中心议题： * 智能电网的网络通信架构* 智能电网的关键技术解决方案： * TE 弹性属性决定在链路故障或结点失效时采取的策略

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 [1] 。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。 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等功能 骨干网中提供标记交换，隔离不同业务的流量 保护原有投资技术，已逐渐退出应用 为接入城域网、广域网提供物理通道 可用于 LAN(以太网)接入城域网 以无线方式接入广域网 无源光网络，提供光纤接入方式 电力企业的 Intranet 电厂、变电站等生产控制领域 电厂、变电站等生产控制领域 IED 设备互连 用于计量、仪表数据采集等数据的传输 输、配电、用电侧的数据采集、监测和监控 设备巡检中标签数据的采集 智能化住宅小区，提供家庭用户的光纤接入 提供驻地网及用户家庭网络接入，远程抄表、因特网接入用户驻地网或家庭网络接入，远程抄表 用于 HAN 中智能家居，家电控制 可采用的网络技术 MPLS、MPLS VPN ATM SDH MSTP GPRS PON IEEE 802.3、802.1d、802.1q RS-485、PROFIBUS 等传统的现场总线 工业以太网(802.3、802.1d、802.1q) N-PLC、B-PLC/BPL(窄带、 宽带电力线载波通信) 无线传感器网络(802.15.x) 物联网、RFID PON /EPON/FTTH 接入网(AN) 企业本地网(LAN) 现场区域网(FAN) 用户驻地网 及家庭网络(HAN) N-PLC、B-PLC/BPL 无线局域网 802.11 无线传感器网络(802.15.x) 干网在安全性建设方面一直比较重视， 安全性是另一个专题， 本文不打算在这方面展开讨论; 二是对网络的可靠性、可用性和服务质量(QoS)保证提出了更高的要求。