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智能电网的网络通信架构及关键技术解析

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中心议题:
    *  智能电网的网络通信架构
    *  智能电网的关键技术
解决方案:
    *  TE 弹性属性决定在链路故障或结点失效时采取的策略

1引言
 


建设信息化、自动化、互动化为特征的坚强智 能电网(Smart Grid,SG)要求健壮的网络通信支 撑平台,分布式状态可感知能力、先进的电表计量 基础设施(AMI)以及实时的需求响应等功能,这 些都对现有的网络平台提出了更高的要求。智能电 网的网络通信平台为电力行业的生产运行、输电、 配电、市场业务等多个领域提供服务,需求的多样 性决定了其构成的复杂性,智能电网的网络支撑体 系将是一个融合了多种网络技术的综合平台,有多 种网络成分构成,既需要骨干网,又需要接入网和 多种驻地网,既依赖于企业专网,也离不开公共的 因特网,在技术上,将融合成熟的 TCP/IP、MPLS、 工业以太网和新型的无线传感器网络和物联网,涉 及多种网络协议。 因此,有必要对智能电网的网络通信架构进行 研究,明确不同应用领域的关键网络技术。

2 智能电网的框架与概念参考模型

中国的智能电网建设提出了以特高压电网为骨 干网架,以坚强智能电网为基础,以通信信息平台 为支撑,以智能控制为手段,包含电力系统的发电、 输电、变电、配电、用电和调度各个环节的发展路 线,强调各个领域电力流、信息流和业务流的融合, 因此,智能电网的框架中各个关键领域的沟通,必 然是由网络通信为桥梁实现的。 2009 年 9 月 , 美国国家标准与技术研究所 (NIST)提出了关于智能电网互操作标准的框架与 路线图,明确了推进标准化工作的 8 个优先发展领 域:广域网状态可感知、需求响应、电能存储、电 力交通、网络安全、网络通信、先进的计量基础设 施和配网管理 [1] 。其中,有三个领域与网络技术直 接相关。 网络安全(Cyber Security) :为保证电子信息系 统的保密性、完整性和可用性采取的措施,是保护和 管理智能电网中的电能、信息和通信设施必须的。 网络通信(Network Communication) : 要求针对 智能电网各个关键领域的应用和操作器的网络通信 需求,实施和维护合适的安全和访问控制手段。该 领域覆盖电力专网和公共网络。 先进的计量基础设施(Advanced Metering Infrastructure,AMI) :能够提供双向通信,既能为多个功 能系统所使用,也能使授权的第三方与用户设备和系 统交换信息,AMI 系统能为用户提供透明的实时电价 感知功能,也能帮助供电方实现必要的减负目标。 为了有助于智能电网的规划,最终建立一个能 够互操作的网络集合, NIST 提出了智能电网的概念 参考模型,将智能电网划分为 7 个领域,这 7 个领域是: 用户、 电力市场、 电力市场的运行和操作者、 供电、运行、输电和配电。其中,供电部门为终端 用户提供供电服务;用户不仅是电力系统的终端用 户,也能够参与发电、输电和管理电能的使用,主 要分为三类:居民用户、商业用户、工业用户;大 容量发电单位既能发电也可储电。 这 7 个领域覆盖电力行业的各个环节, 每个领域 和子领域中的执行单元(软件、硬件设备和系统)通 常需要通过网络与其他域的执行单元进行交互。因 此,网络平台在智能电网中起着关键的支撑作用,它 用于连通智能电网各个领域。 1 为智能电网的概念图参考图,该图只是一个概念参考模型,并不是实际的 系统结构图,因此,虽然图中网络连接的 7 个域跨越 不同的安全区,但并没有指明网络隔离元素。
 
图1 智能电网的概念参考模型

3 智能电网的网络技术架构

需求,结合当前网络技术的发展和应用现状,对智能电网的网络技术体系进行了梳理。 智能电网是复杂系统的互联,这也决定了其网络支撑平台是多种网络技术的集成,在网络结构上具有复杂性,在网络技术上具有多样性,在安全管 理、端到端的一致性等方面具有挑战性。 智能电网的不同域因为业务需求的不同,对底 层网络通信的要求也有不同,因此,迫切需要从智 能电网不同领域的网络与通信需求出发,对各种网 络技术进行分析和定位。
 
表 1 针对智能电网各领域