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智能电网的网络通信架构及关键技术

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(SmartGrid，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（CyberSecurity）：为保证电子信息系统的必威体育官网网址性、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（NetworkCommunication）：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（AdvancedMeteringInfrastructure，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交换信息，

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

4．承载电力系统多业务平台的骨干网技术

电力数据网络和电力信息网络是电力行业的专用骨干网，它是智能电网的信息高速

公路，承载主要数据流量，为保证信息流和业务流畅通无阻，首先必须建设一个健壮的

（Robust）电力骨干数据网络，坚强智能电网对电力数据网的要求主要集中在两个方

面：一是对安全提出了更高的要求，电力骨表1网络成分广域网（WAN）IP、DWDM

智能电网的网络技术架构应用说明提供电力数据网（骨干网）、因特网的网络互联和路

由