繆謙 國電電力建設研究所 北京 100055
Present State and Multi-aim Development of Electric Power Communication Network in China
miao qian
(State Power Corporation of China Electric Power Construction Research Institute)
【摘要】：本文通過對我國電力通信網(wǎng)絡現(xiàn)狀的介紹，結合當今不斷進步以及應用的高新技術，針對電力系統(tǒng)自身情況和特點，從行業(yè)進程角度出發(fā)，給出今后電力通信網(wǎng)絡業(yè)務擴展實施的幾種可行方案。文中同時分析了最新網(wǎng)絡技術的特點及應用前景，并基于目前行業(yè)所處的內(nèi)、外部環(huán)境，闡述了本人對電力通信網(wǎng)絡今后發(fā)展方向及控制、管理運行模式等各方面所做出的構想，并探討其業(yè)務擴充形式和經(jīng)營目標的可能，給出較為具體的運作方式。
【關鍵詞】：通信；電力通信網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)業(yè)務形式；發(fā)展方向及經(jīng)營目標
【中圖分類號】：TN919；TM73 【文獻標識碼】： A
【Abstract】：Present state and characteristic of Electric Power Communication Network in China are introduced in this paper. It is an advanced area which has been widely used in many fields of Power System. In order to enlarge the application field of Electric Power Communication Network, some expanding and applying modes are described. Moreover, based on its progress and the developmental trend of new-style technology, some new schemes are provided in detail in this work. In view of the development of China Power Industry, a solution of control and management is proposed according to the analysis under the inner and external environments. Some tentative Ideas, suggestions and new plans about the application of network technique are also presented and discussed on basis of the above-mentioned premises in this work. We believe that it must be a bright prospect of China Power Industry in the future.
【Keywords】：Communications; Electric Power Communication Network; Data Application Modes ; Developmental Trend and Management
0、前言
近幾年來，經(jīng)濟全球一體化趨勢和迅猛發(fā)展的科技形勢越發(fā)凸顯，強勁的聯(lián)網(wǎng)風潮帶來了廣泛的社會沖擊。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，特別是當前三峽工程機組的陸續(xù)并網(wǎng)發(fā)電，我國電力工業(yè)已經(jīng)進入了全國甚至跨國聯(lián)網(wǎng)階段。為了充分發(fā)揮大電網(wǎng)的優(yōu)越性，提高其運行的可靠性，經(jīng)濟性，與飛速發(fā)展的信息時代相適應，就要求其必須具備高度現(xiàn)代化通信系統(tǒng)、高度安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、高度自動化監(jiān)控系統(tǒng)等多種功能。本文主要針對我國電網(wǎng)通信系統(tǒng)做出較為詳實的闡述與探討。
1、 電力通信網(wǎng)簡介
1.1、概述
電力系統(tǒng)通信網(wǎng)是一種專業(yè)的通信網(wǎng)，是由發(fā)電廠及變電所等各級電力部門相互連接的傳輸系統(tǒng)和設在這些部門的交換系統(tǒng)或終端設備構成，是電網(wǎng)重要組成部分，由電網(wǎng)的結構、運行管理模式、經(jīng)濟性等因素決定。
1.2、電力通信網(wǎng)的主要通信歷程
通信技術經(jīng)歷了從縱橫交換到程控交換、從明線和同軸電纜到光纖傳輸、從模擬網(wǎng)到數(shù)字通信網(wǎng)、從定點通信到移動通信、從主要面向硬件到面向軟件技術的幾大階段變化。我國電力專用通信網(wǎng)也是基于此進程，隨著電網(wǎng)的建設、發(fā)展以及電網(wǎng)自動化水平的不斷提高形成并逐步成長起來的。在60、70年代，電力通信是以音頻、載波、模擬微波等通信方式為主。80年代之后，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字微波、光纖通信、程控交換機等，這也是目前電網(wǎng)通信系統(tǒng)的主要組成單元。到了90年代，我國電力通信裝備水平與日新月異的通信技術發(fā)展相比已顯滯后。隨著信息交流的日益強烈，跨行業(yè)技術交叉與滲透越發(fā)明顯，電力通信作為電力系統(tǒng)的重要基礎設施、系統(tǒng)的神經(jīng)中樞、行業(yè)的高科技先驅(qū)，更應該跟上飛速發(fā)展的時代步伐，率先引領電力科技領域新潮流。
2、 電力通信網(wǎng)主要擴展業(yè)務形式
隨著網(wǎng)絡通信技術在電力行業(yè)內(nèi)的廣泛應用，對我國電力基建、生產(chǎn)和營銷時刻產(chǎn)生著深層的影響。以下簡要介紹一些可以基于我國電力通信網(wǎng)的擴展業(yè)務類型。
2.1、 電網(wǎng)安全監(jiān)視和穩(wěn)定控制方面
電力系統(tǒng)崩潰的根本原因是網(wǎng)絡結構的薄弱性和不合理性，利用測量控制裝置的投入（如：及時定位線路故障點的線路故障測距裝置；實時監(jiān)視通信全網(wǎng)路健康狀況的通信全線路自動監(jiān)視系統(tǒng)等），通過網(wǎng)絡傳遞實時信息，實現(xiàn)在線監(jiān)控。利于迅速排除輸電線路事故，快速恢復故障電網(wǎng)，防止大面積停電。
在電力系統(tǒng)中實施相量控制（phasor control）是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制最直接的方法，通過采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）實現(xiàn)的同步相量測量技術和光纖通信技術使任一變電站均可通過精確時間脈沖給當?shù)販y量的電壓波形以時間標記。通信系統(tǒng)將測量收集匯總處理后，根據(jù)各變電站之間動態(tài)相量變化實施控制。GPS相量測量裝置與常規(guī)RTU相配合，使調(diào)度中心的EMS系統(tǒng)功能從穩(wěn)態(tài)向動態(tài)轉變，將使大電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定和恢復控制成為可能。
2.2、氣象與新能源方面
降水量監(jiān)測裝置：在水電站上游某位置（如：野外無人職守監(jiān)測臺站）進行常年降雨量的采集，給每一個采集點分配相應的網(wǎng)絡地址號或頻點，通過網(wǎng)絡傳遞信息，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析處理。再如，水電站水位網(wǎng)絡報警裝置：當汛期或其它原因使水庫水位異常時可通過網(wǎng)絡自動向下游傳遞實時信息，并提示對策便于宏觀調(diào)控。
雷電觀測系統(tǒng)：由于雷擊是造成線路事故的主要原因，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)建設密度的加大，雷擊故障點的精確定位、軌跡跟蹤及處理難度也隨之提高，就要求我們制定出一整套較為完善的方案，以加強對雷電的實時監(jiān)測。
新型能源發(fā)電技術
太陽能、風能、潮汐等新能源發(fā)電技術實施是今后國家電力進程的一個目標，對新能源的預報及充分利用也是今后電力通信網(wǎng)絡的任務之一。
綜上，隨著電網(wǎng)互聯(lián)工程的展開，應將氣象（包括雷電、降雨、降雪、霧、風力、日照、潮汐等）數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)全面接入，建立國家級監(jiān)測網(wǎng)絡。將采集的樣本數(shù)據(jù)匯總、存檔，組建核心數(shù)據(jù)庫進行分析處理。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分為幾個層次（如：中央單元后臺大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中央單元后臺中小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、專用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地方數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、個人桌面數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，形成總部與分中心的模式），對新能源的開發(fā)利用、電網(wǎng)安全運行均有益處。此應用系統(tǒng)可與國家氣象部門共同協(xié)作開發(fā)及運行維護，充分利用氣象衛(wèi)星采集信號，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨部門的資源共享。據(jù)報道，目前我國氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)已經(jīng)處于世界先進水平，并且氣象信息產(chǎn)品已為國內(nèi)許多行業(yè)和部門提供了大量的專業(yè)性和公益性的服務。
2.3、環(huán)境保護方面
隨著環(huán)境保護力度的加大，要求對火電廠、核電站的排放（包括煙氣、放射線等）實時監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)就地分析處理，并提示采取相應措施；同時通過網(wǎng)絡傳輸，由中央級單元統(tǒng)一備案集中調(diào)控。
GPS系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）等的出現(xiàn)及應用，為電力通信網(wǎng)絡業(yè)務擴展實施提供了可能。特別是允許用戶利用基于Windows環(huán)境下的具有可視化界面的VB、VC等軟件自主二次開發(fā)GPS用戶接收機單元，通過接收機自身的串行通信口傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對雷電、降雨、水位、煙氣、放射線、電磁等的時間、地址、數(shù)量、強度、濃度等各種信息、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。對上述幾項業(yè)務的開展提供了技術上的支持。
2.4、電網(wǎng)商業(yè)化運營方面
隨著電力改革的不斷深化，依托于全國聯(lián)網(wǎng)工程和開放性電力市場的電網(wǎng)商業(yè)化運營方針已經(jīng)逐步形成，具有集成、拓展、安全性的基于國際互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)電子商務系統(tǒng)是今后發(fā)展的必然。電子商務系統(tǒng)以其快捷安全的性能使電力市場的開放交易成為可能，電量的即時交易、用戶的個性定制，既極大的改善了交易與服務，又降低了成本�；邮诫娮由虅掌脚_的建立，其所提供的服務不僅停留在銷售層面上，更主要的是在前期供應鏈層面上，達到信息交換與獲取交相輝映。特別是信息的采定，為國家電網(wǎng)電力市場、區(qū)域電網(wǎng)電力市場和省網(wǎng)電力市場參與者進行投資規(guī)劃大有益處。而且特殊類型機組的上網(wǎng)交易，更為推動綠色和新能源電力市場的發(fā)展盡力。電子商務的實時交易必然需要高速安全的電力通信網(wǎng)絡的支持與承載，并對電力通信網(wǎng)絡環(huán)境及性能提出更加嚴格的要求。
3、電力通信網(wǎng)發(fā)展方向
3.1、通信網(wǎng)絡發(fā)展趨勢
進入90年代以來，高新技術的飛速發(fā)展以及成果的不斷實用化，特別是計算機技術與通信技術取得了驚人的發(fā)展，兩者相互融合、滲透，奠定了現(xiàn)代信息社會的基礎。新技術革命劇烈改變著傳統(tǒng)電信的概念和體系，通信體制正發(fā)生著深刻的變革，現(xiàn)代通信正經(jīng)歷著從信件交換（無連接）發(fā)展到電路交換（面向連接）再到包交換（無連接）的螺旋型上升過程。高速發(fā)展的微電子及計算機技術，多系統(tǒng)協(xié)議的開放及兼容，使通信技術上也發(fā)生著巨大的變化。通信媒質(zhì)、智能技術、光電子技術等的出現(xiàn)及應用，使通信系統(tǒng)向著多功能、多方位、多層次發(fā)展，并且正在方興未艾的發(fā)展著。
未來通信網(wǎng)應向著綜合化、智能化、分組化、個人化、高速、寬帶大容量等方向發(fā)展，同時還要不斷加強網(wǎng)絡傳輸?shù)挠行�、可靠性、安全性（包括定期定時全方位、多層次將網(wǎng)絡的整體、局部各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總、備份，作為系統(tǒng)調(diào)整和擴展、維護的依據(jù)。其中含數(shù)據(jù)災難恢復專題，數(shù)據(jù)通信信息安全、網(wǎng)絡保密技術、計算機病毒的主動攻擊與防護）的開發(fā)研究及建設，各種業(yè)務數(shù)據(jù)綜合同網(wǎng)“擬真”之后的再傳輸，使我們可以遙距的、全維的、實時的了解并掌握信息，做出相應的判斷與處理。
3.2、電力通信網(wǎng)綜合業(yè)務及目標
3.2.1.概述
在技術瞬息萬變的未來環(huán)境中必然要求我們構建一種智能、靈活可靠、易開發(fā)擴展和恢復、支持全新應用模式和業(yè)務、成本低廉的真正的端到端的解決方案。而且網(wǎng)絡必須提供便捷動態(tài)管理、集成分組以及通過一體化解決方案實現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的故障排除功能。隨著技術的變革與市場容量的變化，還應該向著寬頻帶、低時延、高度靈活的組合擴展性、支持高突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸處理、高智能終端方向發(fā)展，使多種通信手段互為補充、備份。業(yè)務上向著具有高保真音頻、高清晰度視頻等多種數(shù)據(jù)傳輸方面拓展。
3.2.2.方案實施構想
針對電力網(wǎng)自身可靠性強、區(qū)域性廣、覆蓋率高、基礎設施豐富的特點以及廣泛的客戶源，今后電力通信網(wǎng)滯留于僅僅滿足系統(tǒng)行政/調(diào)度、自動化控制、繼電保護等基本功能的電力企業(yè)傳統(tǒng)狀況顯然不適應市場經(jīng)濟發(fā)展的要求。今后的電力機構應該不僅僅局限于在其電力網(wǎng)基礎設施上傳送動力，還應該考慮切入網(wǎng)絡服務，自己創(chuàng)建運營級網(wǎng)絡，為企業(yè)自身和其它運營商建立數(shù)據(jù)平臺、提供數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，充分開發(fā)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源優(yōu)勢，發(fā)揮效能。而電力機構自身可以偏重于動力供應與傳輸、負荷管理和提供網(wǎng)絡服務等，而將網(wǎng)絡增值服務留給租用電力網(wǎng)絡的ASP（Application Service Provider）和ISP（Internet Service Provider）。
近來我國信息產(chǎn)業(yè)部出臺了相關政策，標志著我國增值電信市場的全面開放。其強調(diào)在繼續(xù)支持主體電信企業(yè)的同時大力扶植新興的電信企業(yè)，促其發(fā)展，并允許通信專網(wǎng)在進行了公司化改造之后規(guī)范的進入電信市場，形成公平有效的競爭格局。這就為我們提供了一個良好、寬松的外部環(huán)境。適當時考慮電力通信部門作為一個新的電信企業(yè)介入我國通信領域，達成一個與敞開競爭大門之間的平衡關系。據(jù)悉信息產(chǎn)業(yè)部已正式批準國電通信中心的ISP申請，使其可以開展相關電信增值業(yè)務，包括可以開展電路（纖芯、帶寬）租賃業(yè)務等。我個人認為，這只是真正目標實現(xiàn)的第一步，關鍵是要通過ISP經(jīng)營，建立電力系統(tǒng)對外經(jīng)營服務體系，為申請基礎電信業(yè)務打下良好基礎。一旦時機成熟，方案既定，在技術實施上可考慮采取只將部分網(wǎng)絡層次剝離，仍保留運行生產(chǎn)專用通信設施等方案；或也可嘗試將全部電力通信系統(tǒng)剝離，使其成為一個獨立的運營機構。這樣就使它成為一個“超脫”的機構來負責電力市場和通信市場的協(xié)調(diào)與運作，形成電力通信資源跨不同地區(qū)、跨不同主體之間的高效、優(yōu)化配置，以達到效益最大化。而電力通信部門也轉變發(fā)展成為向電力業(yè)主和社會提供多元化服務的信息企業(yè)，成為一個自主經(jīng)營、自負盈虧的法人實體和市場主體。但是由于電力行業(yè)的性質(zhì)決定了具體實施時應該特別加以注意的是：必須要制定承載信息基礎設施的多種安全機制和要求，并加以實時安全審計與監(jiān)控，尤其是網(wǎng)絡對外經(jīng)營部分與內(nèi)部業(yè)務部分應采取物理隔離辦法，內(nèi)部最好也采取按照數(shù)據(jù)業(yè)務類型分離方案，既安全又便于維護與管理。或者內(nèi)部采取同一交換平臺，同一網(wǎng)絡，業(yè)務單列形式。通過一體化網(wǎng)絡平臺中的虛擬調(diào)度機、遠程智能模塊和智能調(diào)度臺實現(xiàn)調(diào)度通信功能，使行政、調(diào)度只是用戶組、類別、權限的不同而已。從具體資源提供方式角度出發(fā)，可以形成路由的轉讓、備用光纖的出租、備用電路的提供等方式。
下面以圖例簡要說明系統(tǒng)安全結構應用實施方案。
3.2.3.具體技術方案
由于目前我國各級電力公司都相繼引進設備對自身通信網(wǎng)絡進行了改進，而且形式各異，考慮到現(xiàn)有設備和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務市場狀況，盡可能保證充分利用現(xiàn)有資源，采用先進成熟技術構造新一代多層結構信息網(wǎng)，就要求新一代電力通信網(wǎng)絡所提供的業(yè)務平臺不但要滿足現(xiàn)存的數(shù)據(jù)格式透明度差、協(xié)議多種且不兼容、業(yè)務處理多樣的功能，還要為將來的網(wǎng)絡規(guī)模擴展及新型業(yè)務的接入提供可能。從現(xiàn)實出發(fā)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡向?qū)拵н^渡及兼容互通考慮，以ATM（Asynchronous Transfer Mode）與IP（Internet Protocol）技術搭建電力綜合業(yè)務數(shù)據(jù)平臺，為網(wǎng)絡提供可靠支持是目前和今后一段時間內(nèi)較好的過渡性解決方案�；贗P的主要聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，中間層使用ATM/IP的分組網(wǎng)，物理層是基于WDM(DWDM)的光傳輸網(wǎng)。雖然兩者將在今后一段時間內(nèi)并存，甚至ATM交換機可能會在網(wǎng)絡邊緣長期存在，但是，基于網(wǎng)絡融合的趨勢和以Internet為代表的IP業(yè)務迅猛發(fā)展勢頭，多協(xié)議、多業(yè)務平臺終將過渡到純IP平臺上。采用具有多層交換能力的多功能千兆交換機為骨干，千兆交換機或百兆交換機為主體，以IP協(xié)議為信息承載協(xié)議，構造一個寬帶IP光纖網(wǎng)必將成為極具發(fā)展前景的網(wǎng)絡建設方案。由于IP網(wǎng)可以依托光纜路由器及新的網(wǎng)絡平臺，具有很大的帶寬，從網(wǎng)絡核心層到邊緣層、接入層等各層的帶寬擴充都已經(jīng)有相應技術支持，雖然IP技術仍然有不足之處，但隨著MPLS（Multi-protocol Label Switching）、流量工程和QoS（Quality of Service）等最新技術的發(fā)展與完善，通過合理設計網(wǎng)絡結構，以IP為基礎的新體制，采用IP優(yōu)化光網(wǎng)絡，建設寬帶IP網(wǎng)是我們今后發(fā)展的必然方向。組網(wǎng)應以方案實施靈活，業(yè)務接入多樣，維護管理集中高效，滾動、平滑拓展充分為原則。
電力系統(tǒng)可以考慮構造一個基于IP網(wǎng)絡技術的Intranet網(wǎng)絡。以國家電網(wǎng)為例，整個電網(wǎng)可以分為若干局域網(wǎng)，只是形式上的差異�？梢园凑諈^(qū)域組網(wǎng)；也可以按照能源類型組網(wǎng)，分成火電、水電、新能源網(wǎng)；還可以按照效能匹配原則組網(wǎng)等。底層各節(jié)點均有相應的完全遵循新型網(wǎng)絡傳輸方式的獨立于任何網(wǎng)絡硬件和網(wǎng)絡配置的邏輯地址號。便于統(tǒng)一控制與管理。方案實施上應采取建立不同中心（如：數(shù)據(jù)中心、通信中心、網(wǎng)絡中心、監(jiān)測中心、指揮調(diào)度中心等）模式，共同構筑良好完整的技術體系。以上設計思路和構想愿與大家共同探討。
4、結論
大電網(wǎng)新業(yè)務的拓展必須依托于堅固的電網(wǎng)結構、先進的通訊網(wǎng)絡、完善的金融、法制系統(tǒng)做支持。因此我們要不斷的提高自身技術和裝備水平，將科技含量更高、技術更全面的成熟成果加以實施，加緊改造現(xiàn)有電力通信基礎設施，逐步完善提高電力通信網(wǎng)架結構，才能使其應用更廣泛，前景更廣闊，為電力行業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。目前我國電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工程，電力基礎設施的加速建設也為我們提供了一次極好的契機，在內(nèi)外部環(huán)境的雙重激勵下，把握機遇，以電力通信的信息產(chǎn)業(yè)化為契機，努力開創(chuàng)電力市場嶄新經(jīng)濟增長點，提高競爭實力和可持續(xù)發(fā)展能力，實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟利益最大化。世紀之交的電力系統(tǒng)的發(fā)展正面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇，而承載于現(xiàn)代高科技技術的電力工業(yè)必將得到不斷創(chuàng)新和發(fā)展，明天的電力工業(yè)會更加美好輝煌。
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作者簡介：1973-，男，漢族，北京人，工程師，在讀碩士，主要從事電力系統(tǒng)機電設備的研發(fā)以及工程應用；電廠環(huán)境保護工程自動化控制系統(tǒng)的研發(fā)；工業(yè)計算機網(wǎng)絡開發(fā)應用等。
