现代通信技术在智能电网中的应用

现代通信技术在智能电网中的应用Modern communication technology application in Smart Grid摘要：本文简要介绍了智能电网的相关概念及在我国的发展情况，并简要介绍了几种具体的通信技术以及它们的优点，分析了这些通信技术在智能电网中的具体应用及前景展望。关键词：智能电网；通信技术；IPv6；Zigbee；3G智能电网是世界电网未来的发展趋势，国内外均寄予极大关注。自2006年美国IBM公司提出“Smart Grid”即智能电网解决方案后，国家电网公司也提出了以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信信息和控制技术，构建信息化、自动化、数字化、互动化为特征的中国特色的坚强智能化电网。一、智能电网的概念智能电网（smartgrid）就是把最新的信息化、通讯、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合，形成一个新型电网，实现电力系统的智能化。智能电网可以提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗。智能电网的特点有：自愈、互动、安全、提供更可靠的电能质量、适应所有的电源种类和电能存储方式、可市场化交易、优化电网资源提高运行效率。二、智能电网在我国的发展 智能电网是当前全球电力工业关注的热点，引领了电网的未来发展方向，涉及从发电到用户的整个能源转换和输送链。1近年来，我国电力行业紧密跟踪欧美发达国家电网智能化的发展趋势，着力技术创新，研究与实践并举，在智能电网发展模式、理念和基础理论、技术体系以及智能设备等方面开展了大量卓有成效的研究和探索。我国关于智能电网方面的研究始于2007年10月, 华东电网公司首先启动了智能电网可行性研究项，并规划了从2008年至 2030年的“三步走”战略，即：在2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。2009年5月，在北京召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司正式发布了 “坚强智能电网发展战略”规划，指出2011-2015年将是全面建设智能电网的关键阶段。2010年1月，国家电网公司制定了关于加快推进坚强智能电网建设的意见，确定了建设坚强智能电网的基本原则和总体目标。在2010年3月召开的全国“两会”上，温家宝总理在政府工作报告中强调：“大力发展低碳经济，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。这标志着智能电网建设已成为国家的基本发展战略。三、智能电网中的现代通信技术1、IPv6在智能电网中的应用现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。IPv6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。IPv6具有巨大的地址空间、高度的灵活性和安全性、可动态进行地址分配以及完全的分布式结构等特点2。IPv6可以说是智能电网发展的基础，将来的智能电网，就是要做到每一个相关设备，有一个自己的IP地址，用户可以通过网络访问设备。目前的IPV4受制于资源空间耗竭，已经无法提供更多的IP地址，而IPv6可以让人们拥有几乎无限大的地址空间，这使得从发电、输电、变电、配电、用电和调度的整个过程中所有参与的设备，如智能变压器，智能开关等，包括用户所使用的家用电器都可以有自己的IP地址并且共同纳入到智能电网中，实现电网的双向通信。3作为IPv4的接班人，IPv6现在面临着很尴尬的局面，目前人们还在想尽各种办法延续IPv4的使用寿命，IPv6的推广遇到了巨大的阻力，然而智能电网是一个物联网，用户侧(智能电能表)的应用会把电网也变成一个技术公司，提供基于电量的内容服务。对中国数亿用户的电表进行实时监控，意味着需要数亿个新的IP地址，对IP地址的大量需求，也将促进IPv6的发展。 2、光纤以太网技术在智能电网中的应用光纤以太网指利用在光纤上运行以太网LAN数据包接入SP网络或在SP网络中进行接入。光纤以太网技术的优点包括很多方面，如具有很高的网络效率，高可靠性，且网络安全性和扩充性较好，互操作性强，另外在解决了带宽平行现象的同时实现了带宽的管理，此外由于该项技术的成本较低也为运营商提供了新的业务机会4。目前我国电信运营商使用的多数还是以双绞线为传输介质构成的以太网，以光纤为传输介质的以太网还在发展当中，但由于多千兆的以太网交换机正在用于光纤终端，光纤以太网(IEEE 8023z)正在成为一个公用的载体服务和廉价的互连方法。这一技术在加上MPLS时用于帮助进入数字融合，可以简化需要使用昂贵的数字交叉连接系统。进一步利用光电技术，更有效地使运营商推动光纤深入网络，更好地利用现有的带宽，经济地增加带宽，将目标编程到具体领域，使高效率地提供许多创收的互动服务。目前这项技术已有商业化产品投入运行，在目前及可预见的将来，它还将成为相当多用户对通信技术的主流选择。在具体的工程实践中，光纤以太网技术应用在智能变电站中的智能电气设备组网，比如电子互感器，智能开关等发出的信号都将通过智能变电站内组建的光纤以太网传入智能化保护装置、后台计算机并通过远动工作站传给调度及其他监控设备。3、Zigbee在智能电网中的应用Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。这个协议规定的是一种短距离、低功耗的无线组网通信技术。作为一种面向自动化和无线控制的低速率、低功耗、低价格的无线网络方案，Zigbee的通信速率低于蓝牙，且由电池供电设备提供无线通信功能5。具体来说，Zigbee技术有成本低、功耗低、体积小、网络容量大、时延短、安全、自动配置简单等特点。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE80-2.15.4负责物理层和链路层标准。ZigBee协议栈的构架如图1所示。图1 Zigbee协议栈随着Zigbee技术的日趋成熟，对基于Zigbee的无线传感器技术的研究也越来越深入，有许多电力设备制造公司已经将这种无线传感器技术应用到了具体的工程实践中，比如在一些新建的智能变电站中，为了准确掌握母线的温度，在母线排上装设了基于Zigbee技术的温度传感器。这种传感器的具体结构原理图如图2所示。图2 Zigbee温度传感器结构原理图由于Zigbee技术具有功耗低、体积小等特点，所以这种温度传感器有自身体积小、成本低、高可靠、低功耗、环境适应能力强等诸多优势。这些基于Zigbee技术的温度传感器为我们掌握母线温度提供了很大的方便，相对于以前的测温技术来说，这种传感器无论从准确性、安全性及便利性上都有了巨大的提高。4、第三代无线通信技术（3G）3G技术是3rd Genertation的缩写，指第三代移动通信技术。3G技术的特点主要有：传输速率高、网络带宽高、网络覆盖面积广、网络可靠性高等。3G应用到智能电网优势主要表现在：3G高速的数据传输速度，满足了电力系统大量信息数据传输的要求，高度可靠的数据交互为智能电网开放性地兼容各类设备提供了可靠的通信机制；3G的视频功能将增加电网与需求侧、发电商、环境和谐相处的能力，为其提供完成交易的信息处理平台和物理载体；3G的安全性和可靠性是满足智能电网防御信息攻击，提高信息安全，提高自语能力的重要保证，为智能控制、负荷调度、电力抢修、智能需求侧管理提供了准确可靠、实时的数据信息。 3G在智能电网中将发挥不可替代的作用，例如我们可以利用现有的3G网络在智能变电站中构建先进的智能监控系统，利用3G强大的视频功能，将配网中各种检测终端、变压器等电力设备的监测装置所发出的信息通过视频信号传送到电力系统监控维护人员使用移动PC机或者手机等手持3G终端上，使监控维护人员能够更方便的了解电力设备实时的运行状况6；在一些有线监控设备不能到达或者需花费巨大代价才能到地方我们也可以采用先进3G技术来解决问题。例如目前国内主要采用人工检测故障的方法对线路进行维护，巡线人员工作强度很大，故障检测困难。我们可以利用机器人等载具搭载摄像机等图像采集设备进行线路巡视，并通过3G网络将采集到的数据、图像即时发送到巡检人员的手持3G移动终端上，这样做不仅提高了工作效率，同时也降低了巡检人员的工作强度。目前，我国正在进入3G时代，包括中国移动和中国联通在内的各类商业运营商都在竟先开展3G服务。利用现有的和将来的3G商业运营商的蜂窝数据网络可能是高性价比的解决方案，它可避免建立专门的无线网络所需的大量投资。由于我国政府对3G无线通信的大力支持，3G网络将在未来拥有更大的发展空间，随着其应用范围和领域的扩展，也将可能在智能电网建设中发挥更大的作用。四、结束语现代通信技术在智能电网中的应用前景广阔，但要使之真正能够服务于智能电网并逐渐完善，还有很多问题需要解决。首先，这些通信技术的基础平台要建设好。我国应该向国外学习对IPv6的地址进行统一规划，统一管理，并加强对IPv6地址的储备；我们还应加强对光纤以太网的建设，逐渐对传统以太网进行升级换代，使光纤以太网成为网络建设的主流；虽然我国正在大力发展3G网络，但就目前来看，网络的覆盖面积和资费方面还存在很多问题，普及的程度还不高。其次，随着互联电网不断扩大，电力系统及其关联的控制和通信系统任何一个脆弱部位都会遭到人为或自然的攻击，而导致电力系统灾难性事故发生。然而这些通信技术所构建的通信网路，还存在着许多安全方面的问题，尤其是Zigbee、3G网络，在网络安全方面还需要做更多的工作，提高通信的安全性、抗干扰性，增强智能电网的防御能力。另外，目前智能电网中的通信技术多种多样，标准还不统一，很难大规模通信，但随着各种智能电网行业标准的发展与完善，通信标准会逐步统一，IPv6技术、Zigbee技术等技术将在智能电网中应用的越来越多，真正实现智能电网端到端的通信。参考文献：1刘振亚.智能电网技术.中国电力出版社，2010（01）.2苗新，陈希.智能电网IPv6 地址资源应对策略.3王若黎.关键通信技术在智能电网中的应用J.硅谷,2010(19).4包彤.光纤以太网技术的历史、现状、发展趋势及应用5肖 文，黄虎成，孙茂一等. ZigBee技术在智能电网系统中的应用研究.现代电子技术,2010(13).6沈欢欢，苏宜强，李扬.3G移动通信技术在智能电网中的应用.高科技与产业化,2009(12).Abstract: This paper briefly introduced the smart grid related concepts and development in China, and intr