智能电网的网络通信架构以及关键技术解析

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