通信技术在智能电网中的应用研究

2024-03-25尹诗倚

通信电源技术 2024年1期

尹诗倚

（中邮通建设咨询有限公司，江苏南京 210003）

0 引言

智能电网已成为现代化建设的一个重要组成部分。未来发展过程中，智能电网提倡与电力通信协同发展。该形势下，智能电网迎来了新思路，即改进现有技术，使其更好地发挥应有作用。该阶段，可以适当引入电力通信技术与智能电网结合，以更好地满足人民用电的现实需求[1]。可见，为适应现代社会对电能的需求，必须将电力通信技术应用于智能电网。

1 通信技术在智能电网中的应用要求

为确保通信技术在智能电网中发挥作用，则需遵循如下应用要求。一是即时信息系统，即时信息系统的核心功能是对智能电网运行过程中所生成的数据进行整理和分析，属于一种基于互联网技术、以全国电力数据网为辅助的通信体系，可以自动发布电力信息，保证全社会都能及时掌握电网的实时情况，并且有效隔离信息。二是电能管理系统（Energy Management System，EMS），EMS 的主要功能是汇总和归类电网运行中的数据，根据实际情况的紧急性分类从电网监测和采集系统中获得的数据，将一些比较紧迫的数据传送到即时信息系统。三是电能计量系统，智能电网对电能计量系统提出了更高要求，既要实现传统的计量功能，又要实现分时电量的累计、双向计量等功能。此外，在智能电网中，既要能处理故障，又要完成对数据的采集和管理，并对相关数据进行分析和统计。

2 通信技术和智能电网层次分析

智能电网包括电网设备层、通信网架层、数据储存及管理层以及数据应用层。这4 个层面所构成的信息支持系统，已成为整个智能电网实现高速、稳定运行的重要载体。层次模型中的信息支持系统可以通过对电力系统的基本信息进行融合，从而将智能电网所传输的信息进行纵向和横向的连通[2]。

在整个层次模型中，各层次结构的位置和功能大有不同，主要体现在以下几点。一是电网设备层，指在整个智能电网的运行过程中，需要进行信息传输和交换的各类设备与部件。二是通信网络层，将上一层级中的各种设备单元在通信网的影响下作为整体进行连接，其所展现出来的网络模式具有易于维护和操作的特点，并且该有效网络可以与无线网络和公网网络进行协作，辅助整个网络架构层安全防护策略的实施，保证网络信息传输信道的稳定运转。三是从数据存储的管理角度分析在智能电网运营过程中积累下来的各种信息，并按照不同层次进行划分和存储。当终端使用者有需求时，可通过事件驱动或者消息总线的方法来存取信息数据，比传统查询方法更加简便快速。四是数据应用层，可以从存储管理层自动接收数据存储管理层传输的关联关系，以智能电网为核心，分析控制信息和数据。

3 通信技术在智能电网中的体现

3.1 主干层

本项目拟以工业级冗余环网交换机为核心，构建一种冗余的环形链路网络结构，并将其与工业以太网相结合，形成环形网络，使其在通信链路失效的情况下，将网络的恢复时间控制在50 ms 以下。如果使用以太网交换机构建冗余网络，则恢复时间需要超过30 s，明显不能满足不间断运行的需求[3]。以智能电线无线通信网为例（见图1），主干层包含核心网、基站和网管系统，结合结构件示意图，即可了解通信方案，适当控制网元层次，最大限度满足用户用电需求，推动智能电网未来的建设及发展。

图1 智能电线无线通信网结构

3.2 接入层

在具有大量测量数据、靠近光缆网的地区，采用工业级数字化载波装置构建树形或链型网络结构。环网装置采用工业以太网交换产品，充分发挥载波通信的优势。以已有线缆为通信媒介，采用地下线缆或架空线缆方法，选择不同的耦合装置，载波通信信道设置时间小于300 ms，终端接收灵敏度达到-70 dB，无中继条件下5 km，载波装置具有各种通信接口，如RS-232、RJ-45 等，便于与上层网络串联。如果使用上述的载波装置，考虑各地的配电网络特点，必须进行现场试验才能使用。在光缆敷设不方便、载波传送范围有限的地区，可选用小型、易安装和使用的工业级通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）通信设备。

4 通信技术在智能电网中的应用

4.1 智能电网应用通信技术送电

在智能电网运行过程中，其主要功能是传输电能。随着电力工业的持续发展，电力通信已实现了全国各地的大范围覆盖，能将电能高效地送到家家户户。现阶段，信息通信由亚马逊云计算服务（Amazon Web Services，AWS）、电能计量、EMS 等几大部分构成。在电能计量方面，采用自动抄表、自动计量等技术，有效记录用户的用电情况。从信息使用的角度来看，逐步转变传统对信息的局部监测模式，转变为目前更适应于社会发展的全局监测，强化信息监测，既减少了工作的难度，又能增强智能电网的各种功能。

4.2 智能电网应用通信技术配电

配电是智能电网的一个重要组成部分，在实践中已收到良好效果，为电网的稳定运行提供了有力保证。从目前整个智能电网的发展情况来看，该系统具有高效率、高灵活性和安全可靠等特征。通过电力通信技术的支撑，能够及时排除智能电网运行中各种类型的故障，对优化系统结构、拓展电网服务范围、延长其服役寿命起到了至关重要的作用[4]。同时，合理利用电力通信技术，能最大限度地满足各类储能器件的应用需求，从而提升现代供电水平。在可靠的电力通信技术支持下，智能电网将日益朝向集成化、自动化、低能耗、高效率以及兼容性好的方向发展。

4.3 智能电网应用通信技术变电

在智能电网运作中，智能化变电站是非常重要的环节，其应用主要通过信息通信来实现相关控制与优化。在智能变电站使用中，表现出十分鲜明的物理基础特征，此种物理基础也是保持智能电网更加高效、有序运行所必需的条件。为提升信息通信在智能电网中的有效利用，需要有效地优化感知、控制、信息等多个方面的内容，并通过信息通信技术手段对它们进行有效的控制，满足智能电网安全运行的基本要求，防止在智能电网中发生电力故障，并对各种故障采取有效的智能分析与处理方式，最大限度地解决人力资源利用问题，提高智能电网的电能传输效率。

4.4 智能电网应用通信技术安保

智能电网建成并投入运营后，可以实现信息流、电力流和业务流的有机结合。其中，智能电网的运行和信息流密切相关，为确保电网安全，需要积极保障智能电网中的信息安全。在目前的发展进程中，各类网络安全问题层出不穷，需要采用多种防护手段，解决网络安全问题，例如，可以采用纵向加密、网络保护、横向隔离、灾难预警等手段，保证各类信息在传输中的安全，促进智能电网的有序发展[5]。合理运用通信技术，将为进一步提高智能电网性能、拓展其工程应用领域提供关键技术支撑。在进行具体的研究工作时，要对信息和通信技术有关内容有一定认知，并根据智能电网发展的实际需求，改善未来电网的安全性和可靠性。

4.5 智能电网应用通信技术检测故障

近几年，电力设备自动化管理和控制方面取得了长足进步，为保证电力设备的安全运行、稳定运行，对电力设备进行实时故障诊断十分必要。单纯依靠常规检查方法，不仅检查过程烦琐、工作效率低，而且获得的结果精度不高。因此，有必要运用智能化技术对其进行全方位监控。目前，智能化环保控制技术广泛应用于智能电网，能有效预测、分析智能电网的电气故障，将专家系统、神经网络和模糊系统主动地应用于故障诊断过程，并进一步实现了对电力系统中诸如变压器、电动机等关键设备和复杂线路的实时故障检测。

4.6 智能电网应用通信技术推动新能源管理

在新能源的应用方面，目前尚缺乏一种完善的新型能源管理机制。智能电网的建设旨在以可再生能源替代非再生能源，因此对其进行深入研究与讨论非常必要。在智能电网的发展过程中，新能源技术起着关键作用，而新技术引入和应用则是其发展的根本任务，需要合理利用可再生能源，保障我国社会和经济的发展。随着智能电网的快速发展，对单一能源的依赖性越来越强，需要对其进行科学合理的划分。因此，寻找一种稳定的可再生能源成为智能电网发展的新方向，如保持电压、功率、品质等各项指标之间的均衡，持续改善匹配，实现对电网的自动调整。电力信息技术需要控制电源、停车、启动等工作环节，按照现有需求将能量接入电网，建立起一种新的能源管理制度，使其能更好地融入我国的智能电网，为国家电力建设事业作出更大贡献。