南方電網未來電力通信系統發展及應用分析

2013-12-30 15:59:44 電力信息化　點擊量：評論 (0)

　　摘要：電力通信已成為電力系統的有機組成部分，然而目前并沒有成熟的通信架構和相應的通信技術能滿足智能電網對于通信的新需求。南方電網電力通信業務已廣泛應用各種通信技術，隨著電網向智能電網的發展和企

　　摘要：電力通信已成為電力系統的有機組成部分，然而目前并沒有成熟的通信架構和相應的通信技術能滿足智能電網對于通信的新需求。南方電網電力通信業務已廣泛應用各種通信技術，隨著電網向智能電網的發展和企業信息化發進一步發展，對電力通信提出了高帶寬、高可靠性、容災、廣覆蓋等新的需求。南方電網各環節均已建立較成熟的業務信息系統，已建成先進可靠的電力通信網絡，與未來電網對通信的要求相比，還存在信息化發展不平衡、缺乏支持智能電網運行的通信網絡等問題。南方電網未來五至十年電力通信系統發展應以提高網絡可靠性、服務智能電網等為目標。

　　0 引言

　　隨著電網的發展，電力通信廣泛應用于電網生產控制、管理、經營等各個環節，并已成為電力系統的有機組成部分。同時，隨著電力體制改革深化，電網安全、優質運行的要求進一步提高，電力工業技術和通信技術的進一步發展，也推動現代電網正在從半自動人工控制逐步向全智能控制演進。智能電網是當前世界范圍內從政府到企業乃至社會公眾被廣泛關注的一個話題，是全球經濟和技術發展的必然趨勢，也是國際電力工業積極應對未來挑戰的共同選擇。然而，目前并沒有成熟的通信架構和相應的通信技術能滿足智能電網對于通信的這種要求。

　　因此，針對智能電網的需求，以及電網實現國家《2006-2020年國家信息化發展戰略》提出的發展目標給電力通信帶來了極大的挑戰，研究新的通信架構、應用模式和通信技術來為電力系統服務顯得尤為迫切。因此，本文將分析南方電網的信息通信系統的業務需求及通信技術發展，對南方電網未來電力通信系統發展及應用進行深入分析。

　　1 電力通信業務及應用現狀分析

　　南方電網電力通信業務根據其功能、特點主要分為電網運行和企業管理兩大類業務。

　　1.1 電網運行類業務發展現狀

　　南方電網遠距離、大容量、超高壓輸電，交直流混合運行，既有電觸發直流技術，又有光觸發、可控串補、超導電纜等世界頂尖技術，成為國內結構最復雜、聯系最緊密、科技含量最高的電網。在可預見的未來，特高壓輸電工程使得遠距離直流輸電、交直流混合輸電、靈活輸電和緊湊性輸電將得到更加廣泛的在南方電網公司應用，電網聯系更加緊密，大電網、超高壓、遠距離的特征更加明顯。

　　目前南方電網公司在220kV及以上的系統保護全部實現微機化，新投220kV及以上線路保護通道采用光纖通道，逐步實現220kV及以上線路保護通道光纖化，500kV線路保護通道采用雙重化。"繼電保護及故障信息系統"已完成調通中心主站和部分地調的分站的建設。

　　南方電網公司下屬變電站基礎自動化水平有了很大提高，新建變電站均按綜合自動化建設。為適應數字化變電站技術的發展，2008年開始在南方電網多個地區開展數字化繼電保護新技術研究和全數字化變電站的試點工程建設。

　　南方電網下屬各電網已完整地建立了覆蓋各級調度自動化系統，實現了包括基于PMU相角測量單元在內的廣域數據采集與監控、自動發電控制、無功電壓控制等功能，并系統地裝設了安全穩定控制系統及裝置以及備自投裝置等各種類型的安穩和自動裝置，建立起完整、有效的南方電網安全穩定運行的第二道、第三道防線。

　　上述二次防御設備領域的有效實行，很大程度上依賴于通信技術的進步，并且電網安全防御系統各站之間的傳輸通道的性能直接關系到其功能的發揮，電網急需要一種高速、高可靠、高穩定性的通信方案，滿足電力系統運行、控制以及管理實時通信要求，并適應電力系統通信網的發展。

　　1.2 管理信息業務發展現狀

　　管理業務是屬于安全區域III區和IV區的信息類業務，從企業經營管理的角度來看包括管理事務支持類、管理信息支持類和管理決策支持類。南方電網公司信息化的目標是通過建設覆蓋生產業務和管理業務的計算機管理信息系統，實現企業生產業務和管理業務的自動化以及管理決策的智能化，提高企業運行的效率和管理的質量，為實現企業持續發展的經營管理目標服務。

　　a、管理事務支持類

　　管理事務支持類的應用系統，以提高管理業務中事務處理的效率和質量為目標。目前南方電網公司在電力生產、電力營銷以及企業經營管理業務的信息類應用系統已經覆蓋了電網公司主要的管理事務工作范圍，各分、子公司也基本上實現了管理事務處理工作的信息化。

　　b、管理信息支持類

　　管理信息支持類的應用系統，是以提高企業整體管理效率和管理水平為目標而建設的。南方電網公司大部分管理信息支持類的應用系統，是在對應支持管理事務的應用系統基礎上擴充管理信息支持功能而成的，這部分擴充的功能包括：管理報表功能、綜合查詢功能和管理分析功能等。南方電網公司近年來以企業應用集成（EAI）和企業信息門戶（EIP）技術開發的許多管理信息支持類的應用系統，為提升南網公司企業管理的整體水平發揮了重要的作用。

　　c、管理決策支持類

　　管理決策支持類的應用系統，以企業級數據中心建設為核心，圍繞數據倉庫的建設，依據不同的企業管理決策主題，開發基于不同決策模型的管理決策支持系統，輔助企業各級管理人員提高管理決策的水平。目前南方電網公司管理決策支持類的應用系統，多數是從管理信息支持類的應用系統中擴充而來的，屬于戰術層面的輔助管理決策支持系統；而支持戰略層面輔助管理決策支持系統還極少，即便一些分子公司己建或在建的數據倉庫系統，也還處在不成熟的階段，管理決策支持的范圍和能力十分有限。

　　2 南方電網通信現狀分析

　　南方電網電力通信網以發展光通信為主，在此基礎上發展數據網、語音交換網、時鐘同步網、視頻會議系統和電力系統獨有的電力載波等作為電網的主要通信手段，并采用衛星通信、公網通信作為應急通信或輔助通信手段。

　　近年電力通信蓬勃發展，南方電網在通信技術體制、網絡規模發生了根本性的變革，光纖、數據網絡等寬帶通信技術發展迅速，成為主流。微波、載波等載帶通信技術逐步萎縮。目前，繼電保護、安全自動裝置、自動化已普遍使用光通信技術，通道的可靠性極大的提高，掙脫了帶寬、時延、可靠性等原有通信條件的束縛，跨區域的控制成為可能，跨系統的監視、分析成為現實。電流差動保護、新EMS系統等新的電網控制技術得以廣泛推廣。電力通信與電網生產更加緊密，更加融合。

　　目前傳輸網、數據網、程控交換網、視頻會議等系統已經實現了網、省、地三級互聯，部分地區已經延伸到縣級單位。通信資源得以共享，有效緩解了同一變電站重復建設三四套甚至更多的通信系統，大大節約了建設成本。同時也極大擴展了各應用系統的控制范圍，目前南方電網公司本部自動化系統、電力市場系統可以采集所有500KV及以上廠站的信息，南方電網公司本部的視頻會議信號可實時傳送到省、地，甚至縣，遠遠超出了直調系統和骨干網的范疇。體現了南方電網公司一盤棋，一體化、現代化的信息化發展思想。

　　公網通信在南方電網的應用主要在應急通信、農網信息化、配網自動化及營銷自動化以及日常辦公。在應急通信中通過租用光纖、電路資源作為電網實時控制業務的備用通道；通過租用電路資源實現農網信息化；通過租用公網GPRS/CDMA無線通信資源解決配變監測、大客戶負控、低壓集抄等通信問題；以及實現辦公互聯網接入、辦公電話外線、傳真、移動電話等。然而，由于公網通信主要面向社會大眾，還沒有制定專門針對電力企業工業化控制和信息安全需要的技術服務，目前使用中還存在網絡不穩定、需求及故障處理滯后等一些技術和管理方面的問題。

　　3 電力通信業務發展及其對通信的新需求

　　3.1 電力運行業務的發展

　　綠色環保與可持續發展是當今世界的一大主題。綠色電網體現在更多的應用可再生能源、電網設備與環境和人的和諧、更高的電能質量和能源使用效率等方面。以超（特）高壓遠距離輸電和智能電網為特征的現代化電網架構正體現了這一目標。同時，綠色電網的目標還呈現出電網技術的以下發展趨勢：輸變電設備的緊湊型、數字化、無污染、組合化和高可靠性；配、用電設備智能化、自動化和互動化；電網設備運維更加注重抗災容災、遠程監控、狀態檢修與風險評估；電網調度運行更加注重節能、自動化和一體化智能調度；配網運行更加注重供電可靠性和電能質量。圍繞綠色電網的目標，高效儲能、FACTS與定制電力技術、可再生能源發電、分布式發電等技術將得到更大的發展。

　　此外，繼電保護、安穩裝置業務提出接口光纖化、統一時間標識的新要求。在十二五期間，繼電保護通信業務將推廣采用光纖通道，同時要求裝置能通過以太網接入站內自動化系統和繼電保護信息系統，應能接受站內對時系統統一提供同步時鐘信號，其實時性要求保持與當前要求一致，保護信號的傳輸延時要求在12毫秒以內；可靠性要求為500千伏線路每套主保護和220千伏線路兩套主保護均采用兩條完全獨立的通信通道。具有光纖通道的線路，其主保護優先考慮采用光纖電流差動保護；正在開展保護裝置直接通過光口接入通信通道的研究，預計今后設備間將統一采用2M光接口。

　　在十二五期間，安穩裝置在主站、子站及執行站之間通信技術采用復用2Mb/s光纖通道。實時性要求保持與目前要求一致，信號的傳輸延時要求在30毫秒以內；可靠性要求為每套穩控系統采用兩路完全獨立的傳輸通道。

　　變電站數字化、智能化的趨勢可以看出，南方電網電力通信將從站間通信延伸到站內通信。變電站內部通信物理層逐步向單模光纖發展，統一采用LC接頭；高速、大容量的傳輸設備成為變電站通信的發展方向，逐步取消PCM設備及低速接口。

　　配電網自動化系統遙信、遙測、遙控數據要求帶寬很小，但數量龐大。按照網公司城農網建設規劃，預計在十二五期間將有72萬個配網站點需要通信支持。配電網設備大多安裝在線路上和配電房掛式柜中，操作空間狹窄，要求配電網通信設備能夠便于安裝和調試，減少日常維護量；又因配電網通信覆蓋面廣，通信設備必須具有遠程管理功能。同時，配電網通信設備大多安裝在室外，自然環境惡劣，要求設備具有工業級標準，能夠承受要求較高的溫度、濕度并具有防雷能力。

　　這些技術的共同點是：數據傳輸延時更短，將縮短至毫秒量級；帶寬更高，將達到幾兆甚至是幾十兆；路徑要可控、通信路由要更可靠，電網控制業務的路由必須是全程全網的管控，通信傳輸的時間參數將成為電網控制業務的關鍵參數；覆蓋范圍更廣，將覆蓋至10kV甚至是220/380V電網；統一的時間、頻率系統，電網控制業務、通信設備失去時間、頻率將無法工作，后果不堪設想；此外，通信設備需要在更加苛刻的環境下穩定運行。這些變化對電力通信提出了更加嚴格的要求。

　　3.2 企業管理信息類業務發展對通信技術新需求

　　隨著南方電網公司信息化進程的不斷深入，朝著企業管理信息類和企業決策支持類的應用方向發展。

　　從南方電網公司近期信息類業務的發展趨勢看，信息化應用深入發展的方向可以概括為：網級集中的業事務處理、企業級數據中心支持的輔助決策、高帶寬下的移動辦公、虛擬與現實互聯的應用等四個方面。南方電網企業管理的發展方向主要是集中化發展，即信息業務按照"統一架構、二級中心、多層應用"的思想，在南方電網公司總部、各分子公司本部分別建立的數據中心，地市公司建立綜合數據平臺。企業數據中心、同城災備中心、異地災備中心，各分子公司本部數據中心、同城災備中心與異地災備中心間的數據同步復制，對帶寬要求極高，可達到1600-4000Mb/s、通信延時在幾毫秒內，通信誤碼率為≤10-3，需嚴格保證通信通道可用，嚴格保證信息不被惡意截獲和修改。

　　這類業務應用發展的共同點是：電力通信覆蓋面更廣，從各級電網公司、地區供電局至縣級單位、二級單位、變電站、供電所、營業點等業務末端都需要保證通信暢順；通信帶寬要求高，能滿足從財務管理、市場營銷幾兆大量數據到災備中心幾千兆海量數據的傳輸要求；安全性、可靠性要求更高，由于該類業務交互管理決策、電力銷售、生產計劃等數據，對通信通道安全性、可靠性要求極高，一般采用電力通信專網，若采用公網通信則要求有相應的安全防范措施。這些都對電力通信提出了更加嚴格的要求。

　　4 智能電網業務發展及其對通信的新需求

　　智能電網的核心理念是利用現代信息通信、控制等先進技術，提升電網的智能化水平，適應可再生能源接入、雙向互動等多元化電網服務要求，提供安全可靠、經濟高效的可持續電力供應。電力通信網絡是智能電網實現的基礎，通信是地理位置不同地點智能化系統之間信息溝通的主要手段，其性能決定了智能化系統的總體性能。實現智能電網，關鍵要實現智能調度和控制，其技術保證是要有高速、雙向、實時、集成的通信系統。同時通信系統要和電網一樣深入到千家萬戶，才形成兩張緊密聯系的網絡-輸配電網和通信網絡，實現智能電網的目標和主要特征。

　　目前文獻大都說明通信對于智能電網的重要性以及通信應該覆蓋到的范圍，并沒有說明這樣的通信網絡應該如何能實現。但基本上有以下共識：

　　"智能電網中的各主體之間需要實現充分的信息共享、交互，因此，智能電網環境下的電力通信系統必須具備"范圍廣"和"數量大"的特點。因此，建設面向21世紀電網的最大調整在于發展廣域互聯的通信設施。"

　　"智能電網通信網絡架構需要一個由光纖作為通信介質組成的多層結構的通信網絡，包括廣域網、局域網、家庭區域網，各層次之間是包含與被包含的關系。"

　　綜合以上內容，智能電網對通信網絡的需求就是建設一個與電網同覆蓋的電力泛在、雙向、實時、互動的通信網絡。這個網絡是要在現有電力通信網絡中不斷發展、完善，是現有電力通信網絡的繼承與發展。

　　5 需要解決的問題與研究內容

　　南方電網各環節均已建立較成熟的業務信息系統，已建成先進可靠的電力通信網絡，形成了以光纖通信為主，微波、載波、衛星等多種通信方式并存，分層分級自愈環網為主要特征的電力專用通信網絡體系架構。傳輸媒介光纖化，業務承載網絡化，運行監視和管理正在逐步實現自動化和信息化。

　　但是，與未來電網對通信的要求相比，目前電力通信系統還存在以下急需解決的問題：信息化發展不平衡；信息資源的集成和整合需要進一步加強；信息系統的應用深度和實用化水平有待提高；配電側和面向用戶側的通信網絡資源不足；電力通信傳輸網絡結構需要進一步優化；通信信息資源需要優化整合；缺少抵御極端天氣的電力應急通信方案和通信抗災體系；通信網絡的帶寬和可靠性、安全性需要進一步提高。

　　針對上述問題，南方電網未來電力系統通信技術發展應以滿足智能電網各階段建設和發展的需求為出發點，不斷應用先進成熟的通信技術，完善高速可靠的輸電通信網、建設實用的配用電通信網、重點保障應急通信網。

　　所以，南方電網未來五至十年電力系統通信發展建議重點開展以下工作：

　　1. 以從根本上提高電力通信網絡的可靠性、冗余度和安全性為目標，重點研究電力通信系統的規劃及其應用技術，深入研究電力通信網絡的可靠性、資源優化和安全等領域，特別加強對現有技術和資源的優化研究；加強應急通信技術的研究和應用技術。

　　2. 以實現通信監管一體化為目標，全面深入開展通信系統的信息化研究及應用工作，實現通信系統設備和資源的數字化管理。

　　3. 以實現通信運維工作的數字化轉變為目標，深入開展通信運維方面的研究和應用工作，包括通信運行管理系統的設計與應用、通信資源管理和優化、通信監控和通信網絡的電子運維等領域。

　　4. 以全面獲取通信網絡信息及其評價為目標，加強通信網絡現狀的評估技術的研究及應用工作。

　　5. 以服務智能電網為目標，加強通信新技術的應用研究工作。研究智能電網下新型通信介質、通信協議、數據傳輸、通信網絡架構、通信資源管理技術和通信資源優化等領域及其應用技術。

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