智能電網(wǎng)環(huán)境下廣域網(wǎng)通信系統(tǒng)的研究

袁竹玲

（大慶油田信息技術(shù)公司北京分公司 北京 100000）

1 智能電網(wǎng)通信的概述

我國智能電網(wǎng)建設(shè)將包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度共六個環(huán)節(jié)，具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動化的技術(shù)特征，需要建立具有高速、寬帶、自愈、雙向的性能電力通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的接入和傳輸。智能電網(wǎng)的具體要求表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 高速寬帶

智能電網(wǎng)傳感器、智能電表、配電站采集和傳輸信息都需要通過寬帶傳輸，每個智能變電站寬帶需求為 1Mbit/s左右，每百萬個電表的快帶需求為2Mbit/s，每百萬個智能傳感器的寬帶需求為0.8～4.8Gbit/s[1]，這么龐大的數(shù)據(jù)需要高速的、超大容量的傳輸寬帶，寬帶傳輸能力為2.5 Gbit/s、10 Gbit/s或更高的傳輸能力。

1.2 自愈能力

自愈電網(wǎng)進行連續(xù)不斷的在線自我評估以預(yù)測電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的或正在發(fā)展的問題早期預(yù)警，切除故障元件或?qū)⒂脩粞杆偾袚Q到另外可靠地電源上，然后通過本地及遠程設(shè)備的通信將幫助分析故障、電壓降低、電能質(zhì)量差、過載和其他不希望的系統(tǒng)狀態(tài)，基于這些分析，采取適當(dāng)?shù)目刂菩袆蛹右钥刂苹蚣m正。自愈電網(wǎng)確保了電網(wǎng)的可靠性、安全性、電能質(zhì)量和效率。

1.3 安全性

智能電網(wǎng)的安全性包括機密性、完整性和有效性。廣域網(wǎng)的設(shè)計要求有一定的機密性，通過使用網(wǎng)關(guān)、路由器、防火墻、加密隧道、代理服務(wù)器、尤盾等技術(shù)防止外來病毒的侵入，保護用戶和電網(wǎng)的信息安全；廣域網(wǎng)對信息的完整性要求很高，不完整的信息可能導(dǎo)致智能電網(wǎng)分析錯誤，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定；智能電網(wǎng)要求信息的有效性，如果重要信息的有效性不高，經(jīng)過廣域網(wǎng)傳輸，可能會導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)故障，廣域網(wǎng)通過重路由器濾去冗余的信號。

2 智能電網(wǎng)環(huán)境下的廣域網(wǎng)

2.1 智能電網(wǎng)廣域網(wǎng)的概述

廣域網(wǎng)實現(xiàn)的通信主要是控制運行中心、智能變電站、智能輸電、智能調(diào)度等之間的通信，即需要實現(xiàn)ISO/RTO（區(qū)域傳輸組織/獨立系統(tǒng)操作）運行顯示、采集系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳輸SCADA系統(tǒng)之間的信息傳遞。智能電網(wǎng)具體實現(xiàn)的通信包括：

（1）控制中心與變電站之間的通信，控制中心通過電網(wǎng)中用戶能量的需求控制變電站；控制中心與廣域測量系統(tǒng)之間的通信，控制中心通過傳感器測量出來信息判斷、排除電網(wǎng)的故障；控制中心與用戶之間的通信，了解用戶的需求，同時發(fā)布一些電價的信息；控制中心與輸電系統(tǒng)通信，避免高峰用電，減少電能線路的損耗；控制中心與調(diào)度之間的通信，通過電網(wǎng)電能的需求，控制電廠發(fā)電機組發(fā)電的數(shù)量，節(jié)約發(fā)電成本；控制中心與安全系統(tǒng)的通信，當(dāng)有病毒侵襲電網(wǎng)時，采取有效的防護措施，避免其破壞電網(wǎng)的正常運行。

（2）監(jiān)控電網(wǎng)的狀態(tài)信息（電壓、電流、相位、功率因數(shù)、電能質(zhì)量等）一些主要的電能傳輸信息。

（3）傳輸SCADA和變電站設(shè)備之間的通信，通過傳輸?shù)腟CADA系統(tǒng)獲取變電設(shè)備的狀態(tài)信息，并通過SCADA系統(tǒng)把命令傳輸給智能變電設(shè)備。

（4）控制中心與分布式網(wǎng)絡(luò)之間的通信，通過與分布式能量系統(tǒng)和分布式SCADA系統(tǒng)，傳遞控制中心與用戶設(shè)備的通信。

（5）控制中心與EMS系統(tǒng)的通信，提高廣域網(wǎng)信息的有效性。

2.2 智能電網(wǎng)廣域網(wǎng)的具體業(yè)務(wù)

2.2.1 繼電保護業(yè)務(wù)

繼電器的保護業(yè)務(wù)是對斷路繼電器的監(jiān)控和維護，當(dāng)變電過程出現(xiàn)故障或不正常現(xiàn)象，控制中心通過EMS系統(tǒng)，迅速發(fā)出命令，令其跳閘；電網(wǎng)中的電流超過斷路器設(shè)定的電流值，斷路器跳閘并向廣域網(wǎng)發(fā)出跳閘信息，斷路器的跳閘狀態(tài)通過遠程設(shè)備終端傳給SCADA/EMS系統(tǒng)，SCADA/EMS系統(tǒng)把繼電器的位置傳送給控制中心，控制中心通過運算分析出故障原因，啟動解決方案，保護繼電器的恢復(fù)正常工作。

2.2.2 SCADA和EMS的業(yè)務(wù)

控制中心的傳輸控制系統(tǒng)實現(xiàn)對傳輸系統(tǒng)的監(jiān)視，SCADA系統(tǒng)監(jiān)控變電站的設(shè)備狀態(tài)，EMS系統(tǒng)用來分析傳輸系統(tǒng)的能量信息的分析和優(yōu)化傳輸信息，兩個系統(tǒng)配合使用可以監(jiān)視輸電設(shè)備的狀態(tài)、報警、操作命令和控制行為。

2.2.3 變電站的控制業(yè)務(wù)

控制中心通過監(jiān)控系統(tǒng)把變電站的現(xiàn)場圖像實時傳送給控制中心，監(jiān)控信息要包括變電站的溫度、濕度、電流量、電壓值等環(huán)境信息，出現(xiàn)異常及時保護，由于要求變電站的數(shù)據(jù)較多，需要較高的帶寬要求。

2.2.4 廣域網(wǎng)測量系統(tǒng)業(yè)務(wù)

廣域網(wǎng)測量系統(tǒng)（WAMS），實時采集機組、線路的電壓、電流、繼電器的信號，并計算出相電壓、相電流的相位，頻率的變化率，機組和線路的功率以及暫態(tài)記錄，反映系統(tǒng)的動態(tài)特征，為電力系統(tǒng)提供有效的測量手段。

2.3 廣域網(wǎng)的通信需求

廣域網(wǎng)通信需要實時性、網(wǎng)速帶寬和安全性的要求。由于電網(wǎng)的暫態(tài)時間短危害大，所以電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時候要在幾秒內(nèi)完成信息傳輸；對于帶寬的要求，由于電網(wǎng)信息傳輸量龐大，帶寬不足就會影響傳輸速度，所以現(xiàn)代帶寬的要求為2.5 Gbit/s、10 Gbit/s或更高的傳輸能力；安全性的要求廣域網(wǎng)具有機密性，保證信息不被竊取，同時保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性。

3 廣域網(wǎng)的主要通信技術(shù)

由于智能電網(wǎng)下的廣域網(wǎng)的通信信息量大、高速率和多業(yè)務(wù)的傳輸，要求先進的通信技術(shù)，目前的廣域網(wǎng)通信系統(tǒng)模型包括物理層、數(shù)據(jù)連接層和網(wǎng)絡(luò)層。物理層主要是光纖通信、電力線通信和無線網(wǎng)通信；數(shù)據(jù)連接層主要是ATM、多標簽交換技術(shù)（MPLS）等；傳輸技術(shù)主要為光傳送網(wǎng)和自動交換光網(wǎng)。M P L S技術(shù)能與其他一些技術(shù)相結(jié)合，更能滿足廣域網(wǎng)的需要，例如和s e r v技術(shù)和V P V技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)MPLS D i f f－s e r v技術(shù)、MP L S－V P V的技術(shù)框架。

4 結(jié)束語

隨著科技的不斷進步，廣域網(wǎng)系統(tǒng)的信息化程度越來越高，智能的采集、測量、控制、計量和檢測電網(wǎng)，是智能電網(wǎng)向經(jīng)濟化、智能化、高效化、安全化發(fā)展，創(chuàng)造電網(wǎng)的最大價值化。

[1]苗新，張愷，田世明.支撐智能電網(wǎng)的信息通信體系[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，17（33）：8-13.

[2]陳亞平.智能電網(wǎng)信息安全及其防護技術(shù)[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2011（07）.

[3]劉暕，韓德輝.關(guān)于智能電網(wǎng)管理一體化運營模式[J].科技傳播，2011（15）.