智能电网集成通信

邹巧明

（广西电网公司南宁供电局，广西南宁 530000）

智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在开放标准、高速双向的全集成通信网络的基础上，通过全集成通信网络支持，实现智能电网的数据获取、保护和控制，因此，建立这样的通信网络是迈向智能电网的第一步[1-2]。在智能电网发展的各个阶段，为了满足其对电力信息通信系统的需求，需要全面建设开放标准、高速双向的全集成通信网络，支持多业务的灵活接入，即支持任何时间、任何地点、任何设备、任何业务、无所不在的信息通信接入方式，为电力智能化系统或设备提供“即插即用”的电力信息通信保障。

为了适应智能电网的发展要求，伴随着通信技术的进步和发展，现在已有商业化应用或是正在发展多种集成通信新技术，包括光纤以太网、电力线宽带通信（BPL）、3G技术等。这些技术近年来都以惊人的速度迅速发展,受到广泛关注。随着网络和通信技术的发展,电网通信模式也向着集控制、管理、安全、多业务接入为一体的综合IP数字通信业务平台的方向发展。但是目前电力通信网络的发展还存在一些网络融合、业务提供模式单一等问题，这些问题也一直阻碍着智能电网发展。下一代网络是集话音、数据和视频业务于一体的全新网络。下一代网络技术发展的主流就是融合,在高速率通信中实现各方面的融合。下一代网络技术的出现为现有电力通信网络存在的问题提供了有效的解决方法。本文在介绍一些智能电网集成通信新技术的基础上，同时也指出了以下一代网络技术和集成通信新技术为基础构建，能实现即插即用的开放式架构、高速双向的全集成通信网络，以支撑智能电网的健康发展。

1 智能电网集成通信新技术

现代电力通信技术的种类繁多，通信技术也在快速地发展，在我国智能电网的发展趋势下，现在已经使用的或是正在发展多种电力系统集成通信新技术，包括光纤以太网、电力线宽带通信（BPL）、第四代（4G）WiMax、第三代（3G）无线语音和数据通信、Zigbee/WiMedia/WiFi无线通信、Internet 2（IPv4和IPv6）等[3-5]，现就一些应用较为广泛的集成通信新技术作一些简单介绍。

1）电力线宽带（BPL）通信。在2009年7月的日本东京会议上通过了IEEE P1901电力线宽带标准草案。它是一份局域网、智能电网宽带访问等所有BPL应用的综合性规范。BPL标准仍在逐渐发展、完善，以适应更广泛的发展需要。在不久的将来，BPL将能够利用家庭电源插头和室内布线实现宽带通信，家庭插座可以像以太网一样的即插即用，通过家庭插座可以实现与智能家电通信，实现家庭智能化。这项技术目前正处于概念验证阶段，预计商用仍需要一段时间。

2）光纤以太网通信。随着多千兆以太网交换机在光纤终端的应用，以及MPLS技术和光电技术的应用，光纤以太网正在成为一个廉价的公用载体服务的互连方法。目前这项技术已有商业化产品投入运行,在目前及可预见的将来,它将在智能电网通信中成为通信技术的主流。

3）3G/4G无线通信。3G和4G技术的发展，已将传统的通信业务逐渐向互联网、多媒体等宽带业务发展，为新一代电力ICT网络的无线接入带来新的选择。3G无线语音和数据通信、4GWiMax都可用于智能电网，它们的特点是：均为双向通信系统，可实现智能电表的数据采集和控制；部署较为灵活、方便，通过用户附近的基站就可实现智能电表的无线接入；具有较好的传输带宽，可以实现较高速率的数据传输；而且无线覆盖面广，可以应用于不具备有线通信条件或有线通信无法满足需求的情况，成为智能电网中有线通信技术的有益补充。

4）ZigBee/WiMedia/WiFi无线通信。ZigBee使用跳频扩频（FHSS）无线技术，提供可靠的、低速的、远距离传输性能，并免受传输堵塞和干扰。ZigBee联盟日前正大力推动已广泛采用公认的ZigBee Smart Energy公共应用规范的智能电网应用迅速成长。WiMedia超宽带技术可以扩展电网控制到有着复杂的监测和内容分配应用中。这项技术目前正处研究和开发阶段，预计商用需要大约3a时间。基于IEEE 802.11x的标准之一的WiFi建立无线宽带网络很有效，它能提供比传统同轴电缆或光纤水平较低的服务，但需要加密确保安全性，可工作在变电站无线传感器的环境。

5）Internet 2。Internet 2是下一代高速互联网骨干网，它采用的是IPv6协议，它设定的地址是128位编码，能产生2的128次方个IP地址，地址资源极端丰富。IPv6扩展了互联IP地址，这是基于ISP服务的电力线宽带（BPL）通信所需要的。借助于高性能主干网和多协议标签交换（MPLS）服务质量（QoS），可直接支持集成QoS敏感的应用。

6）甚小口径终端（VSAT）卫星技术。卫星可为覆盖面广泛的配电变电站远程监测控制提供新的解决办法。VSAT卫星服务已经可以使用，可以调整以支持变电站监控；它们还提供基于全球定位系统（GPS）的位置和同步时间信息（对于成功使用PMUs很重要）。该系统能够快速实施，偏远地区除外，但成本也偏高。卫星通信还会受恶劣天气和风暴的影响，而且有往返通信延迟。

7）WiFiber系统。这一系统被它的发明者GigaBeam称为“WiFiber”，GigaBeam是一家电信启动公司，总部在弗吉尼亚。虽然是无线技术，该公司的研究手段与其说是WiFi或者WiMax，不如说是光纤技术。它也被称为“光学无线”。WiFiber系统在约1.609 3 km以上的范围传输速度可达10 Mb/s到1 000 Mb/s。

2 智能电网集成通信网络

建设开放标准、高速双向的全集成通信网络能使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。这样的通信网络建成后，可以提高智能电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值[6]。目前的电力通信网络存在许多急需改进的问题，例如融合问题，由于技术的发展和历史的原因,不同的业务是由独立的、互不相关的不同网络来承载和实现的,在用不同的新技术来发展多种业务的同时,也造成了网络的复杂与分离。网络的分离带来的直接问题就是重复投资，网建成本加大，同时也会造成网络管理的复杂性和难度增加。而且由于异构网络间互通的困难,很难统合不同网络的资源为企业生产管理提供综合性服务。另外还存在一些业务提供模式单一，部分业务系统面临升级改造等问题。所以建设集成通信网络还有许多技术方面的问题有待解决。

在建设智能电网集成通信网络中主要有2个方面的技术需要重点关注，首先是开放的通信架构；其次是统一的技术标准。下一代网络（Next Generation Network，NGN）是近年来全球通信产业发展的焦点,它关系到未来整个通信网的架构。下一代网络是集话音、数据、传真和视频业务于一体的全新网络。它采用开放式业务架构,利用多种宽带能力和QOS保证的传送技术,提供有服务质量保障的业务。下一代网络技术发展的主流就是融合,在高速率通信中实现各方面的融合[7-8]。这为智能电网集成通信网络的建设提供了强大的技术支持和发展平台，可以有效地解决上述2大技术问题。下一代网络的出现和发展将为今后电力通信网络的实现技术和业务转型提供一个重要的战略机遇和发展空间。下面就一些基于下一代网络的关键技术建设的电力系统集成通信网络中作一些概括分析。

2.1 基于ASON技术的集成传输网络

在光传输组网技术上叠加以IP技术为基础的通信网络智能化技术,形成具有智能性的光网络——自动交换光网络,即智能光网络（Automatic Switch Optical Network，ASON），ASON是一项全新的技术，它利用信令、路由、自动发现等标准协议，实现了路由自动计算，连接自动建立，网络资源自动发现等功能，提高了光传送网的自动控制能力，使光传送网同IP网络一样具有了智能特性。引入ASON技术建设电力信息集成传输网络，不仅可以大大提高电力通信网的服务速度、增加新的业务种类，能有效地解决电力系统现有业务提供模式单一的问题，而且能与现有网络无缝融合，向着全智能的光网络发展[9-10]。ASON已经被国内外电信运营商成功应用在骨干网上,主要完成骨干网络上大粒度业务的调度和保护恢复。随着电力系统大容量的IP业务的飞速增长,在电力通信网中引入ASON将会带来以下好处：

1）增强网络业务的快速配置能力,实现业务的快速提供；

2）以方式MESH组网可以提高业务的生存性,提供多种保护和恢复方式,有效抵抗网络多点故障,达到99.99%以上的业务可靠等级,同时有利于网络的升级扩容；

3）灵活提供不同的业务等级,满足目前迅速发展的不同等级用户服务的需要；

4）充分降低维护难度,实现对业务的快速调配和自动保护,提高运营效率。

2.2 基于IPv6技术的集成数据网络

IPv6作为下一代Internet的核心协议，在IPv4的基础上进行了较大的升级和改进。IPv6技术相对于IPv4技术最突出的优势是IPv6极大地扩大了地址空间，恢复了原来因地址受限而失去的端到端连接功能[8]。同时，IPV6技术在提高网络的整体吞吐量、改善服务质量（QoS）、提高安全性、支持即插即用和移动性以及组播等方面比IPv4也有较大的改进。

目前各个电力公司建设有电力综合数据网和电力调度数据网,对于这2个网络，无论是IP地址容量还是可管理性，采用IPv4地址的方式将不能充分满足电力公司的飞速发展，IPv6的使用显得十分必要。因此，各个电力公司对IPv6越来越多地关注。以IPv6技术为基础建立电网集成数据通信网络已是必然的趋势。

2.3 基于软交换技术集成交换通信网络

软交换技术是区别于传统电信网的电路“硬”交换技术，是网络演进以及下一代网络的核心技术之一，在电力通信网络中同样有着非常重要的应用。软交换技术引入使得同一网络可以提供多种业务和应用，并使新业务开发和部署非常方便。当前通信行业发展趋势是网络融合和业务融合，基于软交换的NGN网络以其话音、数据和多媒体融合能力、丰富的业务提供能力、多样化接入支持能力等优势，已成为新一代通信网络演进的方向。电力通信网络作为服务于电力企业的专网，有着和电信运营商网络类似的技术特征，在网络建设和业务服务等方面也面临新的挑战[11]。引进软交换技术，建立一个融合数据、语音、视频业务的电力通信宽带综合业务网络，将为建设智能电网提供更有力的技术保障。

现有电力通信网络中应用的通信技术种类繁多，有光纤、电力线、微波等多种传输介质，以这些传输介质建设的通信网络又都有自己的交换、连接等设备，所以这就造成网络间互联互通的困难。如果信息需要在不同介质的网络间传输，那就将需要更多的转换环节[12]。这不但造成了资源的浪费，而且对整个电力通信网的管理也带来了很大的不便。引入软交换技术是解决这些问题的有效途径，可以利用软交换技术的特点和优势，在目前电力通信系统的硬件条件下实现网络融合和业务融合，提升电网通信系统支撑力度，提高服务质量,提供给用户更完善的服务。软交换技术的引入具体可以解决以下问题：

1）电力通信网中的网络互通。可以很好的解决电网中电话网和计算机网之间的信令互通及不同网关的互操作问题。从而使计算机网可以更方便地对电话网进行管理和支持，电话网也可以和计算机网络配合，更好地提供服务。

2）提供增值业务和补充业务。目前，电力通信网中传输的信息主要是语音和数据，但随着网络的演进和计算机技术的不断发展，对视频业务和多媒体业务也提出了新的要求。软交换技术不但能很好地支持语音和数据业务，利用新的网络设施可以提供各种增值业务和补充业务，而且软交换技术提供了开放式的应用程序接口，非常便于提供新业务。

3）统一不同介质的网络。引进软交换技术，在一台交换服务器上可对多种介质的信息进行交换，实现各种通信介质网络的融合互通。包括其他业务统计和告警等操作维护功能。在电力通信网中引入软交换技术，将会产生多方面的效果。作为下一代网络的核心技术，软交换受到越来越多的关注，在电力通信网中也同样具有非常广阔的发展空间。

3 集成通信技术应用实现的效益

集成通信网络的应用最重要的作用是使得智能电网具有自愈功能。首先，开放标准、高速双向的全集成通信网络能够帮助智能电网实时地采样和转换数据以支持监测、分析和自动响应影响电网运行的不利趋势和状况。不仅如此，它还能使新的包括广域测量技术在内的实时分析工具得到发展。其次，开放标准、高速双向的全集成通信网络能够使智能电网运行更加可靠[8，13]。因为集成通信不仅使替代的资源能得到广泛的应用，而且它能够提供实时数据以便于系统操作人员对发电、潮流、无功控制和DER等资源的信息进行更加有效、可靠地集成调度。当集成通信在智能电网中得到应用时，电网能够更加安全地应对外部的威胁。通过安全的通信基础设施能够得到实时数据，从而能够监测到和减轻电网网络可能受到的威胁，另外集成通信甚至会促进非电网基础设施的建设，因为电网在物理上实际上也与其他生活相关的社会系统相连接的。

在智能电网的发展要求下，应用集成通信技术和其他技术将会带来显著的经济效益，下面列出几点由集成通信技术带来的经济效益：

1）提高电网运行可靠性，从而能降低投资、提高效益。

2）提供能识别和纠正电能质量问题所需要的高速数据，帮助电网公司和消费者降低由电能质量问题引起的成本。与此同时，还能为资产管理提供所需要的设备状态数据，从而降低由断电引起的维护成本和停电成本。

3）可以减少新的硬件设备的投入。因为提高电网的可靠性方法是利用集成通信技术，而不再是一味地增加新的硬件设备。

4）消费者受益。集成通信技术的应用能够帮助消费者灵活地选择更为经济的能源。电力市场受到实时供求关系的影响，向消费者提供价格信息也能刺激消费者参与到电力市场当中。同样，集成通信技术能将终端用户与非公用的通信方案联系起来（比如家庭智能化）。

4 结语

智能电网各项功能的实现基本都需要依赖于开放标准、高速双向的全集成通信网络。智能电网建设的第一步是建立开放标准、高速双向的全集成通信网络，它将带来电网运行可靠性、安全性、经济性、高效性的巨大进展和环境效益的提高。但是集成通信网络的建设也存在着许多障碍，其中先前对集成通信缺乏产业远见和对这种技术所带来的效益估计不足是建设过程遇到的最大障碍。随着现代通信技术的快速发展和进步，智能电网的通信需求逐步增强。但到目前为止，这些技术尚未达到成熟，需要克服的问题还有很多。随着技术的发展、进步和科研工作者辛苦地投入，相信服务于智能电网的开放标准、高速双向的全集成通信网络一定能建成。

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