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絡現狀的介紹，結合當今不斷進步以及應用的高新技術，針對電力系統自身情況和特點，從行業進程角度出發，給出今后電力通信網絡業務擴展實施的幾種可行方案。文中同時分析了最新網絡技術的特點及應用前景，并基于目前行業所處的內、外部環境，闡述了本人對電力通信網絡今后發展方向及控制、管理運行模式等各方面所做出的構想，并探討其業務擴充形式和經營目標的可能，給出較為具體的運作方式。
【關鍵詞】：通信；電力通信網絡；數據業務形式；發展方向及經營目標
【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，經濟全球一體化趨勢和迅猛發展的科技形勢越發凸顯，強勁的聯網風潮帶來了廣泛的社會沖擊。隨著我國電力工業的發展，特別是當前三峽工程機組的陸續并網發電，我國電力工業已經進入了全國甚至跨國聯網階段。為了充分發揮大電網的優越性，提高其運行的可靠性，經濟性，與飛速發展的信息時代相適應，就要求其必須具備高度現代化通信系統、高度安全穩定控制系統、高度自動化監控系統等多種功能。本文主要針對我國電網通信系統做出較為詳實的闡述與探討。
1、 電力通信網簡介
1.1、概述
電力系統通信網是一種專業的通信網，是由發電廠及變電所等各級電力部門相互連接的傳輸系統和設在這些部門的交換系統或終端設備構成，是電網重要組成部分，由電網的結構、運行管理模式、經濟性等因素決定。
1.2、電力通信網的主要通信歷程
通信技術經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、從模擬網到數字通信網、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也是基于此進程，隨著電網的建設、發展以及電網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，隨著大規模集成電路的發展，出現了數字微波、光纖通信、程控交換機等，這也是目前電網通信系統的主要組成單元。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展相比已顯滯后。隨著信息交流的日益強烈，跨行業技術交叉與滲透越發明顯，電力通信作為電力系統的重要基礎設施、系統的神經中樞、行業的高科技先驅，更應該跟上飛速發展的時代步伐，率先引領電力科技領域新潮流。
2、 電力通信網主要擴展業務形式
隨著網絡通信技術在電力行業內的廣泛應用，對我國電力基建、生產和營銷時刻產生著深層的影響。以下簡要介紹一些可以基于我國電力通信網的擴展業務類型。
2.1、 電網安全監視和穩定控制方面
電力系統崩潰的根本原因是網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；實時監視通信全網路健康狀況的通信全線路自動監視系統等），通過網絡傳遞實時信息，實現在線監控。利于迅速排除輸電線路事故，快速恢復故障電網，防止大面積停電。
在電力系統中實施相量控制（phasor control）是電力系統穩定控制最直接的方法，通過采用全球衛星定位系統GPS（Global Positioning System）實現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地測量的電壓波形以時間標記。通信系統將測量收集匯總處理后，根據各變電站之間動態相量變化實施控制。GPS相量測量裝置與常規RTU相配合，使調度中心的EMS系統功能從穩態向動態轉變，將使大電力系統的全局穩定和恢復控制成為可能。
2.2、氣象與新能源方面
降水量監測裝置：在水電站上游某位置（如：野外無人職守監測臺站）進行常年降雨量的采集，給每一個采集點分配相應的網絡地址號或頻點，通過網絡傳遞信息，進行數據統一分析處理。再如，水電站水位網絡報警裝置：當汛期或其它原因使水庫水位異常時可通過網絡自動向下游傳遞實時信息，并提示對策便于宏觀調控。
雷電觀測系統：由于雷擊是造成線路事故的主要原因，隨著電力工業的發展，電網建設密度的加大，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測。
新型能源發電技術
太陽能、風能、潮汐等新能源發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絡的任務之一。
綜上，隨著電網互聯工程的展開，應將氣象（包括雷電、降雨、降雪、霧、風力、日照、潮汐等）數據信息系統全面接入，建立國家級監測網絡。將采集的樣本數據匯總、存檔，組建核心數據庫進行分析處理。數據庫系統可分為幾個層次（如：中央單元后臺大型數據庫系統、中央單元后臺中小型數據庫系統、專用數據庫系統、地方數據庫系統、個人桌面數據庫系統等，形成總部與分中心的模式），對新能源的開發利用、電網安全運行均有益處。此應用系統可與國家氣象部門共同協作開發及運行維護，充分利用氣象衛星采集信號，實現跨行業、跨部門的資源共享。據報道，目前我國氣象衛星觀測系統已經處于世界先進水平，并且氣象信息產品已為國內許多行業和部門提供了大量的專業性和公益性的服務。
2.3、環境保護方面
隨著環境保護力度的加大，要求對火電廠、核電站的排放（包括煙氣、放射線等）實時監測。監測系統將采集的數據就地分析處理，并提示采取相應措施；同時通過網絡傳輸，由中央級單元統一備案集中調控。
GPS系統、地理信息系統（GIS）、遙感技術（RS）等的出現及應用，為電力通信網絡業務擴展實施提供了可能。特別是允許用戶利用基于Windows環境下的具有可視化界面的VB、VC等軟件自主二次開發GPS用戶接收機單元，通過接收機自身的串行通信口傳輸數據，實現對雷電、降雨、水位、煙氣、放射線、電磁等的時間、地址、數量、強度、濃度等各種信息、數據的實時監測。對上述幾項業務的開展提供了技術上的支持。
2.4、電網商業化運營方面
隨著電力改革的不斷深化，依托于全國聯網工程和開放性電力市場的電網商業化運營方針已經逐步形成，具有集成、拓展、安全性的基于國際互聯網的企業電子商務系統是今后發展的必然。電子商務系統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。互動式電子商務平臺的建立，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，為國家電網電力市場、區域電網電力市場和省網電力市場參與者進行投資規劃大有益處。而且特殊類型機組的上網交易，更為推動綠色和新能源電力市場的發展盡力。電子商務的實時交易必然需要高速安全的電力通信網絡的支持與承載，并對電力通信網絡環境及性能提出更加嚴格的要求。
3、電力通信網發展方向
3.1、通信網絡發展趨勢
進入90年代以來，高新技術的飛速發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展，兩者相互融合、滲透，奠定了現代信息社會的基礎。新技術革命劇烈改變著傳統電信的概念和體系，通信體制正發生著深刻的變革，現代通信正經歷著從信件交換（無連接）發展到電路交換（面向連接）再到包交換（無連接）的螺旋型上升過程。高速發展的微電子及計算機技術，多系統協議的開放及兼容，使通信技術上也發生著巨大的變化。通信媒質、智能技術、光電子技術等的出現及應用，使通信系統向著多功能、多方位、多層次發展，并且正在方興未艾的發展著。
未來通信網應向著綜合化、智能化、分組化、個人化、高速、寬帶大容量等方向發展，同時還要不斷加強網絡傳輸的有效性、可靠性、安全性（包括定期定時全方位、多層次將網絡的整體、局部各種數據統計、匯總、備份，作為系統調整和擴展、維護的依據。其中含數據災難恢復專題，數據通信信息安全、網絡保密技術、計算機病毒的主動攻擊與防護）的開發研究及建設，各種業務數據綜合同網“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、電力通信網綜合業務及目標
3.2.1.概述
在技術瞬息萬變的未來環境中必然要求我們構建一種智能、靈活可靠、易開發擴展和恢復、支持全新應用模式和業務、成本低廉的真正的端到端的解決方案。而且網絡必須提供便捷動態管理、集成分組以及通過一體化解決方案實現協調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、支持高突發性數據傳輸處理、高智能終端方向發展，使多種通信手段互為補充、備份。業務上向著具有高保真音頻、高清晰度視頻等多種數據傳輸方面拓展。
3.2.2.方案實施構想
針對電力網自身可靠性強、區域性廣、覆蓋率高、基礎設施豐富的特點以及廣泛的客戶源，今后電力通信網滯留于僅僅滿足系統行政/調度、自動化控制、繼電保護等基本功能的電力企業傳統狀況顯然不適應市場經濟發展的要求。今后的電力機構應該不僅僅局限于在其電力網基礎設施上傳送動力，還應該考慮切入網絡服務，自己創建運營級網絡，為企業自身和其它運營商建立數據平臺、提供數據傳輸業務，充分開發利用現有網絡資源優勢，發揮效能。而電力機構自身可以偏重于動力供應與傳輸、負荷管理和提供網絡服務等，而將網絡增值服務留給租用電力網絡的ASP（Application Service Provider）和ISP（Internet Service Provider）。
近來我國信息產業部出臺了相關政策，標志著我國增值電信市場的全面開放。其強調在繼續支持主體電信企業的同時大力扶植新興的電信企業，促其發展，并允許通信專網在進行了公司化改造之后規范的進入電信市場，形成公平有效的競爭格局。這就為我們提供了一個良好、寬松的外部環境。適當時考慮電力通信部門作為一個新的電信企業介入我國通信領域，達成一個與敞開競爭大門之間的平衡關系。據悉信息產業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務，包括可以開展電路（纖芯、帶寬）租賃業務等。我個人認為，這只是真正目標實現的第一步，關鍵是要通過ISP經營，建立電力系統對外經營服務體系，為申請基礎電信業務打下良好基礎。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絡層次剝離，仍保留運行生產專用通信設施等方案；或也可嘗試將全部電力通信系統剝離，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調與運作，形成電力通信資源跨不同地區、跨不同主體之間的高效、優化配置，以達到效益最大化。而電力通信部門也轉變發展成為向電力業主和社會提供多元化服務的信息企業，成為一個自主經營、自負盈虧的法人實體和市場主體。但是由于電力行業的性質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控，尤其是網絡對外經營部分與內部業務部分應采取物理隔離辦法，內部最好也采取按照數據業務類型分離方案，既安全又便于維護與管理。或者內部采取同一交換平臺，同一網絡，業務單列形式。通過一體化網絡平臺中的虛擬調度機、遠程智能模塊和智能調度臺實現調度通信功能，使行政、調度只是用戶組、類別、權限的不同而已。從具體資源提供方式角度出發，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絡進行了改進，而且形式各異，考慮到現有設備和傳統數據通信業務市場狀況，盡可能保證充分利用現有資源，采用先進成熟技術構造新一代多層結構信息網，就要求新一代電力通信網絡所提供的業務平臺不但要滿足現存的數據格式透明度差、協議多種且不兼容、業務處理多樣的功能，還要為將來的網絡規模擴展及新型業務的接入提供可能。從現實出發，在現有網絡向寬帶過渡及兼容互通考慮，以ATM（Asynchronous Transfer Mode）與IP（Internet Protocol）技術搭建電力綜合業務數據平臺，為網絡提供可靠支持是目前和今后一段時間內較好的過渡性解決方案。基于IP的主要聯網協議，中間層使用ATM/IP的分組網，物理層是基于WDM(DWDM)的光傳輸網。雖然兩者將在今后一段時間內并存，甚至ATM交換機可能會在網絡邊緣長期存在，但是，基于網絡融合的趨勢和以Internet為代表的IP業務迅猛發展勢頭，多協議、多業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協議為信息承載協議，構造一個寬帶IP光纖網必將成為極具發展前景的網絡建設方案。由于IP網可以依托光纜路由器及新的網絡平臺，具有很大的帶寬，從網絡核心層到邊緣層、接入層等各層的帶寬擴充都已經有相應技術支持，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）等最新技術的發展與完善，通過合理設計網絡結構，以IP為基礎的新體制，采用IP優化光網絡，建設寬帶IP網是我們今后發展的必然方向。組網應以方案實施靈活，業務接入多樣，維護管理集中高效，滾動、平滑拓展充分為原則。
電力系統可以考慮構造一個基于IP網絡技術的Intranet網絡。以國家電網為例，整個電網可以分為若干局域網，只是形式上的差異。可以按照區域組網；也可以按照能源類型組網，分成火電、水電、新能源網；還可以按照效能匹配原則組網等。底層各節點均有相應的完全遵循新型網絡傳輸方式的獨立于任何網絡硬件和網絡配置的邏輯地址號。便于統一控制與管理。方案實施上應采取建立不同中心（如：數據中心、通信中心、網絡中心、監測中心、指揮調度中心等）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
大電網新業務的拓展必須依托于堅固的電網結構、先進的通訊網絡、完善的金融、法制系統做支持。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，加緊改造現有電力通信基礎設施，逐步完善提高電力通信網架結構，才能使其應用更廣泛，前景更廣闊，為電力行業持續發展奠定堅實的基礎。目前我國電力系統聯網工程，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，在內外部環境的雙重激勵下，把握機遇，以電力通信的信息產業化為契機，努力開創電力市場嶄新經濟增長點，提高競爭實力和可持續發展能力，實現電力系統經濟利益最大化。世紀之交的電力系統的發展正面臨著新的挑戰和機遇，而承載于現代高科技技術的電力工業必將得到不斷創新和發展，明天的電力工業會更加美好輝煌。
參考文獻
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作者簡介：1973-，男，漢族，北京人，工程師，在讀碩士，主要從事電力系統機電設備的研發以及工程應用；電廠環境保護工程自動化控制系統的研發；工業計算機網絡開發應用等。
