摘要：為滿足智能電網發(fā)展各階段對電力通信網絡的需求，高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現智能電網數據獲取、保護和控制的基礎，因此建立高質量的通信系統(tǒng)是邁向智能電網的第一步。本文結合電力通信網的現狀和挑戰(zhàn)，提出了電力通信網絡的演進方向和電力通信主配網一體化建設方案，本文成果可以作為電力通信網規(guī)劃建設的參考。

0 引言

智能電網是中國電網乃至世界電網未來的發(fā)展方向，而建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現智能電網數據獲取、保護和控制的基礎。隨著智能電網在中國的建設發(fā)展，電力系統(tǒng)主干通信網和配電通信網之間的聯(lián)系日趨緊密[1] [2]。電力通信網的建設不但要滿足主網的業(yè)務需求，同時需要滿足配網業(yè)務的需求。具有通信需求的站點不僅僅是調度中心、變電站、電廠，還包括新能源發(fā)電站、分布式電源、微網、用戶端等，將對現有電力通信網絡體系產生較大沖擊。這就要其在建設電力系統(tǒng)通信網時，要將主網和配網統(tǒng)一考慮，形成主配一體化的建設方案，為智能電網的建設提供通信支撐。

1 電力通信網現狀

電力通信網以MSTP光通信為主，在此基礎上發(fā)展業(yè)務網和支撐網等。光纖通信和電力系統(tǒng)獨有的電力載波通信、微波通信等作為電網的主要通信手段，并采用衛(wèi)星通信、公網通信作為應急通信或輔助通信手段[3]。

近年來，隨著通信技術的蓬勃發(fā)展，電力通信網在通信技術體制、網絡規(guī)模發(fā)生了根本性的變革，光纖、數據網絡等寬帶通信技術發(fā)展迅速，成為主流。微波、載波等通信技術逐步萎縮。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，通道的可靠性極大提高，掙脫了帶寬、時延、可靠性的束縛，跨區(qū)域的控制成為可能，跨系統(tǒng)的監(jiān)視、分析成為現實。電流差動保護、新EMS系統(tǒng)等新的電網控制技術得以廣泛推廣。光纖網絡覆蓋范圍的不斷擴大，為通信網絡完善架構、提高業(yè)務承載能力、加強網絡的可靠性及安全性奠定了堅實的基礎。

目前傳輸網、業(yè)務網和支撐網已經實現了網、省、地三級互聯(lián)，部分地區(qū)已經延伸到縣級單位。通信資源得以共享，有效緩解了同一變電站重復建設通信系統(tǒng)的問題，大大節(jié)約了建設成本。

公網通信主要應用在應急通信、農網信息化、配網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、電路資源作為電網實時控制業(yè)務的備用通道;通過租用電路資源實現農網信息化;通過租用公網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;以及實現辦公互聯(lián)網接入、辦公電話外線、傳真、移動電話等[4]。

2 電力通信網面臨的挑戰(zhàn)

2.1傳輸網面臨的挑戰(zhàn)

電力通信網面臨智能電網業(yè)務帶來的巨大挑戰(zhàn)，目前主要有以下幾個方面[5]：

1)傳輸帶寬需求壓力增加。隨著智能電網業(yè)務廣泛使用，全景可視化、遠端呈現、預警、數據容災等業(yè)務的廣泛應用，信息上行傳輸的需求增加，骨干通信網絡的調度顆粒、傳輸容量大大增加。

2)對于分組業(yè)務的支持力度不夠。未來面臨大容量的分組傳輸需求，MSTP基于SDH技術，采用剛性管道進行數據傳輸，對于大量高速分組數據信號(GE以上)效率低，成本高，無法提供差異性服務。

3)通信網絡的智能化程度不高。目前網絡資源的統(tǒng)計、端到端業(yè)務的開通完全靠人工管理，當傳輸網絡規(guī)模達到一定程度時，網絡資源合理分配和管理將面臨挑戰(zhàn)。網絡演進現在更加關注業(yè)務、智能、管理，提升網絡的管理和維護能力。同時通信網絡需要具備業(yè)務感知和預警功能，這需要提高通信網絡的信息化和智能化水平。

4)業(yè)務多樣性需求增加。電力系統(tǒng)通信業(yè)務正處于從TDM業(yè)務為主方向向數據業(yè)務為主的轉型期，將面臨TDM業(yè)務與數據業(yè)務長期共存的局面。未來電力通信需要一種能夠有效傳輸分組業(yè)務，并提供電信級OAM和保護的分組傳送技術。

5)配用電通信網基礎薄弱，迫切需要建設配用電通信網。配用電通信網是電網智能化的重要支撐，承載著多種智能電網功能，是電網與用戶的直接通信聯(lián)系接口。由于以往配用電通信需求較小，網絡復雜，技術多樣化，多采用公網技術，無法滿足雙向通信、高效接入、實時、可靠、寬帶等需求。因此配用電通信技術水平將是智能電網對用戶的最直接印象，也是智能電網建設的重要環(huán)節(jié)

6)信息安全保證能力不足。未來智能電網中可控設備越來越多，為了避免由于通信層面出現漏洞而使電網受到攻擊，通信網的信息安全則十分重要。

7)QoS保證機制不完善。未來智能電網中多種智能化業(yè)務都由通信網進行接入，多種業(yè)務的通信性能、可靠性、安全性等級均不相同，必須具有針對業(yè)務的QoS保證機制，以完善業(yè)務的優(yōu)先級劃分及防止業(yè)務之間在通信層面相互影響。

為了更好的解決以上問題，需要在現有通信體制進行優(yōu)化和演進。對于電網企業(yè)來說，隨著企業(yè)Internet、電力信息網、數字化電網、實時監(jiān)控系統(tǒng)的進一步建設，傳輸帶寬需求將大大增加，配用電通信網基礎薄弱，現有電力通信網體系架構將面臨挑戰(zhàn)，目前，盡管電力系統(tǒng)關鍵業(yè)務對10G\40G和100G業(yè)務需求不是十分迫切，但網絡大容量傳輸的需求發(fā)展趨勢不可阻擋[7][8]。

2.2數據網面臨的挑戰(zhàn)

數據網分為調度數據網(主要是調度電話)和綜合數據網(只要是管理和信息化業(yè)務)。不是僅僅包括調度數據網。

為實現智能化調度及配用電，面向的調度對象將是更大范圍的復雜系統(tǒng)，眾多分布式能源及各類用戶的接入，調度點和用戶大量增加，網絡間的聯(lián)系、相關性更加緊密，系統(tǒng)安全性可靠性更加重要[9][10];電網智能化功能的實現，需要對電網進行大規(guī)模、全過程的監(jiān)視、控制、分析，電網計算將向動態(tài)、超實時的方向發(fā)展，大量的電網狀態(tài)信息將通過電力系統(tǒng)數據網進行傳輸與交換，伴隨公司現代化電網建設、信息建設，公司系統(tǒng)需逐漸形成指揮暢通、運作靈活的信息化工作平臺;在電力市場建設的過程中，各級電力調度交易中心大規(guī)模數據中心和應用系統(tǒng)的建設也將大力建設，對電力系統(tǒng)數據網的傳輸容量和可靠性都提出了更高的要求。智能電網中電力二次系統(tǒng)對數據網也提出了新的需求：

1)要求更高的可靠性。電力系統(tǒng)通信專業(yè)更高的保障要求，要求電力系統(tǒng)調度數據網具備更高的網絡生存性及業(yè)務恢復能力。

2)對電網各個節(jié)點進行狀態(tài)信息的采集，在局部或全網內進行電網狀態(tài)信息的實時交換，要求電力系統(tǒng)數據網具有更高的綜合接入能力及實時性保障。

3)對電網全面監(jiān)控與管理，將有更多的數據匯集到調度中心，大量數據的傳輸需要更高的帶寬保障。

4)變電站之間需要大量的數據交換。傳統(tǒng)的變電站與變電站之間基本上沒有數據交換，站站之間僅僅傳輸數據量很小的保護及安控信息。

5)數據網的安全性問題。

未來電力系統(tǒng)新業(yè)務中大量的信息化業(yè)務對通信網的帶寬提供能力提出了更高的要求，信息化業(yè)務已經成為電力通信網帶寬的主要消耗業(yè)務，并且呈現逐年遞增的趨勢;大量與公司現代化建設的新應用：視頻應用、數據中心、容災中心等的建設，要求具有高帶寬支撐;各級骨干節(jié)點數據交換的顆粒度增大。

3 主配通信網一體化建設方案

隨著智能電網的建設，現有電力通信網將面臨的挑戰(zhàn)，骨干通信網要求具有更多更豐富有效的接入接口，配網通信要求信息的高速傳輸，主配通信網相互滲透，主配通信網將作為一盤棋統(tǒng)一規(guī)劃設計，要求通信技術、通信介質、維護管理、網絡安全、接口管理、業(yè)務配置、網絡互通等均需要整體考慮，從而高效、充分利用通信資源，滿足業(yè)務可靠、穩(wěn)定傳輸要求[11]。因此主配一體化通信將是未來電力通信網的重要發(fā)展方向。本文主要提出以下兩種設想。

3.1演進方案一

省級通信網新建OTN，市級骨干通信網SDH/MSTP與PTN網絡并存，配網采用PON技術和無線技術。主配通信網一體化演進方案一的示意圖如下圖1所示：

圖1 主配通信網一體化演進方案一

該方案具體內容為：

(1)省級通信網網絡節(jié)點選擇500kV變電站和省調中心，采用OTN技術組網，與廣東現有通信網并存，共同分擔業(yè)務或相互提供備用通道。省級通信網能夠提供超大帶寬，能夠滿足中長期的帶寬需求。待OTN網絡成網后引入ASON控制平面。

(2)市級通信網可在升級現有通信設備帶寬的同時，在對IP數據需求較大的站點部署PTN網絡，解決智能電網下IP數據業(yè)務的靈活接入和高效處理能力。PTN與SDH/MSTP網絡共同為電力業(yè)務提供通道，PTN主要承載IP數據、視頻、VoIP以及非實時性的網絡業(yè)務，SDH/MSTP網絡主要承載繼電保護、安穩(wěn)系統(tǒng)、PCM、調度電話、遠動和專線等小顆粒業(yè)務。同時，PTN和SDH/MSTP相互備份，提高業(yè)務的可靠性。

(3)在配網通信中，優(yōu)先采用光纖通信技術，應用無源光網絡和工業(yè)以太網技術復合組網，無源光網絡技術承載多終端點采集與監(jiān)測信息，工業(yè)以太網技術用于高可靠性、實時性要求的控制類信息。在光纖無法應用的場景，應用無線、電力線載波手段進行延伸或應用公網無線通信技術進行補充，同時應避免應用較高水平的配用電功能。3.2演進方案二

省級、市級骨干通信網新建OTN，最終開通ASON控制平面，配網可以租用公網或者采用PON技術和無線技術光纖化。主配通信網一體化演進方案二的示意圖如下圖2所示：

圖2主配通信網一體化演進方案二

該方案具體內容為：

(1)省級通信網網絡節(jié)點選擇500kV變電站和省調中心，采用OTN技術組網，與廣東現有通信網并存，共同分擔業(yè)務或相互提供備用通道。傳統(tǒng)的WDM設備可以提供大帶寬，但是沒有足夠的維護調度能力，如果采用OXC+WDM方式又會帶來維護及投資的上升。因此，省級通信網引入OTN將較好地適應寬帶業(yè)務的發(fā)展。能夠滿足中長期的帶寬需求。

(2)市級通信網在220kV和調度中心建設OTN通信網。市級OTN光傳送網除了可以實現GE/10GE/40GE、2.5G/10G/40G POS等大顆粒電信業(yè)務傳送外，還可以接入其他寬帶業(yè)務，如STM-1/4/16/64 SDH、ATM、FE、ESCON、FC等等;對于以太網業(yè)務可以實現二層匯聚，提高以太通道的帶寬利用率;可實現波長/各種子波長業(yè)務的疏導，實現波長/子波長專線業(yè)務接入;OTN還可組件mesh網絡，提供高效的保護恢復能力;使傳送網絡的層次更為清晰。

(3)在配網通信中，優(yōu)先采用光纖通信技術，應用無源光網絡和工業(yè)以太網技術復合組網，無源光網絡技術承載多終端點采集與監(jiān)測信息，工業(yè)以太網技術用于高可靠性、實時性要求的控制類信息。在光纖無法應用的場景，應用無線、電力線載波手段進行延伸或應用公網無線通信技術進行補充，同時應避免應用較高水平的配用電功能。

3.3方案比較

方案一與方案二各有優(yōu)勢和缺點，差異在于市級骨干網的技術體制不同。

方案一中，省級骨干網的傳輸帶寬滿足中長期的業(yè)務需求，市級骨干網中PTN具有高效的IP數據處理能力，能夠承載各種類型的業(yè)務，提供不同的QoS服務，理論上能夠滿足智能電網新業(yè)務的靈活接入要求。但是目前該技術標準尚不完善，廠家設備存在較大差異(有基于傳送技術、有基于以太網技術、以及雙平面技術等)，且尚未有大規(guī)模成功運行的案例。鑒于電力通信業(yè)務的安全可靠性要求，建議短期內暫不采用方案一。

方案二中，全網將統(tǒng)一技術體制，為維護、管理帶來了便捷性，但是OTN的大顆粒調度始終不適合電力通信業(yè)務，另外OTN受光纖衰減、色散、偏振模色散及光信噪比等因素影響，對現場線路的性能指標及線路距離有重要的限制。在線路設計中需全面考察后確定。OTN實現了高速傳輸，但對多業(yè)務的靈活接入支持能力有限。

PTN技術完善后，方案一將是滿足智能電網分組業(yè)務靈活接入的理想方案;或者OTN具備多業(yè)務靈活接入和靈活調度功能后，OTN技術下沉，方案二將是終極解決方案。但是目前看來，方案一具有良好的發(fā)展前景。

4 結論

電力系統(tǒng)業(yè)務對網絡傳送能力的迫切需求是網絡技術發(fā)展、網絡建設的根本動力，電力通信網做為基礎的承載網絡必須適應上層業(yè)務的轉型和發(fā)展。智能電網的對現有電力通信網絡體系產生巨大沖擊，提出了更高的要求。骨干通信網要求具有更多更豐富有效的接入接口，配網通信要求信息的高速傳輸，主配通信網相互滲透，主配通信網一體化將是未來電力通信網的重要發(fā)展方向。

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