南方電網(wǎng)未來電力通信系統(tǒng)發(fā)展及應用分析

因此，針對智能電網(wǎng)的需求，以及電網(wǎng)實現(xiàn)國家《2006-2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》提出的發(fā)展目標給電力通信帶來了極大的挑戰(zhàn)，研究新的通信架構(gòu)、應用模式和通信技術(shù)來為電力系統(tǒng)服務(wù)顯得尤為迫切。因此，本文將分析南方電網(wǎng)的信息通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求及通信技術(shù)發(fā)展，對南方電網(wǎng)未來電力通信系統(tǒng)發(fā)展及應用進行深入分析。 

1、電力通信業(yè)務(wù)及應用現(xiàn)狀分析

南方電網(wǎng)電力通信業(yè)務(wù)根據(jù)其功能、特點主要分為電網(wǎng)運行和企業(yè)管理兩大類業(yè)務(wù)。

1.1電網(wǎng)運行類業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

南方電網(wǎng)遠距離、大容量、超高壓輸電，交直流混合運行，既有電觸發(fā)直流技術(shù)，又有光觸發(fā)、可控串補、超導電纜等世界頂尖技術(shù)，成為國內(nèi)結(jié)構(gòu)最復雜、聯(lián)系最緊密、科技含量最高的電網(wǎng)。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(wǎng)公司應用，電網(wǎng)聯(lián)系更加緊密，大電網(wǎng)、超高壓、遠距離的特征更加明顯。

目前南方電網(wǎng)公司在220kV及以上的系統(tǒng)保護全部實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)”已完成調(diào)通中心主站和部分地調(diào)的分站的建設(shè)。

南方電網(wǎng)公司下屬變電站基礎(chǔ)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(shè)。為適應數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展，2008年開始在南方電網(wǎng)多個地區(qū)開展數(shù)字化繼電保護新技術(shù)研究和全數(shù)字化變電站的試點工程建設(shè)。

南方電網(wǎng)下屬各電網(wǎng)已完整地建立了覆蓋各級調(diào)度自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了包括基于PMU相角測量單元在內(nèi)的廣域數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、自動發(fā)電控制、無功電壓控制等功能,并系統(tǒng)地裝設(shè)了安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)及裝置以及備自投裝置等各種類型的安穩(wěn)和自動裝置，建立起完整、有效的南方電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第二道、第三道防線。上述二次防御設(shè)備領(lǐng)域的有效實行，很大程度上依賴于通信技術(shù)的進步，并且電網(wǎng)安全防御系統(tǒng)各站之間的傳輸通道的性能直接關(guān)系到其功能的發(fā)揮，電網(wǎng)急需要一種高速、高可靠、高穩(wěn)定性的通信方案，滿足電力系統(tǒng)運行、控制以及管理實時通信要求，并適應電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的發(fā)展。

1.2管理信息業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

管理業(yè)務(wù)是屬于安全區(qū)域III區(qū)和IV區(qū)的信息類業(yè)務(wù)，從企業(yè)經(jīng)營管理的角度來看包括管理事務(wù)支持類、管理信息支持類和管理決策支持類。南方電網(wǎng)公司信息化的目標是通過建設(shè)覆蓋生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)的計算機管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)的自動化以及管理決策的智能化，提高企業(yè)運行的效率和管理的質(zhì)量，為實現(xiàn)企業(yè)持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營管理目標服務(wù)。

一、管理事務(wù)支持類

管理事務(wù)支持類的應用系統(tǒng)，以提高管理業(yè)務(wù)中事務(wù)處理的效率和質(zhì)量為目標。目前南方電網(wǎng)公司在電力生產(chǎn)、電力營銷以及企業(yè)經(jīng)營管理業(yè)務(wù)的信息類應用系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了電網(wǎng)公司主要的管理事務(wù)工作范圍，各分、子公司也基本上實現(xiàn)了管理事務(wù)處理工作的信息化。

二、管理信息支持類

管理信息支持類的應用系統(tǒng)，是以提高企業(yè)整體管理效率和管理水平為目標而建設(shè)的。南方電網(wǎng)公司大部分管理信息支持類的應用系統(tǒng)，是在對應支持管理事務(wù)的應用系統(tǒng)基礎(chǔ)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(wǎng)公司近年來以企業(yè)應用集成(EAI)和企業(yè)信息門戶(EIP)技術(shù)開發(fā)的許多管理信息支持類的應用系統(tǒng)，為提升南網(wǎng)公司企業(yè)管理的整體水平發(fā)揮了重要的作用。

三、管理決策支持類

管理決策支持類的應用系統(tǒng)，以企業(yè)級數(shù)據(jù)中心建設(shè)為核心，圍繞數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)，依據(jù)不同的企業(yè)管理決策主題，開發(fā)基于不同決策模型的管理決策支持系統(tǒng)，輔助企業(yè)各級管理人員提高管理決策的水平。目前南方電網(wǎng)公司管理決策支持類的應用系統(tǒng)，多數(shù)是從管理信息支持類的應用系統(tǒng)中擴充而來的，屬于戰(zhàn)術(shù)層面的輔助管理決策支持系統(tǒng);而支持戰(zhàn)略層面輔助管理決策支持系統(tǒng)還極少，即便一些分子公司己建或在建的數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，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(wǎng)通信現(xiàn)狀分析

南方電網(wǎng)電力通信網(wǎng)以發(fā)展光通信為主，在此基礎(chǔ)上發(fā)展數(shù)據(jù)網(wǎng)、語音交換網(wǎng)、時鐘同步網(wǎng)、視頻會議系統(tǒng)和電力系統(tǒng)獨有的電力載波等作為電網(wǎng)的主要通信手段，并采用衛(wèi)星通信、公網(wǎng)通信作為應急通信或輔助通信手段。 

近年電力通信蓬勃發(fā)展，南方電網(wǎng)在通信技術(shù)體制、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模發(fā)生了根本性的變革，光纖、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等寬帶通信技術(shù)發(fā)展迅速，成為主流。微波、載波等載帶通信技術(shù)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(shù)，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(qū)域的控制成為可能，跨系統(tǒng)的監(jiān)視、分析成為現(xiàn)實。電流差動保護、新EMS系統(tǒng)等新的電網(wǎng)控制技術(shù)得以廣泛推廣。電力通信與電網(wǎng)生產(chǎn)更加緊密，更加融合。 

目前傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、程控交換網(wǎng)、視頻會議等系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了網(wǎng)、省、地三級互聯(lián)，部分地區(qū)已經(jīng)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(shè)三四套甚至更多的通信系統(tǒng)，大大節(jié)約了建設(shè)成本。同時也極大擴展了各應用系統(tǒng)的控制范圍，目前南方電網(wǎng)公司本部自動化系統(tǒng)、電力市場系統(tǒng)可以采集所有500KV及以上廠站的信息，南方電網(wǎng)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(diào)系統(tǒng)和骨干網(wǎng)的范疇。體現(xiàn)了南方電網(wǎng)公司一盤棋，一體化、現(xiàn)代化的信息化發(fā)展思想。

公網(wǎng)通信在南方電網(wǎng)的應用主要在應急通信、農(nóng)網(wǎng)信息化、配網(wǎng)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(wǎng)實時控制業(yè)務(wù)的備用通道;通過租用電路資源實現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)信息化;通過租用公網(wǎng)GPRS/CDMA無線通信資源解決配變監(jiān)測、大客戶負控、低壓集抄等通信問題;以及實現(xiàn)辦公互聯(lián)網(wǎng)接入、辦公電話外線、傳真、移動電話等。然而，由于公網(wǎng)通信主要面向社會大眾，還沒有制定專門針對電力企業(yè)工業(yè)化控制和信息安全需要的技術(shù)服務(wù)，目前使用中還存在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、需求及故障處理滯后等一些技術(shù)和管理方面的問題。

3、電力通信業(yè)務(wù)發(fā)展及其對通信的新需求

3.1電力運行業(yè)務(wù)的發(fā)展

綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展是當今世界的一大主題。綠色電網(wǎng)體現(xiàn)在更多的應用可再生能源、電網(wǎng)設(shè)備與環(huán)境和人的和諧、更高的電能質(zhì)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(wǎng)為特征的現(xiàn)代化電網(wǎng)架構(gòu)正體現(xiàn)了這一目標。同時，綠色電網(wǎng)的目標還呈現(xiàn)出電網(wǎng)技術(shù)的以下發(fā)展趨勢：輸變電設(shè)備的緊湊型、數(shù)字化、無污染、組合化和高可靠性;配、用電設(shè)備智能化、自動化和互動化;電網(wǎng)設(shè)備運維更加注重抗災容災、遠程監(jiān)控、狀態(tài)檢修與風險評估;電網(wǎng)調(diào)度運行更加注重節(jié)能、自動化和一體化智能調(diào)度;配網(wǎng)運行更加注重供電可靠性和電能質(zhì)量。圍繞綠色電網(wǎng)的目標，高效儲能、FACTS與定制電力技術(shù)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電等技術(shù)將得到更大的發(fā)展。

此外，繼電保護、安穩(wěn)裝置業(yè)務(wù)提出接口光纖化、統(tǒng)一時間標識的新要求。在十二五期間，繼電保護通信業(yè)務(wù)將推廣采用光纖通道，同時要求裝置能通過以太網(wǎng)接入站內(nèi)自動化系統(tǒng)和繼電保護信息系統(tǒng)，應能接受站內(nèi)對時系統(tǒng)統(tǒng)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(nèi);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(yōu)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(shè)備間將統(tǒng)一采用2M光接口。 

在十二五期間，安穩(wěn)裝置在主站、子站及執(zhí)行站之間通信技術(shù)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(nèi);可靠性要求為每套穩(wěn)控系統(tǒng)采用兩路完全獨立的傳輸通道。 

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

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙信、遙測、遙控數(shù)據(jù)要求帶寬很小，但數(shù)量龐大。按照網(wǎng)公司城農(nóng)網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，預計在十二五期間將有72萬個配網(wǎng)站點需要通信支持。配電網(wǎng)設(shè)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(wǎng)通信設(shè)備能夠便于安裝和調(diào)試，減少日常維護量;又因配電網(wǎng)通信覆蓋面廣，通信設(shè)備必須具有遠程管理功能。同時，配電網(wǎng)通信設(shè)備大多安裝在室外，自然環(huán)境惡劣，要求設(shè)備具有工業(yè)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(shù)的共同點是：數(shù)據(jù)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(wǎng)控制業(yè)務(wù)的路由必須是全程全網(wǎng)的管控，通信傳輸?shù)臅r間參數(shù)將成為電網(wǎng)控制業(yè)務(wù)的關(guān)鍵參數(shù);覆蓋范圍更廣，將覆蓋至10kV甚至是220/380V電網(wǎng);統(tǒng)一的時間、頻率系統(tǒng)，電網(wǎng)控制業(yè)務(wù)、通信設(shè)備失去時間、頻率將無法工作，后果不堪設(shè)想;此外，通信設(shè)備需要在更加苛刻的環(huán)境下穩(wěn)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(yè)管理信息類業(yè)務(wù)發(fā)展對通信技術(shù)新需求 

隨著南方電網(wǎng)公司信息化進程的不斷深入，朝著企業(yè)管理信息類和企業(yè)決策支持類的應用方向發(fā)展。 

從南方電網(wǎng)公司近期信息類業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢看，信息化應用深入發(fā)展的方向可以概括為：網(wǎng)級集中的業(yè)事務(wù)處理、企業(yè)級數(shù)據(jù)中心支持的輔助決策、高帶寬下的移動辦公、虛擬與現(xiàn)實互聯(lián)的應用等四個方面。南方電網(wǎng)企業(yè)管理的發(fā)展方向主要是集中化發(fā)展，即信息業(yè)務(wù)按照“統(tǒng)一架構(gòu)、二級中心、多層應用”的思想，在南方電網(wǎng)公司總部、各分子公司本部分別建立的數(shù)據(jù)中心，地市公司建立綜合數(shù)據(jù)平臺。企業(yè)數(shù)據(jù)中心、同城災備中心、異地災備中心，各分子公司本部數(shù)據(jù)中心、同城災備中心與異地災備中心間的數(shù)據(jù)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(nèi)，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(yè)務(wù)應用發(fā)展的共同點是：電力通信覆蓋面更廣，從各級電網(wǎng)公司、地區(qū)供電局至縣級單位、二級單位、變電站、供電所、營業(yè)點等業(yè)務(wù)末端都需要保證通信暢順;通信帶寬要求高，能滿足從財務(wù)管理、市場營銷幾兆大量數(shù)據(jù)到災備中心幾千兆海量數(shù)據(jù)的傳輸要求;安全性、可靠性要求更高，由于該類業(yè)務(wù)交互管理決策、電力銷售、生產(chǎn)計劃等數(shù)據(jù)，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(wǎng)，若采用公網(wǎng)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(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展及其對通信的新需求 

智能電網(wǎng)的核心理念是利用現(xiàn)代信息通信、控制等先進技術(shù)，提升電網(wǎng)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(wǎng)服務(wù)要求，提供安全可靠、經(jīng)濟高效的可持續(xù)電力供應。電力通信網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，通信是地理位置不同地點智能化系統(tǒng)之間信息溝通的主要手段，其性能決定了智能化系統(tǒng)的總體性能。實現(xiàn)智能電網(wǎng)，關(guān)鍵要實現(xiàn)智能調(diào)度和控制，其技術(shù)保證是要有高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)。同時通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬戶，才形成兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—輸配電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標和主要特征。 

目前大都說明通信對于智能電網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)應該如何能實現(xiàn)。但基本上有以下共識： 

“智能電網(wǎng)中的各主體之間需要實現(xiàn)充分的信息共享、交互，因此，智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力通信系統(tǒng)必須具備“范圍廣”和“數(shù)量大”的特點。因此，建設(shè)面向21世紀電網(wǎng)的最大調(diào)整在于發(fā)展廣域互聯(lián)的通信設(shè)施。” 

“智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要一個由光纖作為通信介質(zhì)組成的多層結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，包括廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、家庭區(qū)域網(wǎng)，各層次之間是包含與被包含的關(guān)系?！?nbsp;

綜合以上內(nèi)容，智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求就是建設(shè)一個與電網(wǎng)同覆蓋的電力泛在、雙向、實時、互動的通信網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)是要在現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)中不斷發(fā)展、完善，是現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)的繼承與發(fā)展。 

5、需要解決的問題與研究內(nèi)容 

南方電網(wǎng)各環(huán)節(jié)均已建立較成熟的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，已建成先進可靠的電力通信網(wǎng)絡(luò)，形成了以光纖通信為主，微波、載波、衛(wèi)星等多種通信方式并存，分層分級自愈環(huán)網(wǎng)為主要特征的電力專用通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。傳輸媒介光纖化，業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)化，運行監(jiān)視和管理正在逐步實現(xiàn)自動化和信息化。 

但是，與未來電網(wǎng)對通信的要求相比，目前電力通信系統(tǒng)還存在以下急需解決的問題：信息化發(fā)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(tǒng)的應用深度和實用化水平有待提高;配電側(cè)和面向用戶側(cè)的通信網(wǎng)絡(luò)資源不足;電力通信傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要進一步優(yōu)化;通信信息資源需要優(yōu)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)未來電力系統(tǒng)通信技術(shù)發(fā)展應以滿足智能電網(wǎng)各階段建設(shè)和發(fā)展的需求為出發(fā)點，不斷應用先進成熟的通信技術(shù)，完善高速可靠的輸電通信網(wǎng)、建設(shè)實用的配用電通信網(wǎng)、重點保障應急通信網(wǎng)。 

所以，南方電網(wǎng)未來五至十年電力系統(tǒng)通信發(fā)展建議重點開展以下工作： 

1.以從根本上提高電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、冗余度和安全性為目標，重點研究電力通信系統(tǒng)的規(guī)劃及其應用技術(shù)，深入研究電力通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性、資源優(yōu)化和安全等領(lǐng)域，特別加強對現(xiàn)有技術(shù)和資源的優(yōu)化研究;加強應急通信技術(shù)的研究和應用技術(shù)。 

2.以實現(xiàn)通信監(jiān)管一體化為目標，全面深入開展通信系統(tǒng)的信息化研究及應用工作，實現(xiàn)通信系統(tǒng)設(shè)備和資源的數(shù)字化管理。 

3.以實現(xiàn)通信運維工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?，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(tǒng)的設(shè)計與應用、通信資源管理和優(yōu)化、通信監(jiān)控和通信網(wǎng)絡(luò)的電子運維等領(lǐng)域。 

4.以全面獲取通信網(wǎng)絡(luò)信息及其評價為目標，加強通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的評估技術(shù)的研究及應用工作。 

5.以服務(wù)智能電網(wǎng)為目標，加強通信新技術(shù)的應用研究工作。研究智能電網(wǎng)下新型通信介質(zhì)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信資源管理技術(shù)和通信資源優(yōu)化等領(lǐng)域及其應用技術(shù)。