新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的架構規(guī)劃

［關鍵詞］新型電力系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡；架構規(guī)劃

［中圖分類號］TM73 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0056–03

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡建構在電力智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之上，為保障電力生產(chǎn)、電力信息化發(fā)展提供了強大支撐?；谂溆秒娋W(wǎng)絡復雜的應用場景、電網(wǎng)長期發(fā)展要求，以及配用電網(wǎng)通信系統(tǒng)對建設成本和經(jīng)濟效益的預期，我國新型電力系統(tǒng)配用電網(wǎng)通信體系結構需要滿足橫向到邊、縱向到底、層次銜接清晰、業(yè)務接入靈活、技術先進、網(wǎng)絡安全性高、信息傳輸通暢、便于管理等要求。

歐清海等[1] 提出了基于5G通信技術的通信網(wǎng)絡架構，以提升風電能源消納、源網(wǎng)荷儲泛在調(diào)度控制能力，并驗證了其具有較好的組網(wǎng)效能；繆巍巍等[2]提出了基于邊緣計算的通信網(wǎng)絡架構，并以無人機巡檢系統(tǒng)為場景，采用多用戶卸載的方法建構其計算模型，為基于邊緣計算的網(wǎng)絡分析提供支持；汪莞喬等[3]闡述了虛擬電廠的概念、通信需求、網(wǎng)路架構及通信關鍵技術，指出需要時延控制、安全可靠接入，以及性能與效率兼顧的通信技術與網(wǎng)絡架構。文章在此基礎上，基于通信網(wǎng)絡架構規(guī)劃方法，結合我國電力物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡建構標準及新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡需求等，梳理了基于新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡的架構規(guī)劃邏輯與策略，為新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡規(guī)劃工作提供較為系統(tǒng)的思考邏輯和規(guī)劃參考。

1新型電力系統(tǒng)的電力通信網(wǎng)需求及應用場景

1.1電力需求變化

（1）基于社會生產(chǎn)生活的需要，未來用電端電能需求仍將持續(xù)增加，且因電動汽車、智能家居等動態(tài)電能消耗數(shù)據(jù)信息的聯(lián)網(wǎng)，對需求側的實時監(jiān)測、動態(tài)響應要求更高，對精準計量、多元化需求供給、深入挖掘用戶端數(shù)據(jù)價值、提升用戶端服務質量、開展個性化電力服務等的通信要求更加明顯。同時，基于工業(yè)區(qū)等地方區(qū)域能源開發(fā)與自給自足式發(fā)展，要求電力網(wǎng)路在區(qū)域范圍內(nèi)具有更強的自主管控能力。

（2）新能源電力接入智能電網(wǎng)的隨機性、動態(tài)性及波動性等，使得配用電網(wǎng)必須有較好的動態(tài)延時平衡能力。電力系統(tǒng)的通信能力需要實現(xiàn)發(fā)、輸、配、變、用電等各個環(huán)節(jié)上的動態(tài)互聯(lián)互動，實現(xiàn)不同區(qū)域間的協(xié)調(diào)調(diào)動、遠距離的協(xié)同傳輸及多電壓等級間的協(xié)同互聯(lián)互通等。

（3）在萬物互聯(lián)的城市發(fā)展大趨勢要求下，電力系統(tǒng)需要具有能夠并入城市公共管理系統(tǒng)并進行互聯(lián)互動的信息網(wǎng)絡?；陔妱悠嚹軌驊玫慕煌▽傩浴⒊鞘姓彰骶坝^的發(fā)展及城市綠色建筑節(jié)能發(fā)展等對能源能耗的系統(tǒng)綠色管控要求，電力通信需要與城市電網(wǎng)、城市交通、公共照明、建筑用能及其他能源消耗等領域，建立足夠的信息互動能力與傳輸能力。

1.2電網(wǎng)模式發(fā)展

新時期，電力系統(tǒng)發(fā)展要求其功能定位從服務經(jīng)濟社會發(fā)展向保障經(jīng)濟社會發(fā)展和引領產(chǎn)業(yè)升級轉變，電力結構需要更多新能源替代化石能源供給，電力系統(tǒng)形態(tài)向源網(wǎng)荷儲一體化、多種新型技術形態(tài)、業(yè)態(tài)并存的方向發(fā)展，電力形態(tài)調(diào)控運行模式向源網(wǎng)荷儲多元智能互動轉變。新型電力系統(tǒng)強調(diào)“安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合”四位一體的電力系統(tǒng)體系，圖景展望如圖1 所示[4]。

1.3通信網(wǎng)絡架構要求

GB/T 40287—2021《電力物聯(lián)網(wǎng)信息通信總體架構》[5] 中，明確定義和規(guī)范了我國當下電力物聯(lián)網(wǎng)及其通信設備、技術、信息、安全布署等方面的參考體架構和接口標準，如圖2 所示。

基于新型電力系統(tǒng)對電網(wǎng)信息通信的要求，需要在電力系統(tǒng)變化的基礎上，更加注重電網(wǎng)配置的靈活性和規(guī)范性，需能夠滿足高效的新能源并網(wǎng)與消納需求，以及持續(xù)擴大的電網(wǎng)覆蓋范圍，需要更強大的源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)控制能力和信息的雙向互動能力等。分布式能源消納、源網(wǎng)荷儲泛在調(diào)度控制特征明顯。通信網(wǎng)絡需要具備強大的通信基礎能力，滿足低時延、高可靠性的通信需求，且具有更大覆蓋范圍網(wǎng)絡下的安全防護能力等。

2配用電網(wǎng)絡通信架構規(guī)劃

2.1網(wǎng)絡架構規(guī)劃意義

配用電網(wǎng)通信架構規(guī)劃需要基于區(qū)域內(nèi)配用電自動化和各類用電信息進行實時采集項目的建設與研究，其具備以下意義：①實現(xiàn)配用電網(wǎng)絡基于多介質通信技術的大規(guī)模融合組網(wǎng)、即插即用接入、信息安全體系建設及物理隔離等；②關注電力通信接入技術方案、業(yè)務支持及方案的運營經(jīng)濟效益；③做好網(wǎng)絡管理，并不斷提高電力數(shù)據(jù)通信的可靠性和問題處理能力，加強網(wǎng)絡維護運行及網(wǎng)絡運行環(huán)境的管理；④促進電力系統(tǒng)通信手段的創(chuàng)新，提升國家智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡規(guī)劃和建設能力。

2.2網(wǎng)絡規(guī)劃要素

電力通信網(wǎng)絡規(guī)劃需要從通信需求、網(wǎng)絡設備、通信技術、信息交互、安全保障等多方面進行規(guī)劃和設計。需要充分考慮通信電源供給，數(shù)字變電站通信的開放、標準化、通信網(wǎng)絡化、信息集成化特點，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、信息集成、信息分析、信息顯示和信息的安全處理，以及配用電網(wǎng)絡異構多源特征下的營配信息管控需求、智能電力營銷一體化需求等。運用先進的電網(wǎng)及用戶模型、集成架構、空間大數(shù)據(jù)前端展現(xiàn)技術、高可靠性的消息系統(tǒng)、供電電源搜索技術、動態(tài)拓撲分析技術、信息關聯(lián)挖掘技術等，建構符合建設要求的、具有良好性價比的網(wǎng)絡建設方案和信息管控策略。

2.3網(wǎng)絡規(guī)劃工具與方法

基于光網(wǎng)絡規(guī)劃的組網(wǎng)方法，主要采用基于人工規(guī)劃和規(guī)劃軟件這兩種網(wǎng)絡規(guī)劃方法。

（1）基于人工規(guī)劃的方法主要依托技術人員的專業(yè)技術知識與豐富的工作經(jīng)驗等進行設計與規(guī)劃，可以充分發(fā)揮人的主觀能動性，實現(xiàn)定性的網(wǎng)絡規(guī)劃，可以充分從問題出發(fā)去思考解決問題，不受軟件現(xiàn)有條件的約束，具有較高的創(chuàng)新性。但在大規(guī)模的網(wǎng)絡節(jié)點條件下，無法進行定量的落地分析和比對網(wǎng)絡結構，適合通信網(wǎng)絡的前期規(guī)劃分析與方向確定。

（2）基于規(guī)劃軟件的規(guī)劃方法，更多是基于軟件已有的方案邏輯模型和資源庫等，依據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃需要來匹配和分析網(wǎng)絡結構，并進行定量的網(wǎng)絡運行模擬與運行狀態(tài)分析，能夠將計劃的網(wǎng)絡結構模型在較為真實的運行環(huán)境條件下進行運行模擬、參數(shù)調(diào)設等，判斷和優(yōu)化網(wǎng)絡架構的適宜性和可靠性。

3新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡架構規(guī)劃策略

從電力系統(tǒng)的通信業(yè)務層面來看，電力通信包含了電源側、電網(wǎng)側、負荷（用戶）側、儲能側、應急通信、調(diào)度交換及虛擬電廠、負荷聚合商、綜合能源服務等多維度的業(yè)務通信需求。且基于電網(wǎng)發(fā)展需要，還需要充分考慮電力系統(tǒng)通信需求的當下要求和未來發(fā)展需要。

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡建設主要依賴于骨干通信網(wǎng)光傳輸網(wǎng)技術、通信接入網(wǎng)遠程通信技術及通信接入網(wǎng)本地通信技術等支持網(wǎng)絡建構。在網(wǎng)絡與需求的匹配上，主要從電網(wǎng)配電、用電等相關業(yè)務，對通信性能的要求，網(wǎng)絡通信技術的性能，所組建網(wǎng)絡的技術性能、安全性能、經(jīng)濟性能及網(wǎng)絡綜合性能等方面進行匹配考量和評價[6]。

3.1基于5G+的分布式能源監(jiān)控及源網(wǎng)荷儲電力調(diào)控

基于5G+ 通信技術的無線屬性，以及多點、高帶寬、高傳輸速率、網(wǎng)絡高覆蓋率等較高的網(wǎng)絡通信性能表現(xiàn)，使其在電網(wǎng)通信遠程接入、本地接入方面具有極大優(yōu)勢。5G 與新型電力系統(tǒng)的深度融合可以有效促進風電等新能源的消納、源網(wǎng)荷儲泛在調(diào)度控制能力等方面的提升。在通信上，主要包括信息傳輸網(wǎng)絡布局和無線通訊模塊網(wǎng)絡覆蓋兩部分。利用5G通信高性能點對點通信能力等，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化調(diào)度和穩(wěn)定控制，降低系統(tǒng)峰谷差，提升可再生能源的消納水平和調(diào)度精度，實現(xiàn)高質量的泛在電力調(diào)度控制和較為經(jīng)濟的電網(wǎng)運行。相關試點驗證表明，可以實現(xiàn)用電負荷管理信息的高速傳輸和毫秒級響應，可以有效支撐源網(wǎng)荷儲負荷控制類業(yè)務的多元智能化控制[7]。

3.2基于邊緣計算的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡構建與優(yōu)化

未來，在更大范圍的區(qū)域覆蓋要求，更為動態(tài)、靈活的電力平衡要求，更為多元和差異化的配用電服務需求下，以及邊緣計算相關技術性能的不斷提高，需要邊緣計算能力緩解集中到云端處理可能帶來的數(shù)據(jù)擁堵、網(wǎng)絡性能下降等問題，減輕云端核心計算的耗能。同時，也可以提升區(qū)域網(wǎng)絡的信息與數(shù)據(jù)處理效率，降低時延。基于邊緣計算技術的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡中，將算力需求較小的計算任務，分配到具有一定運算能力的用戶邊緣側，通過延時最短模型、能耗最低模型、能耗延時均衡模型等建立卸載模型，并實現(xiàn)移動邊緣計算服務器的負載均衡。通過云端與邊緣端的協(xié)同計算，重構計算資源，提升網(wǎng)絡計算能力，實現(xiàn)電力資源的合理分配?；谶吘売嬎愕碾娏f(xié)同通信網(wǎng)絡可以應用在有大量無人機、機器人巡檢、移動負荷監(jiān)測的保護裝置，以及需要獨立設備進行數(shù)據(jù)采集等的通信場景，其網(wǎng)絡性能優(yōu)化更加強調(diào)通過計算卸載方法的選擇進行優(yōu)化[8]。

3.3基于虛擬電廠的通信網(wǎng)絡架構

虛擬電廠基于計算機鏡像模型，將區(qū)域小型新能源電站和區(qū)域分散的負荷用戶聚集起來，以虛擬電廠的管控方式進行區(qū)域集中管控，以對外的方式與電力系統(tǒng)進行聯(lián)通和平衡?？梢酝ㄟ^分類和曾計劃策略，將原本海量的無序資源進行模塊化、有序、高效的調(diào)節(jié)與管控。需要對分布式發(fā)電DG、可控負載及儲能設備進行集中控制，因而，對通信網(wǎng)絡的要求也更高。

基于虛擬電廠的信息傳輸涉及電力生產(chǎn)、傳輸、運行等各部分，其布署方式主要有集中式和分散式兩種。集中式布署強調(diào)通過能源管理集中處理的方式，對虛擬電廠內(nèi)部所有單元的信息進行控制與決策；分散式布署則通過基于虛擬電廠對其內(nèi)部功能、區(qū)域進行分級和模塊化處理，在分級、模塊化信息處理與管控的條件下進行集中管控，強調(diào)對調(diào)頻響應、用電負荷需求響應及電力市場等的通信性能。

4結束語

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡是實現(xiàn)電力系統(tǒng)配用電智能雙向數(shù)據(jù)互動和精細化智能管理的基礎和關鍵，對電力通信網(wǎng)絡的可靠性、保護控制信息傳送的快速性和準確性等有非常嚴格的要求。跟隨我國電力系統(tǒng)的新發(fā)展要求，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡架構規(guī)劃需更加注重系統(tǒng)通信網(wǎng)絡性能、系統(tǒng)實際區(qū)域配用電需求及配用電要求，并需要尋求更有利于網(wǎng)絡通信技術提升、網(wǎng)絡通信性能及質量提升的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，助力新型電力系統(tǒng)生產(chǎn)與服務的新發(fā)展。