電力通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究

摘 要：隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)隨之發(fā)展，電力通信網(wǎng)發(fā)生著翻天覆地的變化。隨著智能電網(wǎng)的提出，電力通信網(wǎng)也隨著先進(jìn)的信息技術(shù)共同發(fā)展，提升了各方面的作用，這對(duì)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。本研究通過(guò)對(duì)某地區(qū)電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)及需求，參考國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，使用最新的信息化技術(shù)，提出存在的問(wèn)題，分析電力通信網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)需求和技術(shù)，進(jìn)行了電力通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，尤其針對(duì)骨干傳輸網(wǎng)和電力業(yè)務(wù)網(wǎng)，為今后該地區(qū)的電力通信網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃提供參考與建議。

關(guān)鍵詞：電力通信網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃;骨干傳輸網(wǎng);電力業(yè)務(wù)網(wǎng)

1 緒論

電力通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了重要的影響。電力通信網(wǎng)中主要傳輸電力調(diào)度數(shù)據(jù)和電力企業(yè)數(shù)據(jù)。電力通信網(wǎng)通過(guò)先進(jìn)的管理服務(wù)，支撐了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。但是目前因?yàn)橐恍┢h(yuǎn)地區(qū)的種種實(shí)際客觀因素，電力通信網(wǎng)的現(xiàn)狀并沒(méi)有得到很好的發(fā)展，急需結(jié)合先進(jìn)的通信技術(shù)，對(duì)電力通信網(wǎng)進(jìn)行合理規(guī)劃，才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)。有力保障了電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商業(yè)化，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化、現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)管理的。

因此，將先進(jìn)的通信技術(shù)引入堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的規(guī)劃，來(lái)提高電力通信網(wǎng)的傳輸能力和業(yè)務(wù)接入能力，具有重要意義。

本文對(duì)電力通信網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)知識(shí)、電力系統(tǒng)的各業(yè)務(wù)及其需求量分析、電力通信網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了論述，并結(jié)合我國(guó)北方某地電力公司現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的急需改進(jìn)的現(xiàn)狀，提出了電力通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。最后給出了結(jié)論和展望。

2 電力通信網(wǎng)

2.1 電力通信網(wǎng)相關(guān)分析

電力公司兩個(gè)重要的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)就是電網(wǎng)和電力通信網(wǎng)，是我國(guó)重點(diǎn)保護(hù)的“關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施”，影響著國(guó)民的生活質(zhì)量。電力通信網(wǎng)作為伴隨電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)劃也需要結(jié)合電網(wǎng)相關(guān)具體業(yè)務(wù)的要求，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)、可靠、安全的網(wǎng)絡(luò)體系。

2.1.1 電力業(yè)務(wù)分類

電力通信網(wǎng)是一種專用通信網(wǎng)，分為電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)。各業(yè)務(wù)的特點(diǎn)如下所述：

1）電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

（1）實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)，主要是電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)功率控制、自動(dòng)電壓控制、同步向量測(cè)量、繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置數(shù)據(jù)、預(yù)警類信息。

顧名思義，電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)功率控制、自動(dòng)電壓控制等信號(hào)是調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)的數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視、控制的重要手段，是要求具有高可靠性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。電網(wǎng)調(diào)度中心是通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置對(duì)其所調(diào)管的單位實(shí)施監(jiān)視和控制。遠(yuǎn)動(dòng)裝置傳輸?shù)男畔⒑?jiǎn)稱為“四遙”，即遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)。而由于近年來(lái)由于大量新能源場(chǎng)站新并網(wǎng)發(fā)電，新能源場(chǎng)站有大量的風(fēng)機(jī)、逆變器需要進(jìn)行自動(dòng)功率控制（AGC）和自動(dòng)電壓控制（AVC），AGC/AVC系統(tǒng)的統(tǒng)一實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等提出了新的要求。而對(duì)于調(diào)度機(jī)構(gòu)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，新一代的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)除了傳輸實(shí)時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)信息和一些電力系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用（PAS）以外，還傳輸綜合智能告警分析等預(yù)警信息。

實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)對(duì)電力通信網(wǎng)的傳輸質(zhì)量要求很高，傳輸速率大部分為64kbit/s-2Mbit/s，最高的要求通道誤碼率在10-3至10-7之間，信號(hào)傳輸時(shí)間要求在5至10毫秒內(nèi)，誤碼率小于10-7，傳輸時(shí)延≤250ms，可靠性要求為99.9%。

（2）非實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)。

此類業(yè)務(wù)主要為故障錄波器、保護(hù)及故障信息管理器、安全穩(wěn)定裝置控制系統(tǒng)、電能量計(jì)量信息、水庫(kù)調(diào)度自動(dòng)化、新能源場(chǎng)站的功率預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)以及安全校核類應(yīng)用等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，用于進(jìn)行故障分析、電能量計(jì)量、功率預(yù)測(cè)等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)要求傳輸速率要求不小于64kbit/s，傳輸時(shí)間在10分鐘到15分鐘之間。

2）電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

（1）調(diào)度生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)。

調(diào)度生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)主要包括一、二次設(shè)備檢修管理、設(shè)備權(quán)限管理、調(diào)度生產(chǎn)數(shù)據(jù)、防雷檢測(cè)等多種業(yè)務(wù)，使用電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)的生產(chǎn)子網(wǎng)進(jìn)行廣域網(wǎng)通信，并采用硬件防火墻與電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)完全隔離。由于該系統(tǒng)業(yè)務(wù)與生產(chǎn)息息相關(guān)，屬于企業(yè)的敏感信息，對(duì)保密性要求相對(duì)較高。

（2）電力綜合信息業(yè)務(wù)

電力綜合信息業(yè)務(wù)主要有電力市場(chǎng)交易、辦公管理、基礎(chǔ)信息、統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)、信息展示與發(fā)布、電廠上報(bào)系統(tǒng)等。

電力市場(chǎng)交易中的現(xiàn)貨交易申報(bào)時(shí)間相對(duì)較集中且又需要在幾分鐘完成交易，所以對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性及準(zhǔn)確率有較高的要求。期貨交易數(shù)據(jù)和電力市場(chǎng)其他信息也都要求有較高的傳輸準(zhǔn)確率及可靠性。其他如辦公管理、電廠上報(bào)系統(tǒng)等也都是涉及企業(yè)內(nèi)部的商業(yè)秘密，故也是對(duì)保密性有較高的要求。

（3）IP語(yǔ)音視頻等業(yè)務(wù)

此類業(yè)務(wù)主要有語(yǔ)音服務(wù)和視頻服務(wù)。

電力調(diào)度電話是各級(jí)電力調(diào)度中心、電站之間的重要溝通方式，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行影響大，業(yè)務(wù)安全要求極高。會(huì)議電話指電力公司各級(jí)生產(chǎn)部門之間的多方通信的電話，主要用于工作安排等方面，它的級(jí)別僅次于調(diào)度電話。

電視會(huì)議網(wǎng)絡(luò)是在數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)上使用IP協(xié)議的系統(tǒng)，也可以使用N×2Mbps連接，并進(jìn)行時(shí)間復(fù)用的數(shù)字傳輸。視頻監(jiān)視服務(wù)用于監(jiān)視無(wú)人值守或無(wú)人值守變電站的某些重要區(qū)域，其傳輸速率為64kbit/s-2Mbit/s，傳輸時(shí)延≤250ms，可靠性要求為99.9%。

2.1.2 電力業(yè)務(wù)量分析

根據(jù)2.1.1中所描述的各電力業(yè)務(wù)需求，對(duì)電力通信網(wǎng)的要求除了滿足其需求外，還需根據(jù)《關(guān)于印發(fā)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案等安全防護(hù)方案和評(píng)估規(guī)范的通知》（國(guó)能安全〔2015〕36號(hào)文）的規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行“安全分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)專用，橫向隔離，縱向認(rèn)證”十六字方針的總體戰(zhàn)略，具體分析如下：

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)在物理層面上完全隔離，嚴(yán)禁跨區(qū)互聯(lián)。電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)因其承載的業(yè)務(wù)，在各信息點(diǎn)之間分別主要設(shè)置帶寬100Mb/s的數(shù)據(jù)通道。電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)中綜合信息數(shù)據(jù)主要承載信息化應(yīng)用系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、營(yíng)銷等方面的應(yīng)用，電力公司及各分公司、調(diào)度中心、變電站、營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)之間分別為1*1000Mb/s的數(shù)據(jù)通道。調(diào)度電話是調(diào)度中心、變電站之間分別設(shè)置一個(gè)調(diào)度電話（直達(dá)）和行政電話。

3 電力通信網(wǎng)規(guī)劃方案

3.1 電力通信網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

根據(jù)上面的電力業(yè)務(wù)分析，電力通信網(wǎng)規(guī)劃由骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)組成。骨干網(wǎng)是指在省調(diào)側(cè)與所屬網(wǎng)調(diào)相連的網(wǎng)絡(luò)，包括一平面骨干網(wǎng)和二平面骨干網(wǎng)，用于省內(nèi)站點(diǎn)業(yè)務(wù)與國(guó)網(wǎng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，接入網(wǎng)包括省調(diào)接入網(wǎng)和地調(diào)接入網(wǎng)（三級(jí)網(wǎng)），主要承載著各區(qū)域廠站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入。

省調(diào)接入網(wǎng)由省調(diào)核心一個(gè)結(jié)點(diǎn)下連各地區(qū)的匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成，地調(diào)接入網(wǎng)由各地調(diào)組成，每個(gè)地調(diào)包含有2個(gè)核心設(shè)備組成主、備節(jié)點(diǎn)，上連分別接入地調(diào)的一平面骨干結(jié)點(diǎn)和二平面骨干結(jié)點(diǎn)組成雙冗余性平面。

電力通信網(wǎng)絡(luò)采用IP over SDH技術(shù)體系，要求網(wǎng)絡(luò)根據(jù)安全級(jí)別劃分VPN，以實(shí)現(xiàn)傳輸業(yè)務(wù)的劃分。 骨干網(wǎng)分為3個(gè)VPN，分別是安全I(xiàn)區(qū)中的實(shí)時(shí)服務(wù)VPN，安全I(xiàn)I區(qū)中的非實(shí)時(shí)服務(wù)VPN和緊急VPN，要求網(wǎng)絡(luò)中所有路由設(shè)備均具有MPLS PE的功能。

通過(guò)對(duì)該地區(qū)的調(diào)度中心、變電站、發(fā)電廠站進(jìn)行了解，該地區(qū)目前新能源發(fā)電廠站較多，新增了許多接入的變電站，且地理分布廣泛，故適合使用具有核心層、匯聚層和接入層的三層分層模型。

核心層是電力通信網(wǎng)的骨干和核心，主要由核心路由器、交換機(jī)和服務(wù)器組成。匯聚層確保了核心層的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，同時(shí)是接入層的匯聚點(diǎn)。接入層是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最外層，為變電站、發(fā)電廠提供接入點(diǎn)。

3.2 骨干傳輸網(wǎng)規(guī)劃方案

根據(jù)變電站分布情況和該地區(qū)光纜資源的狀況，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，采用A/B網(wǎng)絡(luò)分層串聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了構(gòu)建三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將電力公司和重要的變電站作為核心層，將330kV變電站作為匯聚層，并將110kV及以下的變電站作為接入層。匯聚層和接入層都使用雙節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)上一層網(wǎng)絡(luò)。

供電公司、調(diào)度中心和330kV變電站將形成兩個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，以構(gòu)建骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心層。其他變電站建在三個(gè)環(huán)網(wǎng)中，這兩個(gè)網(wǎng)將雙上行鏈路連接到核心環(huán)，以構(gòu)建骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚層。110kV及以下變電站形成一個(gè)接入環(huán)，并與匯聚層的環(huán)進(jìn)行雙上行鏈路，以構(gòu)建骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的接入層。

3.3 電力業(yè)務(wù)網(wǎng)規(guī)劃方案

根據(jù)該區(qū)域的輸電骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，該網(wǎng)絡(luò)采用分層串聯(lián)的連接方式。利用光纖干線將供電公司和調(diào)度中心設(shè)置為第一級(jí)串聯(lián)中心，并將各地調(diào)設(shè)置為第二級(jí)串聯(lián)中心，以110kV變電站為交換站，以形成特殊的電力調(diào)度星形網(wǎng)絡(luò)與光纖骨干網(wǎng)相結(jié)合的交換網(wǎng)絡(luò)。

核心交換機(jī)用作雙串聯(lián)連接中心，各地調(diào)的程控交換機(jī)的遠(yuǎn)程模塊是串聯(lián)點(diǎn)，變電站是接入點(diǎn)，形成了電力程控交換網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)數(shù)字中繼連接到上級(jí)單位的程控交換機(jī)，以實(shí)現(xiàn)全方位的聯(lián)網(wǎng)。

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)需按照 “安全分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)專用，橫向隔離，縱向認(rèn)證”的原則，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)之間徹底物理隔離。

4 結(jié)論與展望

本文結(jié)合了現(xiàn)有電力通信網(wǎng)的情況，提出了電力通信網(wǎng)規(guī)劃方案。該方案從實(shí)際出發(fā)，使得設(shè)計(jì)方案更具實(shí)用性。

本文雖有提到網(wǎng)絡(luò)安全，但未過(guò)多涉及此方面的內(nèi)容。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，且目前網(wǎng)絡(luò)安全形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻，作為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，電力通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全也更為重要，目前依據(jù)“安全分區(qū)，網(wǎng)絡(luò)專用，橫向隔離，縱向認(rèn)證”的十六字方針正在逐步完善網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，今后也將作為本人的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。

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作者簡(jiǎn)介

蔡杰（1986-），男，漢族，寧夏銀川人，本科，工程師，三峽新能源昂立（靈武）發(fā)電有限公司，研究方向：電力系統(tǒng)通信。