智能电网关键技术研究

吴谋凡

[摘 要]技术的发展使电网智能化水平获得飞跃发展，特别是通信技术的进步和智能化设备的开发与应用，使电网智能化的实施条件成熟。本文通过对比研究智能电网的技术和结构，阐述了智能电网发展中的设备与通信的设计实施要点。

[关键词]智能化 网络 安全性

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0151-01

一、引言

智能电网（smart power grids）就是是电网的智能化，是建立在新型高速的通信网络基础上，通过集成新能源和新材料，使用应用新技术的设备和先进传感技术、信息、技术、储能等新技术。形成具有高度自动化、信息化等特点，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行的新型电力系统。实现电网高效、经济、安全、环保的目标，提供满足用户需求的电力需求和服务。

现有电网总体上智能化程度不高，调控能力差。自愈恢复能力依赖设备冗余，用户服务单一，缺乏信息互动交流。而智能电网有抗损能力强的特点，具有自愈能力。可以实时分析电网，进行预警和自动故障诊断。可以兼容、支持分布式电源和微电网的接入，为用户提供多样化的电力服务。

智能电网具有坚强的电网基础和技术支撑，抗干扰能力强，通过信息传感器和自动化技术获取电网实时数据信息，可及时发现和预警故障。故障时能隔离故障实现自愈，避免大面积停电。设备信息化管理技术提高电力设备管理水平，提升了电网效率，降低了线路损耗，使电网运行更加经济。信息化系统为调度运行管理提供了准确全面的电网运行图，带有辅助决策支持、数据分析和应急预案。智能调控、生产自动化、配电自动化等技术的推广应用使电网运行控制更加灵活，能适应微电网、清洁发电设备和充放电设施等的接入。

智能电网改变了电网单一的服务内容，使用户可以实时查询电量使用情况和电价状况，及时收到停电信息和业务办理情况通知，为用户提供更多增值服务。

二、智能电网的建设

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，强调各领域电力流、信息流和业务流的融合。网络通信针对智能电网各领域的网络通信需求，部署相应的安全和访问控制手段，覆盖专网和公共网络。计量基础设施AMI能够提供双向通信，用于多个功能系统或被授权的信息设备和系統，AMI系统能为用户提供实时电量，实现电量智能管理。

电力骨干数据网络建设要求主要集中在两个方面：一是安全要求，电力网络由专用网络、公用网络、外部网络等组成，承载不同的业务。隔离不同业务的数据是安全的合理也是必须的要求。二是高速稳定，保障足够的带宽满足设备的通信需要。

智能电网的设备要符合通用标准，安全可靠，稳定。在运行效率上要满足各个业务系统的需求，在安全上要符合业务的安全级别。

三、智能电网的通信设计

针对不同业务需求配置通信系统，普遍采用MPLS。多协议标签交换（MPLS） 是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供目标、路由地址、转发和交换等能力，具有管理各种不同形式通信流的机制。MPLS本身不是一种QoS体制，但可以在MPLS框架中实现IP层的QoS机制。通过将区分服务（DiffServ）的逐跳转发行为（PHB）与MPLS的标签绑定，MPLS域中路由器依据MPLS标签转发IP包，实现QoS策略。主要使用VPN的部属策略和流量控制。

传感器网络在智能电网中很重要，实现电力系统远程监测、远程控制，采集实时电量和智能设备互联。分布式的传感器网络基于嵌入式平台，运算性能较差数，据流量小，要求环保低功耗，可使用无线传输等。传感器网络主要用于数据监控和传输，工业网络使用以太网技术。面向数据采集和控制的智能传感器应用中，层层嵌套的协议首部在数据单元中所占比重过大。实时VPN：主要包括传输频度在秒级的数据，远动RTU、EMS系统等用于网络分析的实时数据、电力市场实时数据等。准实时VPN：如无功电压管理系统、地调网供负荷计划数据、地方小火电发电计划数据和错峰预警信号等数据、电度量计费系统。非实时VPN：继电保护及故障录波信号、调度生产运行报表等。作为生产类网络，不允许承载对外。

智能电网的智能终端分为两类：（a）需要端到端IP的网络设备：如变电站中的一些提供核心服务的网络设备、网关设备等。这类设备需要完整的TCP/IP协议，实现网络接入。（b）无需IP网络传输的：如变电站数据采集和控制设备等。通常只对本地提供访问，只需MAC层的寻址和接入控制功能，采用精简的通信协议将应用层直接映射到数据链路层。

四、智能电网的安全性评价

智能电网安全性从网络和设备上进行考虑，网络防护现在都比较完善，但设备上的安全性不足。确保智能电网设备安全要确定从设计到生产的每个环节的安全性，防止设备数据被篡改。

确保设备芯片产自原厂，要带有加密技术。Maxim销售的安全处理器和智能电网产品可以加入用户密钥或证书，以防他人解锁和编程IC。在生产环节提供签名、程序加密，协调从系统处理器的安全装载，到芯片软件解密和授权认证的每个环节。可以防止程序被克隆或破解。

只运行指定程序，安全的程序装载采用数字签名的方式来验证代码的有效性，防止装载或运行未经授权的代码。对新的配置、固件更新和指令进行加密和签名，以验证数据来源的可靠性。

使用保护密钥，工程师可以使用开发密钥来开发产品的安全功能，产品级密钥则要经过多人签名授权。通常可以使用一个更高级别的安全模块完成授权。不要将密钥存于它处，如外部EEPROM。如果系统使用独立的安全处理器和应急处理器，应将密钥保存在安全处理器内，以免攻击者从线路板的通信数据中窃取密钥。攻击者可能打开IC封装，从MCU的存储器中寻找重要信息，使用唯一密钥或非对称加密很有必要。

五、结语

国家发改委、国家能源局明确了智能电网的定义和发展智能电网的重要意义。智能电网对实现我国能源生产、消费、技术革新有只要意义，是发展新能源技术的重要基础。智能电网有利于进一步提高电网技术惠普，实现能源生产和消费的增益调配，科学合理利用，从而构建起新型现代能源保障体系，使能源科技和装备水平获得全面提升。

参考文献：

[1] 田世明.智能电网关键技术丛书.中国电力社，2015.

[2] 王正风. 智能电网安全经济运行实用技术.水利水电，2011.