網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中的應用研究

胡立蘭，史麗鵬

（國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學研究院，河北 石家莊 050022）

0 引 言

隨著我國基礎建設已經(jīng)基本成型，社會發(fā)展對電力資源的依賴度越來越高，對電力信息通信業(yè)務也有了更高要求。電力信息通信不僅要為電力生產(chǎn)提供重要的安全保護措施，而且要為相關(guān)工作人員提供必要的通信平臺。但是，目前的電力信息通信工作在網(wǎng)絡技術(shù)融合過程中還存在諸多問題，需要針對網(wǎng)絡技術(shù)應用特點進行探討，完善網(wǎng)絡應用結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量，進一步提高電力信息通信的穩(wěn)定性和安全性。

1 電力信息通信的網(wǎng)絡應用概述

1.1 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中應用的重要作用

我國正處于社會發(fā)展變革階段，前期的工業(yè)發(fā)展注重規(guī)模化和基礎化。隨著我國經(jīng)濟體量不斷壯大，需要強調(diào)未來工作的經(jīng)濟性和智能性。構(gòu)建完善的智能化電力信息通信網(wǎng)絡框架，對于我國的智能化電網(wǎng)建設具有深遠影響。利用網(wǎng)絡技術(shù)完善電力信息通信建設，能夠有效提升其智能化控制力，進一步提高電網(wǎng)運行安全性，加強對電力網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的智能化管控。網(wǎng)絡技術(shù)還能促進人員與電網(wǎng)的關(guān)系，使得電力管理更加便捷，尤其是對于提高內(nèi)控水平和加強配電管理具有重要意義[1]。

1.2 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中應用具有的特點與優(yōu)勢

改革開放以來，我國在經(jīng)濟領域中取得了重要成就，但是各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，導致電力網(wǎng)絡在建設上存在差異。例如，沿海地區(qū)的經(jīng)濟水平較高，電力通信設備比較齊全，可以更好地進行維護與監(jiān)控；內(nèi)陸地區(qū)普遍存在設備陳舊、投入緩慢等問題，通常不能第一時間處理電力網(wǎng)絡通信問題，甚至不能及時建設電力通信系統(tǒng)。另外，目前大部分電力通信設施都處于戶外，自然界的不可抗力可能損毀通信網(wǎng)絡，不僅影響正常的電力工作，而且在檢修過程中需要逐段排查，存在維修和監(jiān)控成本大的問題[2]。

1.3 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中應用的業(yè)務分析

在傳統(tǒng)的電力調(diào)配工作中，常使用電話方式通話。網(wǎng)絡技術(shù)的融合，可以使電力調(diào)度與其他行政業(yè)務在同一個平臺完成。例如，變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅彌補了傳統(tǒng)業(yè)務的不足，而且提高了信息的傳遞效率，具有快速安全的特點[3]?；诰W(wǎng)絡技術(shù)的系統(tǒng)整合具有自動處理數(shù)據(jù)的功能，滿足市場對電力傳輸?shù)男枨?，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源的實時共享。此外，通過電網(wǎng)中變電站的監(jiān)控與自動化技術(shù)的應用，可以實時分析和整合數(shù)據(jù)，為工作人員提供便利的查詢功能。

1.4 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中應用的發(fā)展趨勢

我國電力系統(tǒng)相較于歐美發(fā)達國家起步較晚，還有較大的可提升空間。因此，應充分發(fā)揮網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中的發(fā)展優(yōu)勢，結(jié)合我國的智能網(wǎng)絡建設，通過網(wǎng)絡技術(shù)提高電網(wǎng)通信自動化水平，發(fā)揮無線網(wǎng)絡的傳輸優(yōu)勢，打破時間與空間限制，借助我國北斗衛(wèi)星的定位發(fā)展紅利，提高線路巡檢的效率。要充分利用網(wǎng)絡防護技術(shù)，為整個通信系統(tǒng)的正常運行保駕護航。在網(wǎng)絡技術(shù)實踐中，要有意識地拓展電力信息通信系統(tǒng)的應用范圍，以達到技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新的目標[4]。

2 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信環(huán)節(jié)的應用現(xiàn)狀及其存在的問題

2.1 電力信息通信的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設置不合理

目前，我國電力信息通信應用中使用的網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)構(gòu)是樹枝發(fā)散型或星型分散型。這2種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更強調(diào)中心控制的有效調(diào)配，忽略了資源共享功能，同時穩(wěn)定性不高。當末端的網(wǎng)絡系統(tǒng)出現(xiàn)故障時往往不能第一時間發(fā)現(xiàn)，導致在電力系統(tǒng)的正常運營過程中容易出現(xiàn)問題。隨著當前市場電力能源消耗的不斷增加，變電站數(shù)量不斷增加，需要更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，既能夠有效應對電力通信管理的復雜局面，又能夠使新增的設備盡快融入網(wǎng)絡，第一時間預警可能出現(xiàn)的問題[5]。

2.2 電力信息通信傳輸信號質(zhì)量差

我國的智能化電網(wǎng)正在逐步實現(xiàn)全范圍覆蓋，但是也面臨著多種網(wǎng)絡傳輸問題。網(wǎng)絡傳輸需實體網(wǎng)線作為信號傳輸介質(zhì)，一般采用單股銅線制成，因此自身所能承受的外應力較小，且缺少必要的屏蔽層，限制了網(wǎng)絡的傳輸距離。在一些電力系統(tǒng)較為薄弱的地區(qū)，智能化電網(wǎng)對外部其他信號的抗干擾能力較弱，導致網(wǎng)絡信號傳輸質(zhì)量較差，不能發(fā)揮智能網(wǎng)絡平臺的資源共享優(yōu)勢，還可能造成網(wǎng)絡傳輸?shù)牟环€(wěn)定[6]。

2.3 電力信息通信的網(wǎng)絡建設不均衡

雖然我國經(jīng)濟取得了長足發(fā)展，但是各地區(qū)之間仍存在經(jīng)濟發(fā)展不均衡問題，在電力系統(tǒng)建設方面形成了結(jié)構(gòu)性差異。例如，部分地區(qū)經(jīng)濟水平較高，在智能化設備選材上具有優(yōu)勢，基礎設施方面具有穩(wěn)定性；部分地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平偏低，在設備選用和智能網(wǎng)絡覆蓋方面存在薄弱點。經(jīng)濟不均衡會導致電力信息通信網(wǎng)絡的建設出現(xiàn)差異，造成后期建設成本增加。各地區(qū)的電網(wǎng)建設標準不同，在構(gòu)建整個智能網(wǎng)絡層面可能出現(xiàn)不匹配或標準不相同的問題。如果要構(gòu)建完整的電網(wǎng)，需要更改標準或者廢棄以往的設備系統(tǒng)重新建立，造成電力信息通信網(wǎng)絡成本的增加[7]。

3 網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信建設中的具體應用

3.1 電網(wǎng)自動化通信技術(shù)的應用

電力系統(tǒng)主要以發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電5個層面為主。目前，電力系統(tǒng)在發(fā)電和用電層面已經(jīng)大范圍使用網(wǎng)絡通信技術(shù)。在電力傳輸和電力調(diào)度方面，網(wǎng)絡技術(shù)還有更深層次的應用潛力。例如，在繼電保護信號傳輸中，利用網(wǎng)絡技術(shù)對通信端口進行脈沖編碼，將數(shù)據(jù)信息傳遞到數(shù)字平臺，發(fā)揮網(wǎng)絡信號傳輸?shù)乃俣葍?yōu)勢，使各部門之間通過網(wǎng)絡實現(xiàn)信息共享。通過利用遠程終端技術(shù)對系統(tǒng)運行管理進行遙測、遙信、遙調(diào)以及遙控，減少了電力檢查或者電力控制的空間距離影響。遠程遙控的介質(zhì)并非傳統(tǒng)的實體網(wǎng)絡線路，而是通過無線網(wǎng)絡進行終端定位及控制。例如，我國北斗衛(wèi)星的普及應用改變了我國對國外全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術(shù)的依賴，大大提高了我國智能網(wǎng)格化定位管理的水平，提升了電力網(wǎng)絡的運行效能[8]。北斗衛(wèi)星通信運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 北斗衛(wèi)星通信運轉(zhuǎn)系統(tǒng)

3.2 多層防病毒體系的網(wǎng)絡技術(shù)應用

網(wǎng)絡安全一直是網(wǎng)絡技術(shù)應用的重難點。電力資源關(guān)系國計民生，對我國社會和諧穩(wěn)定發(fā)展具有深遠影響。因此，重視通信網(wǎng)絡與網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）業(yè)務的對接問題，對同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）進行優(yōu)化與完善，構(gòu)建多層次的體系，有利于確保我國電力信息傳輸處于安全閾值范圍。電力衛(wèi)星通信應用功能和場景如圖2所示。首先，為確保電力信息通信系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，應在內(nèi)網(wǎng)管理中心設置防病毒軟件，對網(wǎng)絡運行進行全天24 h持續(xù)監(jiān)控。尤其要嚴加防范對客戶端或部門IP地址的匿名攻擊，對服務器主站設立“防火墻”。其次，由于需要相關(guān)工作人員不斷進行外部操作，應將防火墻建設作為重點，在防范服務器主站的同時建立服務器備用主站，對接入系統(tǒng)的身份進行安全模塊認證，同時構(gòu)建閉合循環(huán)的證書授權(quán)體系，使得每一個接入系統(tǒng)的工作人員信息都能在瞬時得到驗證。最后，結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)建立數(shù)據(jù)備份模塊，將數(shù)據(jù)信息按照級別進行分類保護，以提高安全性。備份模塊可以與網(wǎng)絡云或加密服務器連接，防范不可抗力造成的數(shù)據(jù)損失，以提升電力系統(tǒng)的安全后援保障[9]。

圖2 電力衛(wèi)星通信應用功能和場景

3.3 拓寬網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信系統(tǒng)中的應用范圍

網(wǎng)絡技術(shù)在不同區(qū)域電力通信系統(tǒng)中的應用存在較大差異。例如，電力調(diào)度電話和行政電話要確保通信質(zhì)量快速且安全；對于變電站監(jiān)控信息，可以在管理系統(tǒng)的指令發(fā)布方面依托繼電保護信號技術(shù)。除以上業(yè)務外，網(wǎng)絡技術(shù)對電力信息通信系統(tǒng)的發(fā)展仍有較大的開發(fā)空間，相關(guān)工作人員應注重電力通信系統(tǒng)業(yè)務的形式多樣性，充分發(fā)揮網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，分析虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）技術(shù)、光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)應用場景。VLAN技術(shù)是通過網(wǎng)絡設備與交換機的連接，實現(xiàn)不與物理位置相關(guān)聯(lián)的邏輯局域網(wǎng)，不受地理位置影響，可實現(xiàn)多個主機用戶的交換機端口連接。目前，它主要以動態(tài)虛擬局域網(wǎng)和靜態(tài)虛擬局域網(wǎng)為主。動態(tài)虛擬局域網(wǎng)強調(diào)智能性，而靜態(tài)虛擬局域網(wǎng)強調(diào)安全性，兩者各有優(yōu)勢。OTN技術(shù)屬于主網(wǎng)安全技術(shù)，可確保電力系統(tǒng)安全可靠運行，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)不同信號在同一根光纖中交叉且不干擾傳遞，改變了傳統(tǒng)網(wǎng)線的信號傳輸弊端，利用波分復用技術(shù)提高信息傳輸效率[10]。

4 結(jié) 論

網(wǎng)絡技術(shù)對電力信息通信具有重要作用，需進一步深化我國電力信息通信業(yè)務與網(wǎng)絡技術(shù)的融合，重視網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信中的應用及其存在的問題，針對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設置不合理、傳輸信號差以及網(wǎng)絡建設不均衡等問題進行著重分析，建立多層次體系網(wǎng)絡技術(shù)應用，拓寬網(wǎng)絡技術(shù)在電力信息通信系統(tǒng)中的應用范圍，促進電力信息系統(tǒng)高速發(fā)展，為我國的電力數(shù)據(jù)保駕護航。