智能電網(wǎng)通信技術(shù)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(shù)產(chǎn)物，將信息通信技術(shù)作為電網(wǎng)發(fā)展的核心支撐技術(shù)，能夠?yàn)槠浒l(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。主要對智能電網(wǎng)概念及運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對智能電網(wǎng)在運(yùn)行中的諸多關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);通信;關(guān)鍵技術(shù)
0引言
全球能源危機(jī)的迫近，給電力行業(yè)帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，新能源的開發(fā)利用也正加快步伐推進(jìn)，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(fù)荷進(jìn)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(shù)帶來了契機(jī)。智能電網(wǎng)運(yùn)行靈活，能夠?yàn)榍鍧嵞茉措娏ι暇W(wǎng)提供技術(shù)支持，電力供給更加安全、經(jīng)濟(jì)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(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對其關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)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(shù)發(fā)展的2．0版本。智能電網(wǎng)以信息和通信技術(shù)為支撐，建設(shè)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(jìn)測量技術(shù)，引進(jìn)理念先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)，對電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效以及友好應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。
2智能電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)
智能電網(wǎng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中，利用高速雙向通信通道進(jìn)行信息傳遞，并利用傳感器技術(shù)、測控技術(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和指令的執(zhí)行?？偟膩碚f，智能電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)如下。
2.1自愈功能
智能電網(wǎng)的自愈功能是指當(dāng)電網(wǎng)在遭受突發(fā)事故破壞時，例如雷擊、地震、火災(zāi)或其他自然災(zāi)害以及人為破壞后，能夠在短時間內(nèi)對故障進(jìn)行診斷、定位、隔離以及修復(fù)，以自身能力對電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。自愈功能發(fā)揮作用的基礎(chǔ)是系統(tǒng)對電網(wǎng)實(shí)時狀態(tài)的監(jiān)控和掌握，能夠在盡可能少的人工干預(yù)下，進(jìn)行備自投、故障隔離等操作，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自我恢復(fù)。
2.2較高的兼容性和集成性
智能電網(wǎng)的標(biāo)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(shè)備的兼容性上，不同廠家、不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備能夠與智能電網(wǎng)進(jìn)行互通和運(yùn)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(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息安全，智能電網(wǎng)通信技術(shù)目前應(yīng)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(shù)關(guān)鍵問題
當(dāng)前，智能電網(wǎng)信息及通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)，主要集中在通信技術(shù)、信息安全以及通信體系標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面，這些關(guān)鍵技術(shù)的革新，將會給智能電網(wǎng)的建設(shè)及發(fā)展帶來飛速發(fā)展的契機(jī)。
3.1通信技術(shù)問題
通信技術(shù)及通信網(wǎng)絡(luò)，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(hù)、網(wǎng)絡(luò)控制等意義重大。解決通信技術(shù)及通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)問題，是發(fā)展智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)保障。當(dāng)前，以光纖通信為代表的信息通信技術(shù)是該領(lǐng)域的主流。
3.1.1光纖通信技術(shù)問題
光纖通信技術(shù)是以光纖作為信息傳遞的通道和載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的技術(shù)。一般而言，光纖通信技術(shù)可以借助MPLS(Multi－ProtocolLabelSwitching，多協(xié)議標(biāo)簽交換)技術(shù)將傳統(tǒng)光纖由2M帶寬擴(kuò)容到100M，可有效降低成本。目前智能電網(wǎng)光纖通信技術(shù)的主要問題是在架設(shè)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。OPGW光纜在敷設(shè)時具有以下兩種優(yōu)勢:第一，OPGW光纜在敷設(shè)時與地線可復(fù)用架設(shè)，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(yuǎn)距離信息傳輸使用，以確保通信質(zhì)量。其主要缺點(diǎn)是易受雷擊，需附設(shè)防雷擊裝置以對其進(jìn)行保護(hù)。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(shè)時更加便于施工，對輸電線路影響更小;此外，該光纜敷設(shè)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(yīng)用的主要缺點(diǎn)在于電腐蝕情況較為明顯。OPPC光纜目前主要在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用，其主要特點(diǎn)是能夠與相導(dǎo)線復(fù)合使用，借助相導(dǎo)線的高壓對光纜形成天然的保護(hù)，成為OPGW以及ADSS光纜敷設(shè)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(shù)問題
電力通信技術(shù)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(yīng)用的技術(shù)難題也困擾著電力通信技術(shù)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(shù)難以得到應(yīng)用。針對目前電力通信技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)體制上的極大助力。
3.2信息安全技術(shù)問題
智能電網(wǎng)從自身分布式的系統(tǒng)以及終端獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，因而，信息傳輸?shù)陌踩c否直接關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)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(luò)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(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)黑客的攻擊。智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)的重點(diǎn)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(jìn)行傳遞，會造成整個電網(wǎng)運(yùn)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(shè)備接入控制:防止除系統(tǒng)許可的各類電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等之外的設(shè)備接入系統(tǒng)。②數(shù)據(jù)信息認(rèn)證:確認(rèn)系統(tǒng)接收信息來源的合法性和信息完整性。主要技術(shù)手段可采用:第一，對終端各設(shè)備進(jìn)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(rèn)證，確保終端設(shè)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(rèn)技術(shù)，確保系統(tǒng)接收到信息的完整性。
3.3標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)體系遲遲未能完善。智能電網(wǎng)的建設(shè)牽涉到種類繁多的電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，類型多樣，需要構(gòu)建一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系來確保各設(shè)備之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，形成這個標(biāo)準(zhǔn)體系的主要組成包括通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)除了包括BPL標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)體系，以IEEE體系作為基本標(biāo)準(zhǔn)，對電網(wǎng)廣域時間進(jìn)行同步，同時借助PTP等協(xié)議對發(fā)電控制系統(tǒng)進(jìn)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(shè)備種類覆蓋面積大，因此尚未與電氣生產(chǎn)商達(dá)成廣泛共識，形成統(tǒng)一的送用電標(biāo)準(zhǔn)體系，該項(xiàng)工程將會是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)。
4結(jié)語
本文對智能電網(wǎng)信息和通信技術(shù)進(jìn)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(yùn)行特點(diǎn)，著重分析了目前智能電網(wǎng)信息和通信技術(shù)的關(guān)鍵問題，包括通信技術(shù)確保通信暢通、信息安全技術(shù)保證信息完整和及時性以及標(biāo)準(zhǔn)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
