智能电网中通信网络规划与优化方法

刘堃

摘要：随着智能电网的发展，先进的信息和通信技术与电为网络深入融合，形成了为电网运营提供强力支撑的智能电网通信网络。与公共通信网相比，智能电网通信网络在经济性、可靠性、安全性等方面都出了更高的要求。为满足这些要求，需要对智能电网通信网络进行合理的规划和优化，使通信网络建设能够全面、均衡的考虑各类因素和指标，从而更好的支撑智能电网运营。研究智能电网的通信网络规划与优化方法具有非常重要的意义。

关键词：智能电网；通信网络规划；优化方法

智能电网中的通信网络是在传统电力通信网基础上发展起来的高速、双向、集成的专用通信网络。随着电网规模的扩大和电力信息化建设的加速进行，信息通信网络全面覆盖了发、输、配、用电等各个方面，用化及时采集准确的信息，为电力用户提供持续、可靠的操作。信息通信网络是智能电网的重要组成部分，是实现电网安全、可靠、经济、高效运行的基础。

1.智能电网通信网络概述

智能电网（SmartGrid）物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

智能电网通信网络是在传统电力通信网的基础上发展起来的高速、双向、集成的专用通信网络，它是智能电网的重要基础设施。智能电网中的广域测量系统（WideAreaMeasurementSystem，WAMS）、广域保护系统（WideAreaProtectionSystem，WAPS）、广域控制系统（WideAreaControlSystem，WACS）等都依赖于通信网络。

2.智能电网现状

当前电力通信网建设取得了一定成果，但也存在着一些问题，如在建设初期缺乏整体规划，通信建设主要为速度型、粗放型，缺乏对全网发展细致、周详的规划、协调，对业务需求分析深度不够，通信网络建设滞后于电力网络等。随着智能电网业务网络化、互动化、开放化的层次逐步提高，上述问题的弊端逐渐显现。当前电力通信网己无法满足新情势下智能电网的需求，具体体现在以下三个方面。

（1）提高通信网络可靠性的需求。通信技术在智能电网中的作用越来越重要，各类业务的运行及电力供应愈发依赖于信息数据。由通信网络故障引起的数据丢失会造成巨大经济损失。

（2）降低运营成本，促进通信资源高效利用的需求。为满足日益增长的智能电网业务需求，大量通信设备部署于电力网络，使得网络的建设、运营、维护成本大大提高。故需要对通信资源进行优化整合，提高网络经济性。

（3）面向用户，提高互动化的需求。提高运营效率，降低电力价格，加强与用户互动是智能电网建设的重点之一。通信网络的建设应满足以用户为中心，以业务为导向的组网原则。

3.智能电网中通信网络规划与优化方法

3.1基于多目标联合的电力光传输网线路规划

随着智能电网进一步发展，网络规模不断扩大，新业务、新设备的引进给电力光传输网提出了更髙的需求，也使得现有网络的一些问题逐渐凸显：一是110千伏以下站点的光纤覆盖率水平低，部分地区仍采用租用公网通信方式解决35千伏变电站通信接入问题，这势必会对通信网容灾能力、无人值班模式推行、调度数据专网覆盖等工作形成制约，难以满足智能电网中坚强可靠的要求；二是部分光缀存在纤芯紧张，运行可靠性低等问题；三是个别光绳承载保护、安控业务过重，光缆检修或故障将造成多条保护通道中断，电网安全运行风险较大。因此，电为光传输网亟需进行升级和扩建。为保证建成的网络满足智能电网的需求，需要在前期进行科学合理的规划设计。在进行线路规划时，首先需要考虑网络可靠性。网络可靠性可从两个层面考虑，一是底层物理架构的可靠性，如拓扑结构、设备和链路自身可靠性等；二是上层业务的可靠性，如业务最短路径、冗余路由保护等。底层架构为上层业务提供支撑，是上层业务的基础和前提，因此需要首先进行规划设计。

3.2基于可靠性的配电通信网网关选址规划

在配电通信网中，电力线通信（PLC）技术由于能够利用现有电力线传输数据和媒体信号，无需额外新建通信链路，具有很高的经济性和安全性，从而受到广泛关注和应巧。其中，PLC网关负责配电侧网络和上层数据中屯、之间的信息交互，其数量和位置对网络可靠性和经济性有重要影响。一方面，如果PLC网关数量过少，会使数据从终端节点传输至PLC网关的跳数过多，降低网络可靠性；另一方面，如果PLC网关数量过多，不仅会导致不必要的资源冗余、利用率降低，还会提高网络的建设和维护成本，致使网络经济性变差。因此，合理规划部署PLC网关是建设经济可靠的PLC网络的关键。

3.3时延可控的配电通信网网关选址优化

除经济性、可靠性和N-1原则外，时延是配电通信网规划需要考虑的另一个重要指标。配电通信网承载了大量智能电网业务，不同种类的业务对时延的要求不同，如保护控制类业务要求时延低于20毫秒，数据采集类业务要求时延低于200毫秒，而视频类业务则要求时延低于1000毫秒。在配电通信网中，网关的数量和位置会对时延产生重要影响。因此，为满足不同业务的时延需求，保证智能电网业务的实时性，需要进一步研究时延可控的配电通信网网关选址优化方法。

3.4基于需求响应的用电通信网冗余优化

在通信网络中，由于数据集中器（DC）是用户侧和上层数据中也的交汇点，若一个DC发生故障将会导致多个用户或智能电表的信息数据无法发送至上层数据中心，对各类智能电网业务的正常运行带来极大影响。因此，为提升网络的容灾能力，降低由节点故障造成的经济损失，需要对DC进行冗余部署。一方面，若网络中存在着过多冗余DC，会大大提高网络的建设成本和运营成本，并造成不必要的资源浪费；另一方面；若冗余配置不足，将无法达到数据保护、降低风险成本的目的。

4．结论

综上所述，本文所提出的各种规划优化方法可提高通信网络可靠性和经济性，从而达到智能电网的目标和要求。在电力骨干通信网方面，研究光传输网的光缆线路部署规划方法。在配电通信网方面，研究PLC网络中的网关选址规划优化方法。在用电通信网方面，研究AMI体系中的数据集中器冗余优化方法。

参考文献：

[1]曹军威．智能电网信息系统体系结构研究[J].化计算机学报，2013，36：143-167；

[2]梁雄健.通信网规划理论与实务[M]．北京北京邮电大学出版化，2006.