智能電網(wǎng)：看華為的備戰(zhàn)

1. 通往智能電網(wǎng)之路

隨著世界經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，社會(huì)對清潔、高效、經(jīng)濟(jì)、安全的電力能源的需求日趨加劇。由于智能電網(wǎng)具有可實(shí)現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模靈活接入，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，電力能源的智能化發(fā)展在21世紀(jì)成為世界各國一致認(rèn)同的方向。

智能電網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)大范圍的電力設(shè)備實(shí)時(shí)交互，必須保證電力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠的獲取、保護(hù)和控制，因此，大容量、超可靠、高品質(zhì)、廣覆蓋的電力通信網(wǎng)絡(luò)是通往智能電網(wǎng)的一條必不可少之路。高速、雙向、實(shí)時(shí)、安全、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。只有這樣的通信系統(tǒng)建成后，才能提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

在智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)這張大網(wǎng)絡(luò)中，作為末端設(shè)備的接入路由器的重要性不言而喻，它相當(dāng)于是一個(gè)復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)中成千上萬個(gè)神經(jīng)末梢，所有的電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備，包括智能電子設(shè)備、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及用戶終端都是通過接入路由器連接到智能電網(wǎng)這個(gè)大系統(tǒng)中，因此接入路由器應(yīng)具備多種業(yè)務(wù)承載能力，保證業(yè)務(wù)品質(zhì)，有豐富的接口類型和密集的數(shù)量，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境的組網(wǎng)，且管理維護(hù)簡單，從而提供高效、安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)接入能力。

2. AR G3路由器應(yīng)勢而生

華為新一代智能多業(yè)務(wù)接入路由器AR G3在智能電網(wǎng)大建設(shè)的背景下應(yīng)勢而生，它秉承華為在數(shù)據(jù)通信、無線、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)領(lǐng)域的深厚積累，依托自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的VRP平臺(tái)，推出的面向企業(yè)及分支機(jī)構(gòu)的新一代網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。AR G3集路由、交換、3G、語音、安全等功能于一身，采用多核CPU和無阻塞交換架構(gòu)，憑借領(lǐng)先于業(yè)界的系統(tǒng)性能和可擴(kuò)展能力，充分滿足未來智能電網(wǎng)擴(kuò)展的多元化應(yīng)用需求，提供一體化的解決方案，為電力行業(yè)提供多業(yè)務(wù)加速，最大限度保護(hù)客戶投資，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供強(qiáng)大支撐。

智能電網(wǎng)涉及到電力系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)，其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用極為豐富，且未來具有無限擴(kuò)展空間。在這種背景下，AR G3路由器可針對不同的應(yīng)用場景大顯身手。下面就數(shù)字化電站、智能家居、數(shù)字同步網(wǎng)等典型應(yīng)用說明AR路由器在智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的應(yīng)用。

3. 高品質(zhì)泛在接入的變電站數(shù)據(jù)網(wǎng)

數(shù)字化變電站建設(shè)是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，對變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的各方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。數(shù)字化變電站的主要特征在于一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)簡便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。

由于數(shù)字化電站需要將大量的二次設(shè)備，例如RTU、終端機(jī)、電量計(jì)量表、通信網(wǎng)關(guān)等設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，因此作為網(wǎng)絡(luò)末端設(shè)備，應(yīng)該集成有豐富的接口類型和高密度的接口數(shù)量，同時(shí)具有很高的性能，在業(yè)務(wù)流量較大時(shí)仍然能夠無阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)由于變電站的物理位置和所處地理環(huán)境較為復(fù)雜多樣，因此組網(wǎng)方式應(yīng)盡可能靈活可擴(kuò)展，以充分利用有限的光纖或線纜資源。目前電力系統(tǒng)使用較多的接口類型有百兆/前兆以太光/電接口、PoS/E1接口、同異步串口、ADSL/ISDN接口、PON接口等，接入路由器最好能夠具備上述所有接口的能力，且提供不同槽寬的靈活插卡，便于根據(jù)電站不同情況靈活配置。

對于調(diào)度通信系統(tǒng)來說，數(shù)字化電站網(wǎng)絡(luò)連接的安全和可靠至關(guān)重要，不能因?yàn)榫W(wǎng)元或鏈路的故障而導(dǎo)致整網(wǎng)業(yè)務(wù)的中斷，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該在電源、引擎、風(fēng)扇等關(guān)鍵部件上均采取冗余設(shè)計(jì)，支持熱插拔，且具備較強(qiáng)的防攻擊能力。在軟件設(shè)計(jì)上，應(yīng)該可以支持協(xié)議管理、業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)交換的獨(dú)立分布處理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)性能更高，業(yè)務(wù)更可靠。在業(yè)務(wù)順利開展的同時(shí)需要有效地保障電網(wǎng)的安全，從用戶接入控制、報(bào)文檢測、到主動(dòng)防御形成一套完整的安全防護(hù)機(jī)制，路由器最好能夠內(nèi)置防火墻，實(shí)現(xiàn)用戶投資回報(bào)最大化。

作為大型網(wǎng)絡(luò)的末端設(shè)備，廠站接入路由器的數(shù)量眾多，因此路由器必須具備強(qiáng)大的可維護(hù)性功能，否則會(huì)給電網(wǎng)公司帶來極大管理上的負(fù)擔(dān)。因此數(shù)字化變電站系統(tǒng)應(yīng)該具備智能業(yè)務(wù)管理和部署系統(tǒng)。簡單管理一直是電網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)注的重點(diǎn)，路由器的設(shè)計(jì)應(yīng)該從簡化運(yùn)維出發(fā)，并能夠?qū)崿F(xiàn)批量部署、批量配置、批量升級(jí)、業(yè)務(wù)可視化部署，省卻部署的時(shí)間和人力，提高數(shù)字化變電站的效率。此外，路由器需要集成交換機(jī)板卡，路由交換一體化架構(gòu)不但保證了高效率跨板卡交換，更降低了組網(wǎng)復(fù)雜度，簡化設(shè)備的運(yùn)維。

華為公司推出的AR G3路由器正是為智能數(shù)字化變電站的需求量身定制，支持豐富的接口類型，實(shí)現(xiàn)廠站全終端接入，全介質(zhì)承載，高可靠運(yùn)行。華為網(wǎng)管解決方案能夠?qū)R路由器和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共平臺(tái)統(tǒng)一管理，大幅提升管理效率，降低管理成本，AR的一系列智能化運(yùn)維管理設(shè)計(jì)使得上千臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的管理從此不再成為難題。AR G3的出現(xiàn)將打造泛在接入高品質(zhì)的變電站數(shù)據(jù)網(wǎng)。

4. 綠色節(jié)能智能家居

智能電網(wǎng)的建設(shè)將實(shí)現(xiàn)電力光纖入戶，電力光纖可輸送電能、搭載互聯(lián)網(wǎng)和電信、廣播電視信號(hào)，同時(shí)也可滿足物聯(lián)網(wǎng)通信需求，從而實(shí)現(xiàn)資源整合、綠色節(jié)能的智能家居。

智能家居利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)把與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來的一個(gè)綜合系統(tǒng)。智能家居實(shí)現(xiàn)新能源、儲(chǔ)能并網(wǎng)運(yùn)行，雙向計(jì)量，戶內(nèi)微網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及智能家居控制，并展現(xiàn)用戶與電力公司信息互動(dòng)的智能用電應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，保持人與自然的和諧發(fā)展。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，智能家居將在智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中被賦予更深層次的內(nèi)涵，以智能家居系統(tǒng)為核心的家庭用電單元將變得更加智能高效。

智能家居的應(yīng)用將使網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提升到新的高度，從而給網(wǎng)絡(luò)接入路由器提出更高的要求。網(wǎng)絡(luò)需要連接到千家萬戶，設(shè)備必須具備更加靈活的組網(wǎng)要求，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)最后一公里的不同資源情況，比如在光纖可達(dá)的情況下使用xPon，在電纜已鋪設(shè)的情況下使用GE/FE，在有線資源缺乏的情況下使用2G/3G，從而實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)的泛在接入。因此作為小區(qū)/樓道的接入路由器應(yīng)具有靈活的組網(wǎng)能力，支持GPon/EPon自適應(yīng)，支持2G/3G無線上連，支持各種形式的專線連接，包括xDSL、以太光纖/電纜、PoS等各種方式接入到廣域網(wǎng)，可以說，無論用戶的家庭位于地球哪一個(gè)角落，智能家居都能夠連接到智能電網(wǎng)的大網(wǎng)絡(luò)中。

智能家居的重要特征是業(yè)務(wù)豐富并且可無限擴(kuò)展，包括電量計(jì)量、家電能耗管理、遠(yuǎn)程家居控制、視頻監(jiān)控、視頻通話、燈光自動(dòng)控制、自動(dòng)化家電監(jiān)控等各種從簡單到復(fù)雜的應(yīng)用，并且未來隨著新能源的采用，新技術(shù)的成熟，新業(yè)務(wù)將層出不窮，因此對網(wǎng)絡(luò)融合承載業(yè)務(wù)品質(zhì)提出較高的要求。接入路由器應(yīng)該在軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)針對融合承載進(jìn)行了一系列的優(yōu)化，應(yīng)該能夠支持路由、交換、3G、語音、安全等功能特性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)多融合，并且支持PoE供電，可輕易的通過以太端口接入大量的智能家居終端設(shè)備。路由器應(yīng)支持完善的MPLS VPN技術(shù)，可讓不同的業(yè)務(wù)進(jìn)入各自對應(yīng)的VPN隧道，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離和安全保障。

華為AR作為智能多業(yè)務(wù)路由交換一體機(jī)，滿足上述智能家居接入路由器的所有需求，提供了高密度的以太端口和大容量的轉(zhuǎn)發(fā)性能， AR路由器集成多種語音功能，利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)滿足企業(yè)和家庭語音通話需求，為智能家居提供靈活高效的溝通手段。AR憑借獨(dú)特的QoE技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的泛在業(yè)務(wù)品質(zhì)保證，AR路由器支持3級(jí)H-QoS，讓業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)度，并且通過QOE功能實(shí)時(shí)監(jiān)測診斷語音等敏感的業(yè)務(wù)的質(zhì)量，支持抖動(dòng)緩沖、回聲消除、丟包補(bǔ)償?shù)葯C(jī)制保證最佳的語音業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

5. 高精度的數(shù)字電力同步網(wǎng)

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)智能監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)監(jiān)測都使用了GPS系統(tǒng)提供的時(shí)間基準(zhǔn)。目前電網(wǎng)上存在上千套廣域相角測量系統(tǒng)、行波故障測距裝置、架空線雷擊故障定位系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都依賴于時(shí)間同步技術(shù)提供授時(shí)服務(wù)，而且對同步時(shí)鐘的精確度要求都是在微秒級(jí)，普通的網(wǎng)絡(luò)NTP授時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其精度要求。在未來智能電網(wǎng)時(shí)代，大量分布式綠色能源(風(fēng)電、光電)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，需要對相角實(shí)施測量并控制，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和綠色電源的運(yùn)行效率，這必然離不開統(tǒng)一的高精度時(shí)間基準(zhǔn)。

當(dāng)前業(yè)界采用的時(shí)鐘同步技術(shù)通常是采用GPS授時(shí)。由于GPS服務(wù)是免費(fèi)的，運(yùn)營者沒有承諾任何服務(wù)質(zhì)量，當(dāng)意外事件發(fā)生時(shí)，GPS可能被降低精度，甚至中斷服務(wù)。針對這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)目前行界有兩種考慮，一是引入第二個(gè)衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)作為備份，例如我國自主開發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。但是目前這些系統(tǒng)還沒有形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，而且，衛(wèi)星授時(shí)在可獲得性仍然存在客觀的問題，受氣候等因素的影響較大，更多的電力設(shè)備依賴衛(wèi)星授時(shí)，會(huì)對電力系統(tǒng)可靠性引入外部擾動(dòng)因素。而且如果每個(gè)廠站都增加一套衛(wèi)星授時(shí)設(shè)備，對于行業(yè)來說也是一筆不小的負(fù)擔(dān)。第二個(gè)方案是自建一張基于有線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字同步網(wǎng)，采用所謂“天地互備”的方式來增強(qiáng)其可靠性。

由于SDH天生具備傳輸時(shí)鐘的能力，因此在采用SDH骨干網(wǎng)的電網(wǎng)可以使用它來傳輸時(shí)鐘，但SDH僅僅只能實(shí)現(xiàn)頻率同步，這還不能滿足廠站的要求，必須通過其他復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)施來解決解決相位同步的需求，這對于電力行業(yè)來說一直是一個(gè)難題。而如果電力調(diào)度通信網(wǎng)本身能提供微秒級(jí)的全網(wǎng)時(shí)間同步(包括頻率和相位的同步)，在電力系統(tǒng)內(nèi)部解決全網(wǎng)高精度時(shí)鐘同步問題，將會(huì)使電網(wǎng)運(yùn)行更加獨(dú)立、可靠和安全。IEEE1588v2高精度時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn)的誕生，以及華為公司在業(yè)界首家推出端到端支持1588v2的IP調(diào)度通信網(wǎng)解決方案，使得精度優(yōu)于1us的數(shù)字同步網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，從此電力IP通信網(wǎng)內(nèi)部署高精度同步時(shí)鐘進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的階段。

華為公司推出的AR G3路由器具備1588v2能力，AR接入路由器連同華為的城域以太交換機(jī)、骨干匯聚路由器以及MSTP/SDH傳輸設(shè)備組成端到端的1588v2數(shù)字同步網(wǎng)。在提供高性能的電力調(diào)度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，提供us級(jí)的絕對時(shí)間基準(zhǔn)，供電力系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)使用。

精度同步時(shí)間系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定、高質(zhì)量、高效率運(yùn)行具有重要的作用。在智能電網(wǎng)以及綠色能源時(shí)代，基于高精度同步時(shí)間的監(jiān)控方法和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，數(shù)量也會(huì)越來越多。建立電力系統(tǒng)自主的IP高精度時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并與現(xiàn)有的調(diào)度網(wǎng)融合，是一條經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的途徑。