智能電網(wǎng)的概念與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)

1、引言

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