缪谦 国电电力建设研究所 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】：本文通过对我国电力通信网络现状的介绍，结合当今不断进步以及应用的高新技术，针对电力系统自身情况和特点，从行业进程角度出发，给出今后电力通信网络业务扩展实施的几种可行方案。文中同时分析了最新网络技术的特点及应用前景，并基于目前行业所处的内、外部环境，阐述了本人对电力通信网络今后发展方向及控制、管理运行模式等各方面所做出的构想，并探讨其业务扩充形式和经营目标的可能，给出较为具体的运作方式。
【关键词】：通信；电力通信网络；数据业务形式；发展方向及经营目标
【中图分类号】：TN919；TM73 【文献标识码】： 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
近几年来，经济全球一体化趋势和迅猛发展的科技形势越发凸显，强劲的联网风潮带来了广泛的社会冲击。随着我国电力工业的发展，特别是当前三峡工程机组的陆续并网发电，我国电力工业已经进入了全国甚至跨国联网阶段。为了充分发挥大电网的优越性，提高其运行的可靠性，经济性，与飞速发展的信息时代相适应，就要求其必须具备高度现代化通信系统、高度安全稳定控制系统、高度自动化监控系统等多种功能。本文主要针对我国电网通信系统做出较为详实的阐述与探讨。
1、 电力通信网简介
1.1、概述
电力系统通信网是一种专业的通信网，是由发电厂及变电所等各级电力部门相互连接的传输系统和设在这些部门的交换系统或终端设备构成，是电网重要组成部分，由电网的结构、运行管理模式、经济性等因素决定。
1.2、电力通信网的主要通信历程
通信技术经历了从纵横交换到程控交换、从明线和同轴电缆到光纤传输、从模拟网到数字通信网、从定点通信到移动通信、从主要面向硬件到面向软件技术的几大阶段变化。我国电力专用通信网也是基于此进程，随着电网的建设、发展以及电网自动化水平的不断提高形成并逐步成长起来的。在60、70年代，电力通信是以音频、载波、模拟微波等通信方式为主。80年代之后，随着大规模集成电路的发展，出现了数字微波、光纤通信、程控交换机等，这也是目前电网通信系统的主要组成单元。到了90年代，我国电力通信装备水平与日新月异的通信技术发展相比已显滞后。随着信息交流的日益强烈，跨行业技术交叉与渗透越发明显，电力通信作为电力系统的重要基础设施、系统的神经中枢、行业的高科技先驱，更应该跟上飞速发展的时代步伐，率先引领电力科技领域新潮流。
2、 电力通信网主要扩展业务形式
随着网络通信技术在电力行业内的广泛应用，对我国电力基建、生产和营销时刻产生着深层的影响。以下简要介绍一些可以基于我国电力通信网的扩展业务类型。
2.1、 电网安全监视和稳定控制方面
电力系统崩溃的根本原因是网络结构的薄弱性和不合理性，利用测量控制装置的投入（如：及时定位线路故障点的线路故障测距装置；实时监视通信全网路健康状况的通信全线路自动监视系统等），通过网络传递实时信息，实现在线监控。利于迅速排除输电线路事故，快速恢复故障电网，防止大面积停电。
在电力系统中实施相量控制（phasor control）是电力系统稳定控制最直接的方法，通过采用全球卫星定位系统GPS（Global Positioning System）实现的同步相量测量技术和光纤通信技术使任一变电站均可通过精确时间脉冲给当地测量的电压波形以时间标记。通信系统将测量收集汇总处理后，根据各变电站之间动态相量变化实施控制。GPS相量测量装置与常规RTU相配合，使调度中心的EMS系统功能从稳态向动态转变，将使大电力系统的全局稳定和恢复控制成为可能。
2.2、气象与新能源方面
降水量监测装置：在水电站上游某位置（如：野外无人职守监测台站）进行常年降雨量的采集，给每一个采集点分配相应的网络地址号或频点，通过网络传递信息，进行数据统一分析处理。再如，水电站水位网络报警装置：当汛期或其它原因使水库水位异常时可通过网络自动向下游传递实时信息，并提示对策便于宏观调控。
雷电观测系统：由于雷击是造成线路事故的主要原因，随着电力工业的发展，电网建设密度的加大，雷击故障点的精确定位、轨迹跟踪及处理难度也随之提高，就要求我们制定出一整套较为完善的方案，以加强对雷电的实时监测。
新型能源发电技术
太阳能、风能、潮汐等新能源发电技术实施是今后国家电力进程的一个目标，对新能源的预报及充分利用也是今后电力通信网络的任务之一。
综上，随着电网互联工程的展开，应将气象（包括雷电、降雨、降雪、雾、风力、日照、潮汐等）数据信息系统全面接入，建立国家级监测网络。将采集的样本数据汇总、存档，组建核心数据库进行分析处理。数据库系统可分为几个层次（如：中央单元后台大型数据库系统、中央单元后台中小型数据库系统、专用数据库系统、地方数据库系统、个人桌面数据库系统等，形成总部与分中心的模式），对新能源的开发利用、电网安全运行均有益处。此应用系统可与国家气象部门共同协作开发及运行维护，充分利用气象卫星采集信号，实现跨行业、跨部门的资源共享。据报道，目前我国气象卫星观测系统已经处于世界先进水平，并且气象信息产品已为国内许多行业和部门提供了大量的专业性和公益性的服务。
2.3、环境保护方面
随着环境保护力度的加大，要求对火电厂、核电站的排放（包括烟气、放射线等）实时监测。监测系统将采集的数据就地分析处理，并提示采取相应措施；同时通过网络传输，由中央级单元统一备案集中调控。
GPS系统、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）等的出现及应用，为电力通信网络业务扩展实施提供了可能。特别是允许用户利用基于Windows环境下的具有可视化界面的VB、VC等软件自主二次开发GPS用户接收机单元，通过接收机自身的串行通信口传输数据，实现对雷电、降雨、水位、烟气、放射线、电磁等的时间、地址、数量、强度、浓度等各种信息、数据的实时监测。对上述几项业务的开展提供了技术上的支持。
2.4、电网商业化运营方面
随着电力改革的不断深化，依托于全国联网工程和开放性电力市场的电网商业化运营方针已经逐步形成，具有集成、拓展、安全性的基于国际互联网的企业电子商务系统是今后发展的必然。电子商务系统以其快捷安全的性能使电力市场的开放交易成为可能，电量的即时交易、用户的个性定制，既极大的改善了交易与服务，又降低了成本。互动式电子商务平台的建立，其所提供的服务不仅停留在销售层面上，更主要的是在前期供应链层面上，达到信息交换与获取交相辉映。特别是信息的采定，为国家电网电力市场、区域电网电力市场和省网电力市场参与者进行投资规划大有益处。而且特殊类型机组的上网交易，更为推动绿色和新能源电力市场的发展尽力。电子商务的实时交易必然需要高速安全的电力通信网络的支持与承载，并对电力通信网络环境及性能提出更加严格的要求。
3、电力通信网发展方向
3.1、通信网络发展趋势
进入90年代以来，高新技术的飞速发展以及成果的不断实用化，特别是计算机技术与通信技术取得了惊人的发展，两者相互融合、渗透，奠定了现代信息社会的基础。新技术革命剧烈改变着传统电信的概念和体系，通信体制正发生着深刻的变革，现代通信正经历着从信件交换（无连接）发展到电路交换（面向连接）再到包交换（无连接）的螺旋型上升过程。高速发展的微电子及计算机技术，多系统协议的开放及兼容，使通信技术上也发生着巨大的变化。通信媒质、智能技术、光电子技术等的出现及应用，使通信系统向着多功能、多方位、多层次发展，并且正在方兴未艾的发展着。
未来通信网应向着综合化、智能化、分组化、个人化、高速、宽带大容量等方向发展，同时还要不断加强网络传输的有效性、可靠性、安全性（包括定期定时全方位、多层次将网络的整体、局部各种数据统计、汇总、备份，作为系统调整和扩展、维护的依据。其中含数据灾难恢复专题，数据通信信息安全、网络保密技术、计算机病毒的主动攻击与防护）的开发研究及建设，各种业务数据综合同网“拟真”之后的再传输，使我们可以遥距的、全维的、实时的了解并掌握信息，做出相应的判断与处理。
3.2、电力通信网综合业务及目标
3.2.1.概述
在技术瞬息万变的未来环境中必然要求我们构建一种智能、灵活可靠、易开发扩展和恢复、支持全新应用模式和业务、成本低廉的真正的端到端的解决方案。而且网络必须提供便捷动态管理、集成分组以及通过一体化解决方案实现协调一致的故障排除功能。随着技术的变革与市场容量的变化，还应该向着宽频带、低时延、高度灵活的组合扩展性、支持高突发性数据传输处理、高智能终端方向发展，使多种通信手段互为补充、备份。业务上向着具有高保真音频、高清晰度视频等多种数据传输方面拓展。
3.2.2.方案实施构想
针对电力网自身可靠性强、区域性广、覆盖率高、基础设施丰富的特点以及广泛的客户源，今后电力通信网滞留于仅仅满足系统行政/调度、自动化控制、继电保护等基本功能的电力企业传统状况显然不适应市场经济发展的要求。今后的电力机构应该不仅仅局限于在其电力网基础设施上传送动力，还应该考虑切入网络服务，自己创建运营级网络，为企业自身和其它运营商建立数据平台、提供数据传输业务，充分开发利用现有网络资源优势，发挥效能。而电力机构自身可以偏重于动力供应与传输、负荷管理和提供网络服务等，而将网络增值服务留给租用电力网络的ASP（Application Service Provider）和ISP（Internet Service Provider）。
近来我国信息产业部出台了相关政策，标志着我国增值电信市场的全面开放。其强调在继续支持主体电信企业的同时大力扶植新兴的电信企业，促其发展，并允许通信专网在进行了公司化改造之后规范的进入电信市场，形成公平有效的竞争格局。这就为我们提供了一个良好、宽松的外部环境。适当时考虑电力通信部门作为一个新的电信企业介入我国通信领域，达成一个与敞开竞争大门之间的平衡关系。据悉信息产业部已正式批准国电通信中心的ISP申请，使其可以开展相关电信增值业务，包括可以开展电路（纤芯、带宽）租赁业务等。我个人认为，这只是真正目标实现的第一步，关键是要通过ISP经营，建立电力系统对外经营服务体系，为申请基础电信业务打下良好基础。一旦时机成熟，方案既定，在技术实施上可考虑采取只将部分网络层次剥离，仍保留运行生产专用通信设施等方案；或也可尝试将全部电力通信系统剥离，使其成为一个独立的运营机构。这样就使它成为一个“超脱”的机构来负责电力市场和通信市场的协调与运作，形成电力通信资源跨不同地区、跨不同主体之间的高效、优化配置，以达到效益最大化。而电力通信部门也转变发展成为向电力业主和社会提供多元化服务的信息企业，成为一个自主经营、自负盈亏的法人实体和市场主体。但是由于电力行业的性质决定了具体实施时应该特别加以注意的是：必须要制定承载信息基础设施的多种安全机制和要求，并加以实时安全审计与监控，尤其是网络对外经营部分与内部业务部分应采取物理隔离办法，内部最好也采取按照数据业务类型分离方案，既安全又便于维护与管理。或者内部采取同一交换平台，同一网络，业务单列形式。通过一体化网络平台中的虚拟调度机、远程智能模块和智能调度台实现调度通信功能，使行政、调度只是用户组、类别、权限的不同而已。从具体资源提供方式角度出发，可以形成路由的转让、备用光纤的出租、备用电路的提供等方式。
下面以图例简要说明系统安全结构应用实施方案。
3.2.3.具体技术方案
由于目前我国各级电力公司都相继引进设备对自身通信网络进行了改进，而且形式各异，考虑到现有设备和传统数据通信业务市场状况，尽可能保证充分利用现有资源，采用先进成熟技术构造新一代多层结构信息网，就要求新一代电力通信网络所提供的业务平台不但要满足现存的数据格式透明度差、协议多种且不兼容、业务处理多样的功能，还要为将来的网络规模扩展及新型业务的接入提供可能。从现实出发，在现有网络向宽带过渡及兼容互通考虑，以ATM（Asynchronous Transfer Mode）与IP（Internet Protocol）技术搭建电力综合业务数据平台，为网络提供可靠支持是目前和今后一段时间内较好的过渡性解决方案。基于IP的主要联网协议，中间层使用ATM/IP的分组网，物理层是基于WDM(DWDM)的光传输网。虽然两者将在今后一段时间内并存，甚至ATM交换机可能会在网络边缘长期存在，但是，基于网络融合的趋势和以Internet为代表的IP业务迅猛发展势头，多协议、多业务平台终将过渡到纯IP平台上。采用具有多层交换能力的多功能千兆交换机为骨干，千兆交换机或百兆交换机为主体，以IP协议为信息承载协议，构造一个宽带IP光纤网必将成为极具发展前景的网络建设方案。由于IP网可以依托光缆路由器及新的网络平台，具有很大的带宽，从网络核心层到边缘层、接入层等各层的带宽扩充都已经有相应技术支持，虽然IP技术仍然有不足之处，但随着MPLS（Multi-protocol Label Switching）、流量工程和QoS（Quality of Service）等最新技术的发展与完善，通过合理设计网络结构，以IP为基础的新体制，采用IP优化光网络，建设宽带IP网是我们今后发展的必然方向。组网应以方案实施灵活，业务接入多样，维护管理集中高效，滚动、平滑拓展充分为原则。
电力系统可以考虑构造一个基于IP网络技术的Intranet网络。以国家电网为例，整个电网可以分为若干局域网，只是形式上的差异。可以按照区域组网；也可以按照能源类型组网，分成火电、水电、新能源网；还可以按照效能匹配原则组网等。底层各节点均有相应的完全遵循新型网络传输方式的独立于任何网络硬件和网络配置的逻辑地址号。便于统一控制与管理。方案实施上应采取建立不同中心（如：数据中心、通信中心、网络中心、监测中心、指挥调度中心等）模式，共同构筑良好完整的技术体系。以上设计思路和构想愿与大家共同探讨。
4、结论
大电网新业务的拓展必须依托于坚固的电网结构、先进的通讯网络、完善的金融、法制系统做支持。因此我们要不断的提高自身技术和装备水平，将科技含量更高、技术更全面的成熟成果加以实施，加紧改造现有电力通信基础设施，逐步完善提高电力通信网架结构，才能使其应用更广泛，前景更广阔，为电力行业持续发展奠定坚实的基础。目前我国电力系统联网工程，电力基础设施的加速建设也为我们提供了一次极好的契机，在内外部环境的双重激励下，把握机遇，以电力通信的信息产业化为契机，努力开创电力市场崭新经济增长点，提高竞争实力和可持续发展能力，实现电力系统经济利益最大化。世纪之交的电力系统的发展正面临着新的挑战和机遇，而承载于现代高科技技术的电力工业必将得到不断创新和发展，明天的电力工业会更加美好辉煌。
参考文献
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7. 面向21世纪的电力系统技术 周孝信 著 2000.2
作者简介：1973-，男，汉族，北京人，工程师，在读硕士，主要从事电力系统机电设备的研发以及工程应用；电厂环境保护工程自动化控制系统的研发；工业计算机网络开发应用等。
