智能電網(wǎng)的概念與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)
建設(shè)信息化、自動化、互動化為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)(Smart Grid,SG)要求健壯的網(wǎng)絡(luò)通信支撐平臺,分布式狀態(tài)可感知能力、先進(jìn)的電表計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)以及實(shí)時的需求響應(yīng)等功能,這些都對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)平臺提出了更高的要求。智能電 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信平臺為電力行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行、輸電、 配電、市場業(yè)務(wù)等多個領(lǐng)域提供服務(wù),需求的多樣 性決定了其構(gòu)成的復(fù)雜性,智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)支撐體系將是一個融合了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合平臺,有多種網(wǎng)絡(luò)成分構(gòu)成,既需要骨干網(wǎng),又需要接入網(wǎng)和 多種駐地網(wǎng),既依賴于企業(yè)專網(wǎng),也離不開公共的 因特網(wǎng),在技術(shù)上,將融合成熟的TCP/IP、MPLS、工業(yè)以太網(wǎng)和新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng),涉及多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 因此,有必要對智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)進(jìn)行研究,明確不同應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
2 、智能電網(wǎng)的框架與概念參考模型中國的智能電網(wǎng)建設(shè)提出了以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架,以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為基礎(chǔ),以通信信息平臺為支撐,以智能控制為手段,包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)的發(fā)展路線,強(qiáng)調(diào)各個領(lǐng)域電力流、信息流和業(yè)務(wù)流的融合,因此,智能電網(wǎng)的框架中各個關(guān)鍵領(lǐng)域的溝通,必然是由網(wǎng)絡(luò)通信為橋梁實(shí)現(xiàn)的。
2009 年9月,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所 (NIST)提出了關(guān)于智能電網(wǎng)互操作標(biāo)準(zhǔn)的框架與路線圖,明確了推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的8 個優(yōu)先發(fā)展領(lǐng) 域:廣域網(wǎng)狀態(tài)可感知、需求響應(yīng)、電能存儲、電力交通、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)通信、先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施和配網(wǎng)管理。其中,有三個領(lǐng)域與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直接相關(guān)。
網(wǎng)絡(luò)安全(Cyber Security) :為保證電子信息系統(tǒng)的保密性、完整性和可用性采取的措施,是保護(hù)和管理智能電網(wǎng)中的電能、信息和通信設(shè)施必須的。
網(wǎng)絡(luò)通信(Network CommunicaTIon) : 要求針對智能電網(wǎng)各個關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用和操作器的網(wǎng)絡(luò)通信需求,實(shí)施和維護(hù)合適的安全和訪問控制手段。該領(lǐng)域覆蓋電力專網(wǎng)和公共網(wǎng)絡(luò)。
先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(Advanced Metering Infrastructure,AMI) :能夠提供雙向通信,既能為多個功能系統(tǒng)所使用,也能使授權(quán)的第三方與用戶設(shè)備和系統(tǒng)**信息,AMI 系統(tǒng)能為用戶提供透明的實(shí)時電價感知功能,也能幫助供電方實(shí)現(xiàn)必要的減負(fù)目標(biāo)。
為了有助于智能電網(wǎng)的規(guī)劃,最終建立一個能夠互操作的網(wǎng)絡(luò)集合,NIST 提出了智能電網(wǎng)的概念參考模型,將智能電網(wǎng)劃分為7 個領(lǐng)域,這7 個領(lǐng)域是: 用戶、 電力市場、 電力市場的運(yùn)行和操作者、供電、運(yùn)行、輸電和配電。
其中,供電部門為終端用戶提供供電服務(wù);用戶不僅是電力系統(tǒng)的終端用戶,也能夠參與發(fā)電、輸電和管理電能的使用,主要分為三類:居民用戶、商業(yè)用戶、工業(yè)用戶;大容量發(fā)電單位既能發(fā)電也可儲電。 這7 個領(lǐng)域覆蓋電力行業(yè)的各個環(huán)節(jié), 每個領(lǐng)域和子領(lǐng)域中的執(zhí)行單元(軟件、硬件設(shè)備和系統(tǒng))通 常需要通過網(wǎng)絡(luò)與其他域的執(zhí)行單元進(jìn)行交互。因此,網(wǎng)絡(luò)平臺在智能電網(wǎng)中起著關(guān)鍵的支撐作用,它用于連通智能電網(wǎng)各個領(lǐng)域。 圖1為智能電網(wǎng)的概念圖參考圖,該圖只是一個概念參考模型,并不是實(shí)際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,因此,雖然圖中網(wǎng)絡(luò)連接的7 個域跨越 不同的安全區(qū),但并沒有指明網(wǎng)絡(luò)隔離元素。
圖1 智能電網(wǎng)的概念參考模型
3 、智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)需求,結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀,對智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系進(jìn)行了梳理。智能電網(wǎng)是復(fù)雜系統(tǒng)的互聯(lián),這也決定了其網(wǎng)絡(luò)支撐平臺是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成,在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上具有復(fù)雜性,在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上具有多樣性,在安全管理、端到端的一致性等方面具有挑戰(zhàn)性。智能電網(wǎng)的不同域因?yàn)闃I(yè)務(wù)需求的不同,對底 層網(wǎng)絡(luò)通信的要求也有不同,因此,迫切需要從智能電網(wǎng)不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)與通信需求出發(fā),對各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分析和定位。
表 1 針對智能電網(wǎng)各領(lǐng)域