智能电网的网络通信架构及关键技术解析

本文主要采用TE 弹性属性决定在链路故障或结点失效时采取的策略来解析智能电网的网络通信架构及关键技术。

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。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**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。 图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

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