要新思想，一切舊觀念都要轉變?！岸嗑W融合”要求網絡線路建設運行管理與傳輸內容接入完全分離，提高管理的專業(yè)性和有效性，網絡線路建設運行由專業(yè)公司管理。網絡線路與傳輸內容是高速公路與汽車的關系，采用分管是技術發(fā)展的趨勢，也是更好地體現(xiàn)現(xiàn)代管理的趨勢。“多網融合”已成為眾人矚目的焦點，形成統(tǒng)一網絡實現(xiàn)了互連互通，在業(yè)務上形成相互交叉、相互滲透、無縫覆蓋的新格局，使寶貴的網絡資源實現(xiàn)最大限度的共享，百姓也會享受“多網融合”帶來的實惠。智能電網的“多網融合”技術改革開創(chuàng)了電信、電網、電視網等整合的力度，為中國的電力產業(yè)、電信產業(yè)、通信產業(yè)、電視媒體等改革提供了機遇。

實現(xiàn)“多網融合”技術的智能電網已經具備數(shù)字化技術、光纖技術、IP技術和貯存技術。智能電網數(shù)字化技術能充分利用互聯(lián)網的信息處理能力，智能電網光纖技術能解決不斷增長的帶寬需求，智能電網IP技術能充分利用互聯(lián)網的技術成果，智能電網儲存技術能解決大量的數(shù)據(jù)變換需要?！岸嗑W融合”技術下的智能電網依托的是4大技術的迅速發(fā)展?！岸嗑W融合”的形勢決定了社會的需求，“多網融合”的實現(xiàn)促進了消費需求。“多網融合”技術也將徹底解決智能電網配電及用戶信息的通信難題，也給智能電網的建設提供了技術基礎，中國電力科學研究院圍繞堅強智能電網建設的總目標，利用自身在電力領域的專業(yè)優(yōu)勢，正加快推進智能電網等關鍵技術研究、標準制定、設備研制和試點建設的工作。

當前，我國的設備制造和系統(tǒng)運營相對各自發(fā)展，電信網、廣播電視網、有線電視網、局域網、電力信息網、衛(wèi)星網、固定電話網、移動網、物聯(lián)網的融合存在不同的技術方向，需要巨大的物質投入和人力來支撐網絡的服務。因此，“多網融合”技術架構下的智能電網局域網建設、運行服務并沒有顯著降低局域網建設的成本。所以需要局域網技術、智能設備、電力新業(yè)務、運營維護探索未來“多網融合”新技術架構。“多網融合”的先進技術水平，決定了智能電網的成敗。運用“多網融合”技術，使智能電網的建設適合新的發(fā)展形勢，也是當前智能電網科技研究的主要方向。

智能電網安全可靠的運行需要“多網融合”技術的支撐。智能電網的互動操作也需要多網融合技術的支撐。只有融合才能充分體現(xiàn)智能電網的高度先進性、高度可靠性，才能發(fā)揮最大的經濟效益。

“多網融合”技術架構下的智能電網一定會給現(xiàn)代信息通信產業(yè)，電力新技術產業(yè)、運行管理產業(yè)帶來全新的發(fā)展。全面實現(xiàn)“多網融合”技術的智能電網，應用融合系統(tǒng)業(yè)務，基本形成電力新業(yè)務網絡格局，基本建立適應“多網融合”技術的智能電網體制機制和職責清晰、協(xié)調順暢、決策科學、管理高效的新型監(jiān)管體系。“多網融合”技術的智能電網是智能化管理及控制的核心，是提高智能電網的可靠性、安全性、提高效率的保證。

3 “多網融合”統(tǒng)一的標準

在智能電網統(tǒng)一的建設中，創(chuàng)新能力直接決定著電力產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力和核心競爭力。隨著多網融合技術的發(fā)展，我國智能電網多網融合技術標準也在制定，因為標準的水平不高，一直沿用電力行業(yè)標準，落后于世界先進水平，智能電網標準擁有的核心知識產權很少，倍感受制于人的困境，電力行業(yè)標準也沒有特殊要求，很多企業(yè)都可以無償?shù)厥褂茫窈髧W公司可能改變方式，電力行業(yè)有自己的加密算法以及標準，制造企業(yè)以及IC企業(yè)必須生產符合智能電網標準的產品?？梢灶A測，我國的生產企業(yè)會更多地要求參與智能電網標準的制定和研發(fā)，標準戰(zhàn)會隨著智能電網的建設而愈演愈烈。

“多網融合”技術的智能電網標準還沒有編寫，所以制造企業(yè)所生產的產品都沒有標準的性質，故而標準成為“多網融合”技術一個非常關鍵的問題。我們注意到標準在高科技市場的競爭中，其地位顯得日益重要和突出，激烈的市場競爭隨處可見到標準戰(zhàn)的影子。智能電網標準能夠指導企業(yè)產品的生產和推廣,甚至對智能電網產生重大的影響。

“多網融合”技術在智能電網統(tǒng)一的建設前提下進行標準的制定，智能電網的運行是全方位的協(xié)調、監(jiān)控、優(yōu)化，需要現(xiàn)有各個電網專業(yè)部門進行信息流融合貫通。在“多網融合”技術的架構下，標準在智能電網占據(jù)關鍵的地位，標準為網絡系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行打下了技術基礎?！岸嗑W融合”技術架構下的智能電網需要標準化的運作。

“多網融合”技術是基于IP協(xié)議的電力業(yè)務網與信息網的“接入融合”，是智能電網專業(yè)部門信息間的“業(yè)務融合”。智能電網的電力業(yè)務網必須有統(tǒng)一的標準進行電網調度、電力營銷、配電網、變電站繼電保護以及辦公自動化、視頻監(jiān)控和視頻會議、IP電話和其他數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N業(yè)務融合。智能電網的電力業(yè)務網必須全面開放接入融合，使用設備符合智能電網標準允許入網。標準允許從任意的供貨商那里購買各種設備，正是接入融合的標準為制造商和電力企業(yè)的利益創(chuàng)造了巨大的自由和創(chuàng)新空間。電信網有統(tǒng)一的標準，IP電話和普通電話設備使用者任選。電力系統(tǒng)也要有統(tǒng)一的標準進行電網調度即網絡調度電話，形成利用智能電網調度通信網絡電話的網絡調度電話體系標準。廣播電視網有統(tǒng)一的標準CATV與數(shù)字電視和高清晰電視完全兼容。電力系統(tǒng)也要有統(tǒng)一的標準進行視頻會議，形成電力行業(yè)IPTV視頻監(jiān)控體系標準?；贗P協(xié)議是實現(xiàn)接入融合的基礎，而要實現(xiàn)業(yè)務融合標準發(fā)揮最大限度的作用。

加快智能電網建設，充分利用“多網融合”的有利條件，加快建立適應“多網融合”技術的智能電網的標準體系。

4 “多網融合”統(tǒng)一的規(guī)劃

國網公司智能電網建設將是舉國而動、需長遠規(guī)劃的洪大工程，涉及發(fā)電、輸配電上下游，還橫跨家電、IT等產業(yè)。國家電網公司初步規(guī)劃制定智能電網所需要的各種關鍵技術、關鍵設備標準體系時，應該充分發(fā)揮集體智慧，引導相關行業(yè)的參與者、甚至高校等科研機構的專家充分參與。鑒于目前國家電網公司的情況，“多網融合”也會遇到現(xiàn)實困難。特別是各個部門業(yè)務的不同以及當前電力系統(tǒng)生產部門數(shù)據(jù)信息與調度數(shù)據(jù)資源融合程度不夠等因素。在某種意義上，光纖復合低壓電纜網絡運行、業(yè)務管理作為切入點可作為國家電網公司新“業(yè)務融合”策略的新起點。

國網公司制定的智能電網技術標準規(guī)劃即將提出“多網融合”技術標準。“多網融合”技術標準規(guī)劃在智能電網統(tǒng)一建設的前提下進行規(guī)劃的編制，“多網融合”技術的網絡線路建設遵循“光路共享、電路分層、業(yè)務互相支持”的技術原則，即光路層統(tǒng)一規(guī)劃，資源共享；電路層相對獨立；業(yè)務層相互補充和備用。要著眼長遠、統(tǒng)籌規(guī)劃，確定合理、先進、“多網融合”的技術路線，促進電力網絡建設、業(yè)務應用、產業(yè)發(fā)展、監(jiān)督管理等各項工作協(xié)調發(fā)展，探索建立符合國網公司的“多網融合”的模式。

隨著電力網絡的建設，進一步建設和完善先進光纖網絡，調整和優(yōu)化網絡結構，發(fā)揮電力網絡整體優(yōu)勢，提高網絡可靠性和運行效率。電力網絡對外開放的同時，加強網絡安全隔離技術，保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

電力系統(tǒng)“多網融合”規(guī)劃交換網絡的資源，形成利用網絡電話的體系及IPTV視頻監(jiān)控體系。開展“多網融合”技術架構下的智能電網共性技術、關鍵技術、基礎技術和關鍵軟硬件的研發(fā)。智能電網電力網絡管理系統(tǒng)的建設應統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一實現(xiàn)綜合網管系統(tǒng)。

5 “多網融合”統(tǒng)一的建設

目前，國家電網公司已基本具備進一步開展“多網融合”的技術條件、電力業(yè)務網基礎和運營管理經驗，加快推進“多網融合”已進入智能電網的關鍵時期。要著眼長遠、統(tǒng)籌規(guī)劃，確定合理、先進、“多網融合”技術路線，促進電力網絡建設、業(yè)務應用、產業(yè)發(fā)展、監(jiān)督管理等各項工作協(xié)調發(fā)展，探索建立符合我國國情的“多網融合”模式。

基于“多網融合”技術架構下的智能電網系統(tǒng)建設，需要注意以下幾點。

①智能電網建設應以光纖寬帶網為主干網，以電力PLC為輔助網絡，結合電信網、廣播電視網、有線電視網、局域網、電力信息網的技術標準及要求進行融合設計。設計智能電網新小區(qū)采用多芯光纖復合低壓電纜相對普通光纖線纜工程造價比較高，每公里達5～6萬元，普通光纖線纜每芯在200元左右，對于老小區(qū)采用多芯光纖復合低壓電纜可能無法施工，改造相對比較困難，建議采用普通光纖線纜。

②智能電網智能化小區(qū)寬帶網絡由電力系統(tǒng)運營商采用多芯光纖復合低壓電纜建設，融合其他網絡。智能化小區(qū)建設，雖然從建設的角度來看，任何運行商和電信廣電運營商都可以建設光纖寬帶網絡，但是電力系統(tǒng)運營商不但可以建還可以長期參與運行和管理，這是在建設中最需要的。

③國網公司智能電網“多網融合”的技術電力業(yè)務網有電力系統(tǒng)加密算法與隔離技術，國家電網公司智能電網調度數(shù)據(jù)網絡，實現(xiàn)不同安全等級應用系統(tǒng)的有效隔離。

④國網公司智能電網小區(qū)離不開電力系統(tǒng)運營商的運維管理。電力系統(tǒng)運營商介入到智能小區(qū)建設中來，可以獲得電網增值業(yè)務。

6 “多網融合”技術在智能電網電力配網的應用

“多網融合”技術的智能電網電力配網是未來最大的亮點。由于國網公司已投資建設的配網信息化系統(tǒng)不少是試驗性工程，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實用性有待考驗。中低壓配電網作為輸配電系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，其實現(xiàn)自動化的程度與供電的質量和可靠性密切相關。但是配網信息化通信一直是十分頭痛的問題。配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設備，其運行數(shù)據(jù)是整個配電網基礎數(shù)據(jù)的重要組成部分。因此，對其運行參數(shù)與狀態(tài)進行實時監(jiān)測是非常有必要的。而且電能計量是現(xiàn)代電力營銷系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的電量結算是依靠人工定期到現(xiàn)場抄取數(shù)據(jù)，在實時性、準確性和應用性等方面都存在諸多不足之處。利用現(xiàn)代通信技術和數(shù)字技術以及電能量測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映電量使用和銷售情況。電力EPON設備作為主要接入手段，成為傳輸電力業(yè)務網實時數(shù)據(jù)的配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。

使用電力EPON通信技術，采用OFTTH方式，基于以太網方式的無源光網絡局端設備，安裝在10 kV配電變壓器附近，提供網絡集中和接入，能完成帶寬分配和控制各用戶端的連接，并支持實時監(jiān)控、管理及維護的功能。

采用基于“多網融合”技術的電力EPON設備可以高速傳輸，實時在線，投資較小，數(shù)據(jù)傳輸量較大，各種電能數(shù)據(jù)和失壓、失流、接線錯誤、電壓越限、超負荷報警等多種事件可以主動上報。鑒于電力EPON設備技術在可靠性、安全性及經濟性等多方面的優(yōu)勢，將電力EPON技術用在電力系統(tǒng)設備的通信中可以提供準確可靠的電能量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)10 kV電路電量平衡分析，有效降低線損，同時監(jiān)測配網的負荷和電能計量的使用狀態(tài)，防止竊電行為的發(fā)生。

目前，電力系統(tǒng)配網自動化及配變監(jiān)測的發(fā)展，將電力EPON技術在城市供電網中的應用還處于實驗階段，只是在少數(shù)城市進行了局部試點。建立基于多網融合技術的電力EPON設備通信系統(tǒng)，是配電網通信網絡的首選，使之成為配電網自動化及大中規(guī)模用戶用電管理系統(tǒng)的主要設備。

隨著Internet的發(fā)展及電力EPON網絡的進一步改造，系統(tǒng)通信的完善會隨之提高，而系統(tǒng)的后期升級、維護成本低，通信費用低，能節(jié)省運營成本。因此，此方案的應用前景將非常廣闊。

“多網融合”技術憑借電力網的用戶資源優(yōu)勢和先進的電力信息通信網絡，具有開放架構的智能電網，具備為供水、供氣、供熱系統(tǒng)提供通信通道及信息化服務的能力，為智能水表、智能氣表、智能熱力表的自動抄收、管線的在線監(jiān)測、智能調度以及與用戶的雙向互動，提供經濟、可靠、方便的技術支持。隨著智能電網配用電側通信系統(tǒng)的突破和發(fā)展，信息通信平臺對于社會和用戶的多元化服務需求的支撐及保障作用，將會得到更充分發(fā)揮。

7 結束語

伴隨物聯(lián)網的發(fā)展，“多網融合”技術將創(chuàng)造巨大發(fā)展空間?！岸嗑W融合”技術不是簡單的業(yè)務融合，而是需要探討研究“多網融合”技術體系，技術路線，高可管可控的大容量光接入網節(jié)點設備、融合業(yè)務運行維護和管理與控制系統(tǒng)等關鍵技術。通過電力線通信技術和低壓電力特種光電復合纜技術實現(xiàn)電力、電信、電視、互聯(lián)網等多網融合外，構建一個柔性可重構的、實現(xiàn)“多網融合”的、電力試驗示范網絡，引領和支撐電力業(yè)務網絡、電力數(shù)據(jù)網絡和互聯(lián)網絡向新一代高可信網絡方向演進，作為國網公司通信網絡技術主流發(fā)展方向，并形成相應的技術體制和系列技術標準規(guī)范。充分利用電力線及電力通信資源，電力企業(yè)參與“多網融合”的方方面面，降低互聯(lián)網的建設成本。采用“多網融合”技術的智能電網建設符合時代技術潮流。