謝明志

中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司 廣東 廣州 510663

引言

智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，也稱“電網(wǎng)2.0”，是將先進的傳感量測技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)和自動控制技術(shù)與能源電力技術(shù)以及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。其主要目標(biāo)是實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全，主要特征包括自愈、激勵和保護用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。其特征在于“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”一體化融合。

進入智能電網(wǎng)時代，電力系統(tǒng)對通信提出了更高的要求，在電力系統(tǒng)的不同層次、不同階段都產(chǎn)生新的通信需求[1]。①從光纖通信網(wǎng)、電力接入通信網(wǎng)、統(tǒng)一通信、數(shù)字化變電站、新能源利用等各方面分析了電力信息通信在建設(shè)智能電網(wǎng)中的基礎(chǔ)性作用；②討論了電力通信在智能電網(wǎng)、配電工程和新能源領(lǐng)域的應(yīng)用；③研究了電力通信在發(fā)電領(lǐng)域、輸電領(lǐng)域、變電領(lǐng)域和配電領(lǐng)域的具體應(yīng)用；④側(cè)重于分析電力通信在電力調(diào)度應(yīng)用、智能信息應(yīng)用和用電領(lǐng)域應(yīng)用等方面的作用；⑤從即時信息系統(tǒng)、EMS系統(tǒng)、電能計量系統(tǒng)等角度提出了提高電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用價值的措施。

本文從智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求、智能電網(wǎng)通信發(fā)展路線，智能電網(wǎng)通信運維方案等角度探討智能電網(wǎng)時代，電力通信技術(shù)的發(fā)展與變化。

1 智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求

智能電網(wǎng)電力通信業(yè)務(wù)按照業(yè)務(wù)屬性劃分大致可以分為兩大類，即生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)，其中生產(chǎn)業(yè)務(wù)又可分為運行控制類業(yè)務(wù)、運行信息類業(yè)務(wù)，管理業(yè)務(wù)可分為管理信息類業(yè)務(wù)、管理辦公類業(yè)務(wù)；按照電力二次系統(tǒng)安全防護管理體系劃分，可以分為 I、II、III、Ⅳ等四大安全區(qū)域業(yè)務(wù)；按照業(yè)務(wù)流類型劃分，可以分為語音、數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務(wù)；按照用戶對象劃分，可以分為變電站業(yè)務(wù)、線路業(yè)務(wù)和電網(wǎng)公司、供電局等幾大類；按照時延劃分，可以分為實時業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)；按照業(yè)務(wù)分布劃分，可以分為集中性業(yè)務(wù)、相鄰性業(yè)務(wù)和均勻性業(yè)務(wù)。

1.1 業(yè)務(wù)類型維度聚類分析

運行控制類業(yè)務(wù)：運行控制業(yè)務(wù)作為電網(wǎng)控制的一個環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到電網(wǎng)安全，由于此類業(yè)務(wù)對通信傳輸時延、通道可靠性要求極高，目前主要使用電力通信專網(wǎng)。該類業(yè)務(wù)主要有繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調(diào)度自動化、調(diào)度電話等業(yè)務(wù)。

運行信息類業(yè)務(wù)：運行信息業(yè)務(wù)覆蓋范圍廣、通道可靠性要求高，以專網(wǎng)通信為主，公網(wǎng)通信作為輔助補充。該類業(yè)務(wù)主要分為保護管理信息、穩(wěn)控管理信息、水調(diào)自動化、電力市場交易、計量自動化等多種。

管理信息類業(yè)務(wù)：管理信息業(yè)務(wù)主要有財務(wù)管理、市場營銷、生產(chǎn)計劃管理、人力資源管理、安監(jiān)及黨群信息、信息支持系統(tǒng)等多種。

管理辦公類業(yè)務(wù)：管理辦公業(yè)務(wù)主要分為辦公通信、辦公信息兩種，辦公通信包括視頻會議系統(tǒng)、辦公電話（內(nèi)線、外線）、移動電話（手機）、辦公上網(wǎng)、”移動辦公”等。辦公信息包括辦公自動化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)。

1.2 安全分區(qū)維度聚類分析[2]

安全 I 區(qū)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調(diào)度（配網(wǎng)）自動化、調(diào)度電話。

安全 II 區(qū)：保護管理信息、穩(wěn)控管理信息等。

安全 III 區(qū)：電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視、輸變電設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測。

安全Ⅳ區(qū)：智能巡檢、管理信息、管理辦公、會議電視等業(yè)務(wù)。

1.3 媒體流類型維度聚類分析

語音業(yè)務(wù)：調(diào)度電話、行政電話。

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調(diào)度（配網(wǎng)）自動化、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、輸變電設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測、管理信息、管理辦公等。

視頻業(yè)務(wù)：智能巡檢、視頻監(jiān)視、會議電視。

1.4 所屬環(huán)節(jié)維度聚類分析

主網(wǎng)業(yè)務(wù)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調(diào)度（配網(wǎng)）自動化、調(diào)度電話、保護管理信息、穩(wěn)控管理信息、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視、輸變電設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測、智能巡檢。

配網(wǎng)業(yè)務(wù)：配網(wǎng)自動化、配網(wǎng)保護、配網(wǎng)視頻監(jiān)視、配網(wǎng)設(shè)備在線監(jiān)測。

信息化業(yè)務(wù)：管理信息、辦公信息。

1.5 用戶維度聚類分析

調(diào)度中心業(yè)務(wù)：全部業(yè)務(wù)。

電廠（含新能源）業(yè)務(wù)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、配網(wǎng)自動化、調(diào)度電話、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視。

變電站業(yè)務(wù)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調(diào)度（配網(wǎng)）自動化、調(diào)度電話、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視。

輸電線路業(yè)務(wù)：在線監(jiān)測、智能巡檢、視頻監(jiān)視。

配電站（開關(guān)房、環(huán)網(wǎng)柜）業(yè)務(wù)：配網(wǎng)自動化、配網(wǎng)保護。

饋線業(yè)務(wù)：饋線自動化、智能巡檢、視頻監(jiān)視。

供電公司、所、營業(yè)所業(yè)務(wù)：管理信息業(yè)務(wù)等。

充電站業(yè)務(wù)：配網(wǎng)自動化、調(diào)度電話、電能計量、視頻監(jiān)視。

微網(wǎng)業(yè)務(wù)：繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、配網(wǎng)自動化、調(diào)度電話、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視。

1.6 業(yè)務(wù)分布維度聚類分析

相鄰性業(yè)務(wù)：線路保護。

均勻性業(yè)務(wù)：安穩(wěn)系統(tǒng)。

集中性業(yè)務(wù)：其他業(yè)務(wù)。

1.7 承載網(wǎng)絡(luò)維度聚類分析

TDM 業(yè)務(wù)：線路保護、安穩(wěn)系統(tǒng)、調(diào)度電話。

IP 業(yè)務(wù)：其他業(yè)務(wù)。

1.8 信息流向維度聚類分析

系統(tǒng)通信：調(diào)度電話、調(diào)度（配網(wǎng)）自動化、電能計量、電能質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)視等。

站間通信：線路保護、安穩(wěn)系統(tǒng)。

站內(nèi)通信：在線監(jiān)測、智能巡檢。

2 智能電網(wǎng)通信發(fā)展路線

目前，電力通信主要集中在輸變電環(huán)節(jié)，解決的僅僅是站與站、站與調(diào)度端之間的通信問題，大部分電網(wǎng)公司發(fā)布的通信建設(shè)原則也只是基于現(xiàn)有主網(wǎng)通信業(yè)務(wù)，未考慮智能電網(wǎng)新業(yè)務(wù)的開展；且配用電環(huán)節(jié)還處于探索階段，尚未建立相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則，因此隨著智能電網(wǎng)新用戶（如充換電站、分布式能源站、微網(wǎng)）和新業(yè)務(wù)（如狀態(tài)監(jiān)測、智能巡檢、智能小區(qū)）的誕生，現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)及其規(guī)劃技術(shù)原則顯然不能適應(yīng)未來智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)“無縫覆蓋”和“高速寬帶”的通信需求，迫切需要在梳理整合、聚類分析各環(huán)節(jié)通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，建立智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)的物理模型和數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢，以“橫向到邊、縱向到底”的全程全網(wǎng)理念和“網(wǎng)絡(luò)融合”的一體化思路重構(gòu)其體系架構(gòu)[3]。

綜合考慮上述智能電網(wǎng)通信需求，首先建議智能電網(wǎng)通信將“以光纖通信為核心，以無線、電力載波通信為延伸”，推動現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)從主網(wǎng)向配用電網(wǎng)絡(luò)、從“系統(tǒng)通信+站間通信”向“系統(tǒng)通信+站間通信+站內(nèi)通信+線路通信”的全方位通信轉(zhuǎn)變，滿足智能電網(wǎng)無縫覆蓋的通信需求。其次，智能電網(wǎng)通信將“以NGN架構(gòu)為參考、以O(shè)TN為基礎(chǔ)承載和IMS 融合為手段”，推動現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)從“分離的通信網(wǎng)絡(luò)”向“融合的下一代通信網(wǎng)絡(luò)”轉(zhuǎn)變，滿足企業(yè)信息化對通信網(wǎng)絡(luò)大容量和業(yè)務(wù)融合的需求。

此外，智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)場景眾多，呈現(xiàn)出分布式部署、實時感知、精準(zhǔn)控制、海量連接等特點，隨之對網(wǎng)絡(luò)帶寬容量、端到端時延、安全保障、靈活接入等提出了更大挑戰(zhàn)。例如在主網(wǎng)環(huán)節(jié)，大帶寬的業(yè)務(wù)（機器人巡檢、視頻監(jiān)控等）、面向大連接的業(yè)務(wù)（一次設(shè)備狀態(tài)信息采集、電力設(shè)備現(xiàn)場檢修和協(xié)同調(diào)試、分布式在線監(jiān)測等需求）、面向移動通信的業(yè)務(wù)（變電站移動巡檢、無人機應(yīng)用、移動作業(yè)等）對通信網(wǎng)帶寬、覆蓋、質(zhì)量、接入位置提出了更為復(fù)雜的需求。在智能配用電環(huán)節(jié)，智能分布式配電自動化、低壓集抄、分布式能源接入等業(yè)務(wù)在“最后一公里”接入覆蓋也對通信產(chǎn)生了巨大的需求。

對此，5G網(wǎng)絡(luò)可發(fā)揮其超高帶寬、超低時延、超大規(guī)模連接的優(yōu)勢，承載垂直行業(yè)更多樣化的業(yè)務(wù)需求。尤其是其網(wǎng)絡(luò)切片、能力開放兩大創(chuàng)新功能的應(yīng)用，將改變傳統(tǒng)業(yè)務(wù)運營方式和作業(yè)模式，為電力行業(yè)用戶打造定制化的“行業(yè)專網(wǎng)”服務(wù)，相比于以往的移動通信技術(shù)，可以更好地滿足電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全性、可靠性和靈活性需求，實現(xiàn)差異化服務(wù)保障，進一步提升了電網(wǎng)企業(yè)對自身業(yè)務(wù)的自主可控能力[4]。

總體來說，智能電網(wǎng)通信建設(shè)內(nèi)容包括主網(wǎng)通信、配網(wǎng)通信、信息化通信及覆蓋全網(wǎng)的無線通信、光纜網(wǎng)、同步網(wǎng)、管控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)與基礎(chǔ)設(shè)施等四部分。主網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)包括：傳輸A網(wǎng)、傳輸B網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)A網(wǎng)、調(diào)度數(shù)據(jù)B網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、調(diào)度交換網(wǎng)、備用調(diào)度交換網(wǎng)、應(yīng)急通信網(wǎng)；配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)包括骨干數(shù)據(jù)網(wǎng)和接入網(wǎng)；信息化通信網(wǎng)包括OTN承載網(wǎng)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、視頻通信等內(nèi)容。

3 智能電網(wǎng)通信運維

國外的發(fā)展趨勢是監(jiān)控維護層相對專業(yè)化向自動化綜合管理發(fā)展，而屬地維護層的維護人員相對綜合化或采取外包的方式進行管理，在技術(shù)支援層有一支高素質(zhì)的研發(fā)維護隊伍。國外電力公司在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型中推出的網(wǎng)絡(luò)合作方式，通過采用與其他服務(wù)提供商合作、收購IT服務(wù)公司或成立專門的維護團隊的方式來推進[5]。國內(nèi)電力公司業(yè)務(wù)中的運維外包服務(wù)目前尚處于起步階段，一方面需要作進一步的戰(zhàn)略方面的考慮，另一方面缺乏一支高素質(zhì)的專業(yè)維護隊伍。

中國的電網(wǎng)公司目前全網(wǎng)絕大部分地調(diào)通信人員配置數(shù)量遠(yuǎn)低于人力資源定額，且部分調(diào)度機構(gòu)未設(shè)置通信調(diào)度崗位，通信運行監(jiān)視工作由其他崗位人員兼職開展，網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)視工作和其他管理工作時常沖突，缺乏組織保障。另一方面，地區(qū)供電局技術(shù)力量相對薄弱，對網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜問題和多層次、全方位的影響無法考慮周全，不具備站在全網(wǎng)立場的思考角度，不利于通信網(wǎng)絡(luò)精益化管理水平的提升。

智能電網(wǎng)時代，電力通信的運維將從單純的網(wǎng)絡(luò)保障到業(yè)務(wù)保障，從被動維護（即在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時進行維護，排除）轉(zhuǎn)向主動性、綜合性維護。

未來管理重點在于預(yù)防性的維護。以日常維護和定期巡檢為主要內(nèi)容。定期分析網(wǎng)絡(luò)故障原因，制定預(yù)防重點。

網(wǎng)絡(luò)的IP化、融合化、扁平化、業(yè)務(wù)復(fù)雜化和終端智能化的發(fā)展引導(dǎo)了網(wǎng)管向融合化、扁平化、智能化方向發(fā)展，也將使得運維從分散性維護轉(zhuǎn)向集中性維護轉(zhuǎn)變?？紤]到未來網(wǎng)絡(luò)的軟件化特征愈發(fā)明顯，將最終使得網(wǎng)管與網(wǎng)絡(luò)一體化。

4 結(jié)束語

毫無疑問，電力通信技術(shù)將在智能電網(wǎng)中扮演越來越重要的角色。從上述分析可知，在智能電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用等各環(huán)節(jié)都需要通信技術(shù)來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的智能化，這些需求也會進一步推動電力通信技術(shù)的研究和發(fā)展。但是，羅馬不是一天建成的，電力通信系統(tǒng)如何從現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，向滿足智能電網(wǎng)需求的新型通信網(wǎng)絡(luò)演進，將是未來的重要課題。