智能電網(wǎng)通信技術問題分析
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摘要:智能電網(wǎng)對提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和供電安全系數(shù)具有重要作用，是電網(wǎng)發(fā)展的必然方向。智能電網(wǎng)融合了多種信息時代的技術產(chǎn)物，將信息通信技術作為電網(wǎng)發(fā)展的核心支撐技術，能夠為其發(fā)展奠定良好基礎。主要對智能電網(wǎng)概念及運行特點進行分析，并對智能電網(wǎng)在運行中的諸多關鍵技術進行介紹。
關鍵詞:智能電網(wǎng);通信;關鍵技術
0引言
全球能源危機的迫近，給電力行業(yè)帶來嚴峻考驗，新能源的開發(fā)利用也正加快步伐推進，清潔電力上網(wǎng)問題日益受到重視;用戶對電能質(zhì)量的要求持續(xù)提高，用電負荷進一步加大;供配電企業(yè)之間的競爭越來越激烈，種種誘因都為發(fā)展智能電網(wǎng)技術帶來了契機。智能電網(wǎng)運行靈活，能夠為清潔能源電力上網(wǎng)提供技術支持，電力供給更加安全、經(jīng)濟高效和友好，是國家電網(wǎng)重要發(fā)展戰(zhàn)略。本文對智能電網(wǎng)的概念以及運行特點進行分析，并對其關鍵技術問題進行介紹。
1智能電網(wǎng)概念
智能電網(wǎng)指的是電網(wǎng)智能化，是電網(wǎng)技術發(fā)展的2．0版本。智能電網(wǎng)以信息和通信技術為支撐，建設高集成度、高速信息傳遞的電網(wǎng)系統(tǒng)，利用高速傳感器以及先進測量技術，引進理念先進的決策支持系統(tǒng)，對電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效以及友好應用提供強有力的支持。
2智能電網(wǎng)運行特點
智能電網(wǎng)在設計和運行過程中，利用高速雙向通信通道進行信息傳遞，并利用傳感器技術、測控技術等進行數(shù)據(jù)采集和指令的執(zhí)行?？偟膩碚f，智能電網(wǎng)運行特點如下。
2.1自愈功能
智能電網(wǎng)的自愈功能是指當電網(wǎng)在遭受突發(fā)事故破壞時，例如雷擊、地震、火災或其他自然災害以及人為破壞后，能夠在短時間內(nèi)對故障進行診斷、定位、隔離以及修復，以自身能力對電網(wǎng)進行保護，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運行。自愈功能發(fā)揮作用的基礎是系統(tǒng)對電網(wǎng)實時狀態(tài)的監(jiān)控和掌握，能夠在盡可能少的人工干預下，進行備自投、故障隔離等操作，實現(xiàn)電網(wǎng)的自我恢復。
2.2較高的兼容性和集成性
智能電網(wǎng)的標志之一是較好的兼容性和較高的集成性。智能電網(wǎng)的兼容性首先表現(xiàn)在數(shù)據(jù)格式的兼容，能夠提供不同的數(shù)據(jù)格式的支持;其次，表現(xiàn)在設備的兼容性上，不同廠家、不同標準的設備能夠與智能電網(wǎng)進行互通和運行;智能電網(wǎng)的兼容性還表現(xiàn)在對于不同用戶的用電需求能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，滿足不同用戶的需求。高度集成的系統(tǒng)對于信息采集、處理以及信息安全的保障具有重要作用。
2.3安全性
智能電網(wǎng)的安全性除保證電網(wǎng)的供電安全外，還包括與變電站、客戶、終端設備之間的通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)信息安全，智能電網(wǎng)通信技術目前應用較為廣泛的是光纖通信，數(shù)據(jù)流量大，通信質(zhì)量有保障。
3智能電網(wǎng)信息及通信技術關鍵問題
當前，智能電網(wǎng)信息及通信技術的研究熱點，主要集中在通信技術、信息安全以及通信體系標準化建設等方面，這些關鍵技術的革新，將會給智能電網(wǎng)的建設及發(fā)展帶來飛速發(fā)展的契機。
3.1通信技術問題
通信技術及通信網(wǎng)絡，是智能電網(wǎng)信息輸送的動力源泉以及大動脈，對于智能電網(wǎng)終端信息采集、數(shù)據(jù)傳輸以及保護、網(wǎng)絡控制等意義重大。解決通信技術及通信網(wǎng)絡的建設問題，是發(fā)展智能電網(wǎng)的基礎保障。當前，以光纖通信為代表的信息通信技術是該領域的主流。
3.1.1光纖通信技術問題
光纖通信技術是以光纖作為信息傳遞的通道和載體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的技術。一般而言，光纖通信技術可以借助MPLS(Multi－ProtocolLabelSwitching，多協(xié)議標簽交換)技術將傳統(tǒng)光纖由2M帶寬擴容到100M，可有效降低成本。目前智能電網(wǎng)光纖通信技術的主要問題是在架設以及更換加掛時光纜型式的選擇。智能電網(wǎng)通常采用OPGW、OPPC、ADSS等光纜進行網(wǎng)絡建設。OPGW光纜在敷設時具有以下兩種優(yōu)勢:第一，OPGW光纜在敷設時與地線可復用架設，能夠減少工程量，降低成本。第二，OPGW光纜能夠?qū)⑿盘栐趥鬏斶^程中的損失控制到較小的程度，適用于智能電網(wǎng)長遠距離信息傳輸使用，以確保通信質(zhì)量。其主要缺點是易受雷擊，需附設防雷擊裝置以對其進行保護。而ADSS光纜相較于OPGW而言，在防雷擊方面具有明顯優(yōu)勢;且由于其采用低密度材料，在敷設時更加便于施工，對輸電線路影響更小;此外，該光纜敷設采用桿塔添加形式，維修和線路優(yōu)化工作便于展開。該光纜應用的主要缺點在于電腐蝕情況較為明顯。OPPC光纜目前主要在發(fā)達國家應用，其主要特點是能夠與相導線復合使用，借助相導線的高壓對光纜形成天然的保護，成為OPGW以及ADSS光纜敷設盲區(qū)的最佳替代品。三者相比，OPPC以及OPGW光纜主要適用于新建線路中，而ADSS光纜則主要用于老舊線路加掛時使用。
3.1.2電力通信技術問題
電力通信技術目前主要問題有兩種:第一，電力線纜本身的射頻干擾以及載波頻率過低，都對其尋找合適的替代品帶來較大難度，另外，新材料應用的技術難題也困擾著電力通信技術的發(fā)展。第二，互聯(lián)網(wǎng)通用的TCP/IP協(xié)議無法兼容與電力線通信，許多新技術難以得到應用。針對目前電力通信技術的主要問題，一方面可以從開發(fā)新型信息承載材料入手，解決電力線纜的使用弊端;另一方面，BPL標準開發(fā)的發(fā)展，將為未來電力線兼容互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議提供標準體制上的極大助力。
3.2信息安全技術問題
智能電網(wǎng)從自身分布式的系統(tǒng)以及終端獲取運行數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，因而，信息傳輸?shù)陌踩c否直接關系到電網(wǎng)運行的安全，甚至能夠影響國家戰(zhàn)略部署和社會安定。因此智能電網(wǎng)ICS/MCS系統(tǒng)的安全問題顯得愈發(fā)重要。ICS/MCS系統(tǒng)的安全問題主要包括物理安全、運行安全以及信息安全三個方面。而由于智能電網(wǎng)的數(shù)字化程度高，易遭受網(wǎng)絡惡意代碼的攻擊，對電網(wǎng)造成極大威脅，這類威脅主要分為主觀威脅和客觀威脅兩類?？陀^威脅主要來自電網(wǎng)內(nèi)部，包括自身電力設備及網(wǎng)絡設備的損壞或故障，由于工作人員的疏忽帶來的威脅也屬于客觀威脅;而主觀威脅則主要來自系統(tǒng)外部，主要包括商業(yè)間諜、犯罪分子以及網(wǎng)絡黑客的攻擊。智能電網(wǎng)信息安全防護的重點在于保證信息的完整性以及及時性，一旦信息完整性被破壞，無法及時進行傳遞，會造成整個電網(wǎng)運行的控制指令的錯誤甚至電網(wǎng)癱瘓。而傳統(tǒng)信息安全中所指的私密性在電網(wǎng)信息安全中反而處于較低的優(yōu)先級。為保證智能電網(wǎng)信息安全，需建立完整的信息安全方案，主要目的是:①設備接入控制:防止除系統(tǒng)許可的各類電氣設備、網(wǎng)絡設備等之外的設備接入系統(tǒng)。②數(shù)據(jù)信息認證:確認系統(tǒng)接收信息來源的合法性和信息完整性。主要技術手段可采用:第一，對終端各設備進行離線注冊并分別分配密鑰，并采用基于IBE策略的訪問控制及認證，確保終端設備接入的合法性。第二，采用基于HASH函數(shù)的信息完整性確認技術，確保系統(tǒng)接收到信息的完整性。
3.3標準體系構(gòu)建問題
目前，對智能電網(wǎng)的繼續(xù)發(fā)展形成掣肘的主要問題之一便是標準體系遲遲未能完善。智能電網(wǎng)的建設牽涉到種類繁多的電氣設備、網(wǎng)絡設備，類型多樣，需要構(gòu)建一個統(tǒng)一的標準體系來確保各設備之間協(xié)調(diào)運行，形成這個標準體系的主要組成包括通信協(xié)議和標準。其中通信協(xié)議主要包括互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP通信協(xié)議，而通信標準除了包括BPL標準外，還包括BACnet、IECTC57、IEC61400－25、IEEE802和1588等。從電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、配電、送電和用電五大環(huán)節(jié)中，前三個環(huán)節(jié)目前在我國基本形成了比較完善的通信協(xié)議標準體系，以IEEE體系作為基本標準，對電網(wǎng)廣域時間進行同步，同時借助PTP等協(xié)議對發(fā)電控制系統(tǒng)進行精確調(diào)節(jié)。但是，在送用電環(huán)節(jié)，由于涉及到的用戶較多，用電設備種類覆蓋面積大，因此尚未與電氣生產(chǎn)商達成廣泛共識，形成統(tǒng)一的送用電標準體系，該項工程將會是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的重點。
4結(jié)語
本文對智能電網(wǎng)信息和通信技術進行了多方位探討，分析了智能電網(wǎng)的概念以及包括自愈功能、兼容性和信息安全性等在內(nèi)的智能電網(wǎng)運行特點，著重分析了目前智能電網(wǎng)信息和通信技術的關鍵問題，包括通信技術確保通信暢通、信息安全技術保證信息完整和及時性以及標準化體系構(gòu)建的前景等問題。
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作者：葉敬橋 單位：廣東電網(wǎng)河源紫金供電局
