智能電網通信成熟度評估分析

智能電網最近幾年一直是能源行業(yè)的亮點和投資熱點，隨著特高壓和堅強智能電網的實施，對于電網企業(yè)而言，如何有效實施智能電網正成為電網安全高效運行的關鍵，而通信是實現(xiàn)“智能”的橋梁。愛立信(中國)通信有限公司電力行業(yè)首席顧問李凱所撰《智能電網的通信成熟度》一文首先對智能電網通信需求進行了分析，闡述了智能電網通信成熟度模型的主要特點，并對智能電網通信成熟度的評估和分析進行了研究和探討。該模型將有效幫助智能電網通信規(guī)劃的制定者從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術的維度總體考慮智能電網的通信。

1 引言

智能電網(smartgrid) 對提高電網安全、靈活、自愈、互動、經濟、兼容、清潔等方面的水平，推動電力行業(yè)能源結構調整以及可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著至關重要的作用，已成為未來電網的發(fā)展方向。智能電網涵蓋范圍較大，包括了電網規(guī)劃、建設、調度、維護、營銷等電網運營的各個環(huán)節(jié)。

相比目前的集中化電網，智能電網在去分布式的網絡中集成了消費者和供應者。智能電網中的“智能”是指電力網絡和IT的結合，采集電網各種數字化傳感器的實時數據，結合電力設備的資產數據，通過IT手段監(jiān)控、分析和統(tǒng)計這些數據，從而對電網進行智能和自動化的控制。這種基礎設施的結合是為了應對傳統(tǒng)電網無法處理的挑戰(zhàn)，比如以可靠、安全的方式應對規(guī)模多種多樣的供應者和消費者，但是歸根到底，沒有集中處理的電網實時數據就談不了電力網絡和IT的結合，也就談不上智能。這其中的關鍵就是用可靠、安全的通信手段，將分布的實時數據傳輸并集中分析、處理。

開展智能電網的通信建設，需要一套能指導其發(fā)展和評估其發(fā)展階段的模型和體系。本文在分析智能電網對通信網的特殊需求基礎上，描述智能電網通信成熟度模型及其主要特點，為智能電網從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術層面提供通信成熟度評估和分析手段。

2智能電網對通信的特殊需求

智能電網從電力傳輸的過程來說分為發(fā)電、輸電、變電、配電、售電和調度等環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)對數據傳輸的要求非常不一樣。隨著智能電網的建設發(fā)展，電力系統(tǒng)主干通信網和配電通信網之間的聯(lián)系也日趨緊密。電力通信網的建設不但要滿足主網的業(yè)務需求，同時需要滿足配網業(yè)務的需求。具有通信需求的站點不僅僅是調度中心、變電站、電廠，還包括新能源發(fā)電站、分布式電源、微網、用戶電表等，將對現(xiàn)有電力通信網絡體系產生較大的不同需求。另外，集中式數據中心的建設為集中分析與管理提供了基礎，同時也對通信需求提出了更高要求。

如圖一所示，這些需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

圖一：智能電網對通信的特殊需求

電網運行數據的接入：主要以EMS、SCADA為主。其對通信的要求主要體現(xiàn)在安全性和可靠性要求特別高，帶寬要求較高但是實時性要求高，傳輸時延稍短，設備數量少，對覆蓋要求低。

設備狀態(tài)數據的接入：主要是變壓器、PT、CT、雷擊傳感器等的運行狀態(tài)數據，其對通信的要求主要是安全性和可靠性要求較高，帶寬要求低但是實時性要求高，傳輸時延短，設備數量多，對覆蓋要求一般。

客戶計量數據的接入：主要是智能電表、關口表等的讀數數據，例如北上廣這樣的城市智能電表裝機量過千萬，每塊電表每天都向集中器傳數據，集中器再向數據中心上傳，其對通信的要求主要是安全性和可靠性要求一般，數據量大帶寬要求高，實時性要求低，傳輸時延沒有太大要求，但是設備數量巨大，對覆蓋要求很高。

電網數據集中、分析優(yōu)化、信息展現(xiàn)對通信的要求：實時采集的電網數據和電網企業(yè)管理與經營數據都集中數據中心進行處理，主要需求與標準的數據中心類似，即高帶寬、大數據量，時延要求一般。同時大量數據集中在一地對數據安全和可靠性要求非常高，這同時也提出了備用網絡如第二匯接點，容災等要求。

電網數據傳輸對通信的要求：電網的實時數據和集中式數據中心的數據一般都沿電力線路延伸到各接入點，但是電力線路建設的新舊不一，也造成了配套的通信傳輸手段多種多樣，需要統(tǒng)一協(xié)調這些傳輸手段。

基于以上5點基本需求，智能電網對通信的安全可靠性，帶寬、時延、覆蓋等等需求各不相同，不可能用現(xiàn)存的任何一種通信系統(tǒng)及其管理手段滿足全部要求。這需要一整套統(tǒng)一考慮不同通信技術、組織、流程的通信體系建設，具體應體現(xiàn)以下4個方面：

在技術上必須體現(xiàn)對電網不同數據類型，不同傳輸要求的廣泛適應性;

在管理和流程上必須體現(xiàn)電網集中管理，分級保障的特點;

在運營上必須體現(xiàn)對高安全高可靠性的服務品質要求;

在組織架構上必須體現(xiàn)對廣大地域范圍、不同專業(yè)不同單位的通信需求。

智能電網的通信成熟度模型正是一套體現(xiàn)以上4方面要求，能指導電網通信發(fā)展和評估其發(fā)展階段的模型和體系。

3智能電網通信成熟度模型的要點

在GridWeek 2011大會上，卡內基-梅隆大學的軟件工程研究所(Software Engineering Institute，簡稱SEI)發(fā)布了智能電網成熟度模型(Smart Grid Maturity Model，簡稱SGMM)的1.2更新版本。智能電網通信成熟度模型借鑒了SGMM在智能電網方面的一些專業(yè)內容，但更多的是依據通信網的自身發(fā)展特點和規(guī)律。

如前所述，智能電網的通信體系建設必須從體系建設的角度來綜合考慮智能電網對通信的需求，這主要包括以下4個維度：

技術與架構：主要是不同的智能電網數據采用什么樣的通信功能、技術、架構。

管理與流程：主要是針對智能電網的特點采取什么樣的管理措施和流程來保障其集中高效地運行

組織：主要描述不同的技術手段如何通過有效的組織架構來進行管理。

運營：高安全高可靠性不僅需要通過技術手段來保障，更加需要運營來確保通信滿足不斷發(fā)展的電網數據在帶寬、延遲、安全可靠等方面的要求。

智能電網的通信成熟度模型(Smart Grid Communication Maturity Model，簡稱SGCMM)的主要框架針對上述4個維度提出了5級的分級標準，如圖二所示，分別為：1級：初始階段;2級：結構化階段;3級：集成化階段;4級：優(yōu)化階段;5級：自適應階段。每個維度在不同級別都有不同的要求，每一個方框內都有很詳細的評估內容，在此不一一展開，以下通過某樣本企業(yè)的案例來說明SGCMM的內容：

圖二：智能電網通信成熟度模型的要點

圖二的紅線位置是某個樣本企業(yè)幾年前的狀態(tài)，技術上通過單一的應用系統(tǒng)項目組建保障該項目的通信網絡，處于1級;管理上采取了一些標準的IT流程來進行管理，處于2級;組織上目前還沒有針對通信的專門機構，通信崗位分布在IT和調度等部門，所以沒有分級;運營上主要通過項目組來做維護，有些項目組甚至管理著自己的獨立機房和網絡，處于1級?？傮w上這家樣本企業(yè)處于1級的階段。

圖二綠線狀態(tài)是通過調研、分析，建議該企業(yè)3年內的應達到的目標，總體上達到4級水平，但是由于組織架構需要配合整個企業(yè)的管理，在該維度只需要達到3級水平即可。這樣在每一個維度上都有對應的提升內容作為路線圖，每個級別的提升都對應實質性內容可以很好地指導電網企業(yè)在技術和架構、管理和流程、組織、運營上一步一個腳印，分級、分步驟地提升自己的通信能力，應該指出的是，每個維度都應該逐級提升而不是一蹴而就從1級直接提升到4級，因為每一級都有其內在的發(fā)展規(guī)律。

圖二實際上是SGCMM的結果展現(xiàn)，一個電網企業(yè)如何評估自己的通信現(xiàn)狀，如何確定自己通信體系應該達到什么樣的目標，如何制定路線圖及實施計劃，靠的是SGCMM的一整套方法論來進行評估和分析

4智能電網通信成熟度的評估和分析

全球電力企業(yè)在智能電網的發(fā)展階段差別很大，在通信上的差別更大。SGCMM主要通過以下流程來為智能電網通信進行評估和分析，如圖三所示：

圖三：智能電網通信成熟度的評估和分析流程 調研

調研將按照模型的4個維度展開，每一個維度按照不同的調研內容、調研對象、調研設施形成調研分析報告

電網企業(yè)業(yè)務規(guī)劃調研

針對企業(yè)建設智能電網的需求，調研3-5年內智能電網的發(fā)展規(guī)劃及對通信的需求情況，形成業(yè)務發(fā)展分析報告

差距分析

如圖四所示，根據調研分析報告繪制現(xiàn)狀在每一個調研內容所處的級別，紫色線是全球最佳實踐所處的位置，提供對標參考。桔色線是根據SGCMM提出建議的目標位置

圖四：智能電網通信成熟度的差距分析 優(yōu)先級評估

由于各電網企業(yè)有自身的業(yè)務發(fā)展特點，電網通信建設規(guī)劃也必須適應其業(yè)務發(fā)展的需要，因此需要根據業(yè)務發(fā)展分析報告，對桔色線提出的建議目標位置進行有針對性的修正。

智能電網通信路線圖

根據修正后的通信成熟度級別和現(xiàn)狀之間的差距形成電網通信發(fā)展建設路線圖

智能電網通信發(fā)展計劃

根據智能電網通信路線圖，按照逐級提升的原則制定年度發(fā)展規(guī)劃，技術架構等。

收益分析

根據電網通信發(fā)展路線圖，分析每一年建設目標在技術架構、流程、管理、組織結構上的改善情況及對應的收益。

5 結束語

智能電網通信成熟度為電網企業(yè)提供了一個更加全面了解其通信需求，從全局高度把握智能電網通信建設的工具。更加重要的是，這個工具將企業(yè)規(guī)劃與通信規(guī)劃相結合，幫助通信規(guī)劃的制定者從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術的維度總體考慮智能電網的通信如何更加匹配電網企業(yè)總體發(fā)展的需要，如何更加有效地支撐電力系統(tǒng)運行，如何更加高效地服務電網管理。

圖五：從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術的維度總體考慮智能電網通信

（作者：李凱 愛立信（中國）通信有限公司）