0 引言
智能電網(wǎng)是中國電網(wǎng)乃至世界電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向，而建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統是實(shí)現智能電網(wǎng)數據獲取、保護和控制的基礎。隨著(zhù)智能電網(wǎng)在中國的建設發(fā)展，電力系統主干通信網(wǎng)和配電通信網(wǎng)之間的聯(lián)系日趨緊密[1] [2]。電力通信網(wǎng)的建設不但要滿(mǎn)足主網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)需要滿(mǎn)足配網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求。具有通信需求的站點(diǎn)不僅僅是調度中心、變電站、電廠(chǎng)，還包括新能源發(fā)電站、分布式電源、微網(wǎng)、用戶(hù)端等，將對現有電力通信網(wǎng)絡(luò )體系產(chǎn)生較大沖擊。這就要其在建設電力系統通信網(wǎng)時(shí)，要將主網(wǎng)和配網(wǎng)統一考慮，形成主配一體化的建設方案，為智能電網(wǎng)的建設提供通信支撐。
1 電力通信網(wǎng)現狀
電力通信網(wǎng)以MSTP光通信為主，在此基礎上發(fā)展業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)等。光纖通信和電力系統*的電力載波通信、微波通信等作為電網(wǎng)的主要通信手段，并采用衛星通信、公網(wǎng)通信作為應急通信或輔助通信手段[3]。
近年來(lái)，隨著(zhù)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，電力通信網(wǎng)在通信技術(shù)體制、網(wǎng)絡(luò )規模發(fā)生了根本性的變革，光纖、數據網(wǎng)絡(luò )等寬帶通信技術(shù)發(fā)展迅速，成為主流。微波、載波等通信技術(shù)逐步萎縮。目前，繼電保護、安全自動(dòng)裝置、自動(dòng)化已普遍使用光通信技術(shù)，通道的可靠xing極大提高，掙脫了帶寬、時(shí)延、可靠性的束縛，跨區域的控制成為可能，跨系統的監視、分析成為現實(shí)。電流差動(dòng)保護、新EMS系統等新的電網(wǎng)控制技術(shù)得以廣泛推廣。光纖網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍的不斷擴大，為通信網(wǎng)絡(luò )完善架構、提高業(yè)務(wù)承載能力、加強網(wǎng)絡(luò )的可靠性及安全性奠定了堅實(shí)的基礎。
目前傳輸網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現了網(wǎng)、省、地三級互聯(lián)，部分地區已經(jīng)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的問(wèn)題，大大節約了建設成本。
公網(wǎng)通信主要應用在應急通信、農網(wǎng)信息化、配網(wǎng)自動(dòng)化及營(yíng)銷(xiāo)自動(dòng)化以及日常辦公。在應急通信中通過(guò)租用光纖、電路資源作為電網(wǎng)實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)的備用通道;通過(guò)租用電路資源實(shí)現農網(wǎng)信息化;通過(guò)租用公網(wǎng)GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)通信資源解決配變監測、大客戶(hù)負控、低壓集抄等通信問(wèn)題;以及實(shí)現辦公互聯(lián)網(wǎng)接入、辦公電話(huà)外線(xiàn)、傳真、等[4]。
2 電力通信網(wǎng)面臨的挑戰
2.1傳輸網(wǎng)面臨的挑戰
電力通信網(wǎng)面臨智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)帶來(lái)的巨大挑戰，目前主要有以下幾個(gè)方面[5]：
1)傳輸帶寬需求壓力增加。隨著(zhù)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)廣泛使用，全景可視化、遠端呈現、預警、數據容災等業(yè)務(wù)的廣泛應用，信息上行傳輸的需求增加，骨干通信網(wǎng)絡(luò )的調度顆粒、傳輸容量大大增加。
2)對于分組業(yè)務(wù)的支持力度不夠。未來(lái)面臨大容量的分組傳輸需求，MSTP基于SDH技術(shù)，采用剛性管道進(jìn)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(wú)法提供差異性fu務(wù)。
3)通信網(wǎng)絡(luò )的智能化程度不高。目前網(wǎng)絡(luò )資源的統計、端到端業(yè)務(wù)的開(kāi)通*靠人工管理，當傳輸網(wǎng)絡(luò )規模達到一定程度時(shí)，網(wǎng)絡(luò )資源合理分配和管理將面臨挑戰。網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)現在更加關(guān)注業(yè)務(wù)、智能、管理，提升網(wǎng)絡(luò )的管理和維護能力。同時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )需要具備業(yè)務(wù)感知和預警功能，這需要提高通信網(wǎng)絡(luò )的信息化和智能化水平。
4)業(yè)務(wù)多樣性需求增加。電力系統通信業(yè)務(wù)正處于從TDM業(yè)務(wù)為主方向向數據業(yè)務(wù)為主的轉型期，將面臨TDM業(yè)務(wù)與數據業(yè)務(wù)長(cháng)期共存的局面。未來(lái)電力通信需要一種能夠有效傳輸分組業(yè)務(wù)，并提供電信級OAM和保護的分組傳送技術(shù)。
5)配用電通信網(wǎng)基礎薄弱，迫切需要建設配用電通信網(wǎng)。配用電通信網(wǎng)是電網(wǎng)智能化的重要支撐，承載著(zhù)多種智能電網(wǎng)功能，是電網(wǎng)與用戶(hù)的直接通信聯(lián)系接口。由于以往配用電通信需求較小，網(wǎng)絡(luò )復雜，技術(shù)多樣化，多采用公網(wǎng)技術(shù)，無(wú)法滿(mǎn)足雙向通信、高效接入、實(shí)時(shí)、可靠、寬帶等需求。因此配用電通信技術(shù)水平將是智能電網(wǎng)對用戶(hù)的直接印象，也是智能電網(wǎng)建設的重要環(huán)節
6)信息安全保證能力不足。未來(lái)智能電網(wǎng)中可控設備越來(lái)越多，為了避免由于通信層面出現漏洞而使電網(wǎng)受到攻擊，通信網(wǎng)的信息安全則十分重要。
7)QoS保證機制不完善。未來(lái)智能電網(wǎng)中多種智能化業(yè)務(wù)都由通信網(wǎng)進(jìn)行接入，多種業(yè)務(wù)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(wù)的QoS保證機制，以完善業(yè)務(wù)的優(yōu)先級劃分及防止業(yè)務(wù)之間在通信層面相互影響。
為了更好的解決以上問(wèn)題，需要在現有通信體制進(jìn)行優(yōu)化和演進(jìn)。對于電網(wǎng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)企業(yè)Internet、電力信息網(wǎng)、數字化電網(wǎng)、實(shí)時(shí)監控系統的進(jìn)一步建設，傳輸帶寬需求將大大增加，配用電通信網(wǎng)基礎薄弱，現有電力通信網(wǎng)體系架構將面臨挑戰，目前，盡管電力系統關(guān)鍵業(yè)務(wù)對10G\40G和100G業(yè)務(wù)需求不是十分迫切，但網(wǎng)絡(luò )大容量傳輸的需求發(fā)展趨勢不可阻擋[7][8]。
2.2數據網(wǎng)面臨的挑戰
數據網(wǎng)分為調度數據網(wǎng)(主要是調度電話(huà))和綜合數據網(wǎng)(只要是管理和信息化業(yè)務(wù))。不是僅僅包括調度數據網(wǎng)。
為實(shí)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，眾多分布式能源及各類(lèi)用戶(hù)的接入，調度點(diǎn)和用戶(hù)大量增加，網(wǎng)絡(luò )間的聯(lián)系、相關(guān)性更加緊密，系統安全性可靠性更加重要[9][10];電網(wǎng)智能化功能的實(shí)現，需要對電網(wǎng)進(jìn)行大規模、全過(guò)程的監視、控制、分析，電網(wǎng)計算將向動(dòng)態(tài)、超實(shí)時(shí)的方向發(fā)展，大量的電網(wǎng)狀態(tài)信息將通過(guò)電力系統數據網(wǎng)進(jìn)行傳輸與交換，伴隨公司現代化電網(wǎng)建設、信息建設，公司系統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(chǎng)建設的過(guò)程中，各級電力調度交易中心大規模數據中心和應用系統的建設也將大力建設，對電力系統數據網(wǎng)的傳輸容量和可靠性都提出了更高的要求。智能電網(wǎng)中電力二次系統對數據網(wǎng)也提出了新的需求：
1)要求更高的可靠性。電力系統通信專(zhuān)業(yè)更高的保障要求，要求電力系統調度數據網(wǎng)具備更高的網(wǎng)絡(luò )生存性及業(yè)務(wù)恢復能力。
2)對電網(wǎng)各個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)信息的采集，在局部或全網(wǎng)內進(jìn)行電網(wǎng)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)交換，要求電力系統數據網(wǎng)具有更高的綜合接入能力及實(shí)時(shí)性保障。
3)對電網(wǎng)全面監控與管理，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。傳統的變電站與變電站之間基本上沒(méi)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(wǎng)的安全性問(wèn)題。
未來(lái)電力系統新業(yè)務(wù)中大量的信息化業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的帶寬提供能力提出了更高的要求，信息化業(yè)務(wù)已經(jīng)成為電力通信網(wǎng)帶寬的主要消耗業(yè)務(wù)，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;各級骨干節點(diǎn)數據交換的顆粒度增大。
3 主配通信網(wǎng)一體化建設方案
隨著(zhù)智能電網(wǎng)的建設，現有電力通信網(wǎng)將面臨的挑戰，骨干通信網(wǎng)要求具有更多更豐富有效的接入接口，配網(wǎng)通信要求信息的高速傳輸，主配通信網(wǎng)相互滲透，主配通信網(wǎng)將作為一盤(pán)棋統一規劃設計，要求通信技術(shù)、通信介質(zhì)、維護管理、網(wǎng)絡(luò )安全、接口管理、業(yè)務(wù)配置、網(wǎng)絡(luò )互通等均需要整體考慮，從而高效、充分利用通信資源，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)可靠、穩定傳輸要求[11]。因此主配一體化通信將是未來(lái)電力通信網(wǎng)的重要發(fā)展方向。本文主要提出以下兩種設想。
3.1演進(jìn)方案一
省級通信網(wǎng)新建OTN，市級骨干通信網(wǎng)SDH/MSTP與PTN網(wǎng)絡(luò )并存，配網(wǎng)采用PON技術(shù)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)。
該方案具體內容為：
(1)省級通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)選擇500kV變電站和省調中心，采用OTN技術(shù)組網(wǎng)，與廣東現有通信網(wǎng)并存，共同分擔業(yè)務(wù)或相互提供備用通道。省級通信網(wǎng)能夠提供超大帶寬，能夠滿(mǎn)足中長(cháng)期的帶寬需求。待OTN網(wǎng)絡(luò )成網(wǎng)后引入ASON控制平面。
(2)市級通信網(wǎng)可在升級現有通信設備帶寬的同時(shí)，在對IP數據需求較大的站點(diǎn)部署PTN網(wǎng)絡(luò )，解決智能電網(wǎng)下IP數據業(yè)務(wù)的靈活接入和高效處理能力。PTN與SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò )共同為電力業(yè)務(wù)提供通道，PTN主要承載IP數據、視頻、VoIP以及非實(shí)時(shí)性的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)，SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò )主要承載繼電保護、安穩系統、PCM、調度電話(huà)、遠動(dòng)和專(zhuān)線(xiàn)等小顆粒業(yè)務(wù)。同時(shí)，PTN和SDH/MSTP相互備份，提高業(yè)務(wù)的可靠性。
(3)在配網(wǎng)通信中，優(yōu)先采用光纖通信技術(shù)，應用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)復合組網(wǎng)，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)承載多終端點(diǎn)采集與監測信息，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)用于高可靠性、實(shí)時(shí)性要求的控制類(lèi)信息。在光纖無(wú)法應用的場(chǎng)景，應用無(wú)線(xiàn)、電力線(xiàn)載波手段進(jìn)行延伸或應用公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行補充，同時(shí)應避免應用較高水平的配用電功能。3.2演進(jìn)方案二
省級、市級骨干通信網(wǎng)新建OTN，終開(kāi)通ASON控制平面，配網(wǎng)可以租用公網(wǎng)或者采用PON技術(shù)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)光纖化。
該方案具體內容為：
(1)省級通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)選擇500kV變電站和省調中心，采用OTN技術(shù)組網(wǎng)，與廣東現有通信網(wǎng)并存，共同分擔業(yè)務(wù)或相互提供備用通道。傳統的WDM設備可以提供大帶寬，但是沒(méi)有足夠的維護調度能力，如果采用OXC+WDM方式又會(huì )帶來(lái)維護及投資的上升。因此，省級通信網(wǎng)引入OTN將較好地適應寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展。能夠滿(mǎn)足中長(cháng)期的帶寬需求。
(2)市級通信網(wǎng)在220kV和調度中心建設OTN通信網(wǎng)。市級OTN光傳送網(wǎng)除了可以實(shí)現GE/10GE/40GE、2.5G/10G/40G POS等大顆粒電信業(yè)務(wù)傳送外，還可以接入其他寬帶業(yè)務(wù)，如STM-1/4/16/64 SDH、ATM、FE、ESCON、FC等等;對于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以實(shí)現二層匯聚，提高以太通道的帶寬利用率;可實(shí)現波長(cháng)/各種子波長(cháng)業(yè)務(wù)的疏導，實(shí)現波長(cháng)/子波長(cháng)專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)接入;OTN還可組件mesh網(wǎng)絡(luò )，提供高效的保護恢復能力;使傳送網(wǎng)絡(luò )的層次更為清晰。
(3)在配網(wǎng)通信中，優(yōu)先采用光纖通信技術(shù)，應用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)復合組網(wǎng)，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)承載多終端點(diǎn)采集與監測信息，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)用于高可靠性、實(shí)時(shí)性要求的控制類(lèi)信息。在光纖無(wú)法應用的場(chǎng)景，應用無(wú)線(xiàn)、電力線(xiàn)載波手段進(jìn)行延伸或應用公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行補充，同時(shí)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(diǎn)，差異在于市級骨干網(wǎng)的技術(shù)體制不同。
方案一中，省級骨干網(wǎng)的傳輸帶寬滿(mǎn)足中長(cháng)期的業(yè)務(wù)需求，市級骨干網(wǎng)中PTN具有高效的IP數據處理能力，能夠承載各種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，提供不同的QoS服務(wù)，理論上能夠滿(mǎn)足智能電網(wǎng)新業(yè)務(wù)的靈活接入要求。但是目前該技術(shù)標準尚不完善，廠(chǎng)家設備存在較大差異(有基于傳送技術(shù)、有基于以太網(wǎng)技術(shù)、以及雙平面技術(shù)等)，且尚未有大規模成功運行的案例。鑒于電力通信業(yè)務(wù)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(wǎng)將統一技術(shù)體制，為維護、管理帶來(lái)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(wù)，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(chǎng)線(xiàn)路的性能指標及線(xiàn)路距離有重要的限制。在線(xiàn)路設計中需全面考察后確定。OTN實(shí)現了高速傳輸，但對多業(yè)務(wù)的靈活接入支持能力有限。
PTN技術(shù)完善后，方案一將是滿(mǎn)足智能電網(wǎng)分組業(yè)務(wù)靈活接入的理想方案;或者OTN具備多業(yè)務(wù)靈活接入和靈活調度功能后，OTN技術(shù)下沉，方案二將是zhong極解決方案。但是目前看來(lái)，方案一具有良好的發(fā)展前景。
4 結論