［關(guān)鍵詞］新型電力系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)；架構(gòu)規(guī)劃

［中圖分類號(hào)］TM73 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0056–03

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)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(qiáng)大支撐?；谂溆秒娋W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景、電網(wǎng)長(zhǎng)期發(fā)展要求，以及配用電網(wǎng)通信系統(tǒng)對(duì)建設(shè)成本和經(jīng)濟(jì)效益的預(yù)期，我國(guó)新型電力系統(tǒng)配用電網(wǎng)通信體系結(jié)構(gòu)需要滿足橫向到邊、縱向到底、層次銜接清晰、業(yè)務(wù)接入靈活、技術(shù)先進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)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(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以提升風(fēng)電能源消納、源網(wǎng)荷儲(chǔ)泛在調(diào)度控制能力，并驗(yàn)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(jì)算的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并以無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)為場(chǎng)景，采用多用戶卸載的方法建構(gòu)其計(jì)算模型，為基于邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)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(gòu)及通信關(guān)鍵技術(shù)，指出需要時(shí)延控制、安全可靠接入，以及性能與效率兼顧的通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。文章在此基礎(chǔ)上，基于通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃方法，結(jié)合我國(guó)電力物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)需求等，梳理了基于新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)規(guī)劃邏輯與策略，為新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用場(chǎng)景

1.1電力需求變化

（1）基于社會(huì)生產(chǎn)生活的需要，未來(lái)用電端電能需求仍將持續(xù)增加，且因電動(dòng)汽車、智能家居等動(dòng)態(tài)電能消耗數(shù)據(jù)信息的聯(lián)網(wǎng)，對(duì)需求側(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求更高，對(duì)精準(zhǔn)計(jì)量、多元化需求供給、深入挖掘用戶端數(shù)據(jù)價(jià)值、提升用戶端服務(wù)質(zhì)量、開展個(gè)性化電力服務(wù)等的通信要求更加明顯。同時(shí)，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(qiáng)的自主管控能力。

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

（3）在萬(wàn)物互聯(lián)的城市發(fā)展大趨勢(shì)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(jìn)行互聯(lián)互動(dòng)的信息網(wǎng)絡(luò)?；陔妱?dòng)汽車能夠應(yīng)用的交通屬性、城市照明景觀的發(fā)展及城市綠色建筑節(jié)能發(fā)展等對(duì)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(lǐng)域，建立足夠的信息互動(dòng)能力與傳輸能力。

1.2電網(wǎng)模式發(fā)展

新時(shí)期，電力系統(tǒng)發(fā)展要求其功能定位從服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展向保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)變，電力結(jié)構(gòu)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(chǔ)一體化、多種新型技術(shù)形態(tài)、業(yè)態(tài)并存的方向發(fā)展，電力形態(tài)調(diào)控運(yùn)行模式向源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元智能互動(dòng)轉(zhuǎn)變。新型電力系統(tǒng)強(qiáng)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(luò)架構(gòu)要求

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

基于新型電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)信息通信的要求，需要在電力系統(tǒng)變化的基礎(chǔ)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(kuò)大的電網(wǎng)覆蓋范圍，需要更強(qiáng)大的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制能力和信息的雙向互動(dòng)能力等。分布式能源消納、源網(wǎng)荷儲(chǔ)泛在調(diào)度控制特征明顯。通信網(wǎng)絡(luò)需要具備強(qiáng)大的通信基礎(chǔ)能力，滿足低時(shí)延、高可靠性的通信需求，且具有更大覆蓋范圍網(wǎng)絡(luò)下的安全防護(hù)能力等。

2配用電網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)規(guī)劃

2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃意義

配用電網(wǎng)通信架構(gòu)規(guī)劃需要基于區(qū)域內(nèi)配用電自動(dòng)化和各類用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集項(xiàng)目的建設(shè)與研究，其具備以下意義：①實(shí)現(xiàn)配用電網(wǎng)絡(luò)基于多介質(zhì)通信技術(shù)的大規(guī)模融合組網(wǎng)、即插即用接入、信息安全體系建設(shè)及物理隔離等；②關(guān)注電力通信接入技術(shù)方案、業(yè)務(wù)支持及方案的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益；③做好網(wǎng)絡(luò)管理，并不斷提高電力數(shù)據(jù)通信的可靠性和問(wèn)題處理能力，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)運(yùn)行及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境的管理；④促進(jìn)電力系統(tǒng)通信手段的創(chuàng)新，提升國(guó)家智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)能力。

2.2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要素

電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要從通信需求、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信技術(shù)、信息交互、安全保障等多方面進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。需要充分考慮通信電源供給，數(shù)字變電站通信的開放、標(biāo)準(zhǔn)化、通信網(wǎng)絡(luò)化、信息集成化特點(diǎn)，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(luò)異構(gòu)多源特征下的營(yíng)配信息管控需求、智能電力營(yíng)銷一體化需求等。運(yùn)用先進(jìn)的電網(wǎng)及用戶模型、集成架構(gòu)、空間大數(shù)據(jù)前端展現(xiàn)技術(shù)、高可靠性的消息系統(tǒng)、供電電源搜索技術(shù)、動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治黾夹g(shù)、信息關(guān)聯(lián)挖掘技術(shù)等，建構(gòu)符合建設(shè)要求的、具有良好性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案和信息管控策略。

2.3網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具與方法

基于光網(wǎng)絡(luò)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(luò)規(guī)劃方法。

（1）基于人工規(guī)劃的方法主要依托技術(shù)人員的專業(yè)技術(shù)知識(shí)與豐富的工作經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃，可以充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)定性的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可以充分從問(wèn)題出發(fā)去思考解決問(wèn)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(luò)節(jié)點(diǎn)條件下，無(wú)法進(jìn)行定量的落地分析和比對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適合通信網(wǎng)絡(luò)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(kù)等，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要來(lái)匹配和分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行定量的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模擬與運(yùn)行狀態(tài)分析，能夠?qū)⒂?jì)劃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型在較為真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境條件下進(jìn)行運(yùn)行模擬、參數(shù)調(diào)設(shè)等，判斷和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的適宜性和可靠性。

3新型電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃策略

從電力系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)層面來(lái)看，電力通信包含了電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷（用戶）側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)、應(yīng)急通信、調(diào)度交換及虛擬電廠、負(fù)荷聚合商、綜合能源服務(wù)等多維度的業(yè)務(wù)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(dāng)下要求和未來(lái)發(fā)展需要。

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要依賴于骨干通信網(wǎng)光傳輸網(wǎng)技術(shù)、通信接入網(wǎng)遠(yuǎn)程通信技術(shù)及通信接入網(wǎng)本地通信技術(shù)等支持網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)與需求的匹配上，主要從電網(wǎng)配電、用電等相關(guān)業(yè)務(wù)，對(duì)通信性能的要求，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的性能，所組建網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性能、安全性能、經(jīng)濟(jì)性能及網(wǎng)絡(luò)綜合性能等方面進(jìn)行匹配考量和評(píng)價(jià)[6]。

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

基于5G+ 通信技術(shù)的無(wú)線屬性，以及多點(diǎn)、高帶寬、高傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)高覆蓋率等較高的網(wǎng)絡(luò)通信性能表現(xiàn)，使其在電網(wǎng)通信遠(yuǎn)程接入、本地接入方面具有極大優(yōu)勢(shì)。5G 與新型電力系統(tǒng)的深度融合可以有效促進(jìn)風(fēng)電等新能源的消納、源網(wǎng)荷儲(chǔ)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(luò)布局和無(wú)線通訊模塊網(wǎng)絡(luò)覆蓋兩部分。利用5G通信高性能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力等，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的泛在電力調(diào)度控制和較為經(jīng)濟(jì)的電網(wǎng)運(yùn)行。相關(guān)試點(diǎn)驗(yàn)證表明，可以實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷管理信息的高速傳輸和毫秒級(jí)響應(yīng)，可以有效支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)負(fù)荷控制類業(yè)務(wù)的多元智能化控制[7]。

3.2基于邊緣計(jì)算的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化

未來(lái)，在更大范圍的區(qū)域覆蓋要求，更為動(dòng)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(wù)需求下，以及邊緣計(jì)算相關(guān)技術(shù)性能的不斷提高，需要邊緣計(jì)算能力緩解集中到云端處理可能帶來(lái)的數(shù)據(jù)擁堵、網(wǎng)絡(luò)性能下降等問(wèn)題，減輕云端核心計(jì)算的耗能。同時(shí)，也可以提升區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的信息與數(shù)據(jù)處理效率，降低時(shí)延?；谶吘売?jì)算技術(shù)的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，將算力需求較小的計(jì)算任務(wù)，分配到具有一定運(yùn)算能力的用戶邊緣側(cè)，通過(guò)延時(shí)最短模型、能耗最低模型、能耗延時(shí)均衡模型等建立卸載模型，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器的負(fù)載均衡。通過(guò)云端與邊緣端的協(xié)同計(jì)算，重構(gòu)計(jì)算資源，提升網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)電力資源的合理分配?；谶吘売?jì)算的電力協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用在有大量無(wú)人機(jī)、機(jī)器人巡檢、移動(dòng)負(fù)荷監(jiān)測(cè)的保護(hù)裝置，以及需要獨(dú)立設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集等的通信場(chǎng)景，其網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化更加強(qiáng)調(diào)通過(guò)計(jì)算卸載方法的選擇進(jìn)行優(yōu)化[8]。

3.3基于虛擬電廠的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

虛擬電廠基于計(jì)算機(jī)鏡像模型，將區(qū)域小型新能源電站和區(qū)域分散的負(fù)荷用戶聚集起來(lái)，以虛擬電廠的管控方式進(jìn)行區(qū)域集中管控，以對(duì)外的方式與電力系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)通和平衡?？梢酝ㄟ^(guò)分類和曾計(jì)劃策略，將原本海量的無(wú)序資源進(jìn)行模塊化、有序、高效的調(diào)節(jié)與管控。需要對(duì)分布式發(fā)電DG、可控負(fù)載及儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行集中控制，因而，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)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(yùn)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(qiáng)調(diào)通過(guò)能源管理集中處理的方式，對(duì)虛擬電廠內(nèi)部所有單元的信息進(jìn)行控制與決策；分散式布署則通過(guò)基于虛擬電廠對(duì)其內(nèi)部功能、區(qū)域進(jìn)行分級(jí)和模塊化處理，在分級(jí)、模塊化信息處理與管控的條件下進(jìn)行集中管控，強(qiáng)調(diào)對(duì)調(diào)頻響應(yīng)、用電負(fù)荷需求響應(yīng)及電力市場(chǎng)等的通信性能。

4結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)配用電智能雙向數(shù)據(jù)互動(dòng)和精細(xì)化智能管理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、保護(hù)控制信息傳送的快速性和準(zhǔn)確性等有非常嚴(yán)格的要求。跟隨我國(guó)電力系統(tǒng)的新發(fā)展要求，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃需更加注重系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)實(shí)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(luò)通信技術(shù)提升、網(wǎng)絡(luò)通信性能及質(zhì)量提升的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，助力新型電力系統(tǒng)生產(chǎn)與服務(wù)的新發(fā)展。