智能電網(wǎng)通信成熟度評(píng)估分析

智能電網(wǎng)最近幾年一直是能源行業(yè)的亮點(diǎn)和投資熱點(diǎn)，隨著特高壓和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的實(shí)施，對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)而言，如何有效實(shí)施智能電網(wǎng)正成為電網(wǎng)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵，而通信是實(shí)現(xiàn)“智能”的橋梁。愛(ài)立信(中國(guó))通信有限公司電力行業(yè)首席顧問(wèn)李凱所撰《智能電網(wǎng)的通信成熟度》一文首先對(duì)智能電網(wǎng)通信需求進(jìn)行了分析，闡述了智能電網(wǎng)通信成熟度模型的主要特點(diǎn)，并對(duì)智能電網(wǎng)通信成熟度的評(píng)估和分析進(jìn)行了研究和探討。該模型將有效幫助智能電網(wǎng)通信規(guī)劃的制定者從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的維度總體考慮智能電網(wǎng)的通信。

1 引言

智能電網(wǎng)(smartgrid) 對(duì)提高電網(wǎng)安全、靈活、自愈、互動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、兼容、清潔等方面的水平，推動(dòng)電力行業(yè)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，已成為未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向。智能電網(wǎng)涵蓋范圍較大，包括了電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度、維護(hù)、營(yíng)銷(xiāo)等電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

相比目前的集中化電網(wǎng)，智能電網(wǎng)在去分布式的網(wǎng)絡(luò)中集成了消費(fèi)者和供應(yīng)者。智能電網(wǎng)中的“智能”是指電力網(wǎng)絡(luò)和IT的結(jié)合，采集電網(wǎng)各種數(shù)字化傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合電力設(shè)備的資產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)IT手段監(jiān)控、分析和統(tǒng)計(jì)這些數(shù)據(jù)，從而對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行智能和自動(dòng)化的控制。這種基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合是為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)無(wú)法處理的挑戰(zhàn)，比如以可靠、安全的方式應(yīng)對(duì)規(guī)模多種多樣的供應(yīng)者和消費(fèi)者，但是歸根到底，沒(méi)有集中處理的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就談不了電力網(wǎng)絡(luò)和IT的結(jié)合，也就談不上智能。這其中的關(guān)鍵就是用可靠、安全的通信手段，將分布的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸并集中分析、處理。

開(kāi)展智能電網(wǎng)的通信建設(shè)，需要一套能指導(dǎo)其發(fā)展和評(píng)估其發(fā)展階段的模型和體系。本文在分析智能電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)的特殊需求基礎(chǔ)上，描述智能電網(wǎng)通信成熟度模型及其主要特點(diǎn)，為智能電網(wǎng)從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)層面提供通信成熟度評(píng)估和分析手段。

2智能電網(wǎng)對(duì)通信的特殊需求

智能電網(wǎng)從電力傳輸?shù)倪^(guò)程來(lái)說(shuō)分為發(fā)電、輸電、變電、配電、售電和調(diào)度等環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠓浅２灰粯印ｋS著智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，電力系統(tǒng)主干通信網(wǎng)和配電通信網(wǎng)之間的聯(lián)系也日趨緊密。電力通信網(wǎng)的建設(shè)不但要滿(mǎn)足主網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)需要滿(mǎn)足配網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求。具有通信需求的站點(diǎn)不僅僅是調(diào)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(wǎng)、用戶(hù)電表等，將對(duì)現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)體系產(chǎn)生較大的不同需求。另外，集中式數(shù)據(jù)中心的建設(shè)為集中分析與管理提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也對(duì)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(gè)方面：

圖一：智能電網(wǎng)對(duì)通信的特殊需求

電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的接入：主要以EMS、SCADA為主。其對(duì)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(shí)時(shí)性要求高，傳輸時(shí)延稍短，設(shè)備數(shù)量少，對(duì)覆蓋要求低。

設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的接入：主要是變壓器、PT、CT、雷擊傳感器等的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，其對(duì)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(shí)時(shí)性要求高，傳輸時(shí)延短，設(shè)備數(shù)量多，對(duì)覆蓋要求一般。

客戶(hù)計(jì)量數(shù)據(jù)的接入：主要是智能電表、關(guān)口表等的讀數(shù)數(shù)據(jù)，例如北上廣這樣的城市智能電表裝機(jī)量過(guò)千萬(wàn)，每塊電表每天都向集中器傳數(shù)據(jù)，集中器再向數(shù)據(jù)中心上傳，其對(duì)通信的要求主要是安全性和可靠性要求一般，數(shù)據(jù)量大帶寬要求高，實(shí)時(shí)性要求低，傳輸時(shí)延沒(méi)有太大要求，但是設(shè)備數(shù)量巨大，對(duì)覆蓋要求很高。

電網(wǎng)數(shù)據(jù)集中、分析優(yōu)化、信息展現(xiàn)對(duì)通信的要求：實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)數(shù)據(jù)和電網(wǎng)企業(yè)管理與經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)都集中數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，主要需求與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心類(lèi)似，即高帶寬、大數(shù)據(jù)量，時(shí)延要求一般。同時(shí)大量數(shù)據(jù)集中在一地對(duì)數(shù)據(jù)安全和可靠性要求非常高，這同時(shí)也提出了備用網(wǎng)絡(luò)如第二匯接點(diǎn)，容災(zāi)等要求。

電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)通信的要求：電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和集中式數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)一般都沿電力線路延伸到各接入點(diǎn)，但是電力線路建設(shè)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(diào)這些傳輸手段。

基于以上5點(diǎn)基本需求，智能電網(wǎng)對(duì)通信的安全可靠性，帶寬、時(shí)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(mǎn)足全部要求。這需要一整套統(tǒng)一考慮不同通信技術(shù)、組織、流程的通信體系建設(shè)，具體應(yīng)體現(xiàn)以下4個(gè)方面：

在技術(shù)上必須體現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型，不同傳輸要求的廣泛適應(yīng)性;

在管理和流程上必須體現(xiàn)電網(wǎng)集中管理，分級(jí)保障的特點(diǎn);

在運(yùn)營(yíng)上必須體現(xiàn)對(duì)高安全高可靠性的服務(wù)品質(zhì)要求;

在組織架構(gòu)上必須體現(xiàn)對(duì)廣大地域范圍、不同專(zhuān)業(yè)不同單位的通信需求。

智能電網(wǎng)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(dǎo)電網(wǎng)通信發(fā)展和評(píng)估其發(fā)展階段的模型和體系。

3智能電網(wǎng)通信成熟度模型的要點(diǎn)

在GridWeek 2011大會(huì)上，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的軟件工程研究所(Software Engineering Institute，簡(jiǎn)稱(chēng)SEI)發(fā)布了智能電網(wǎng)成熟度模型(Smart Grid Maturity Model，簡(jiǎn)稱(chēng)SGMM)的1.2更新版本。智能電網(wǎng)通信成熟度模型借鑒了SGMM在智能電網(wǎng)方面的一些專(zhuān)業(yè)內(nèi)容，但更多的是依據(jù)通信網(wǎng)的自身發(fā)展特點(diǎn)和規(guī)律。

如前所述，智能電網(wǎng)的通信體系建設(shè)必須從體系建設(shè)的角度來(lái)綜合考慮智能電網(wǎng)對(duì)通信的需求，這主要包括以下4個(gè)維度：

技術(shù)與架構(gòu)：主要是不同的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采用什么樣的通信功能、技術(shù)、架構(gòu)。

管理與流程：主要是針對(duì)智能電網(wǎng)的特點(diǎn)采取什么樣的管理措施和流程來(lái)保障其集中高效地運(yùn)行

組織：主要描述不同的技術(shù)手段如何通過(guò)有效的組織架構(gòu)來(lái)進(jìn)行管理。

運(yùn)營(yíng)：高安全高可靠性不僅需要通過(guò)技術(shù)手段來(lái)保障，更加需要運(yùn)營(yíng)來(lái)確保通信滿(mǎn)足不斷發(fā)展的電網(wǎng)數(shù)據(jù)在帶寬、延遲、安全可靠等方面的要求。

智能電網(wǎng)的通信成熟度模型(Smart Grid Communication Maturity Model，簡(jiǎn)稱(chēng)SGCMM)的主要框架針對(duì)上述4個(gè)維度提出了5級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如圖二所示，分別為：1級(jí)：初始階段;2級(jí)：結(jié)構(gòu)化階段;3級(jí)：集成化階段;4級(jí)：優(yōu)化階段;5級(jí)：自適應(yīng)階段。每個(gè)維度在不同級(jí)別都有不同的要求，每一個(gè)方框內(nèi)都有很詳細(xì)的評(píng)估內(nèi)容，在此不一一展開(kāi)，以下通過(guò)某樣本企業(yè)的案例來(lái)說(shuō)明SGCMM的內(nèi)容：

圖二：智能電網(wǎng)通信成熟度模型的要點(diǎn)

圖二的紅線位置是某個(gè)樣本企業(yè)幾年前的狀態(tài)，技術(shù)上通過(guò)單一的應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目組建保障該項(xiàng)目的通信網(wǎng)絡(luò)，處于1級(jí);管理上采取了一些標(biāo)準(zhǔn)的IT流程來(lái)進(jìn)行管理，處于2級(jí);組織上目前還沒(méi)有針對(duì)通信的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，通信崗位分布在IT和調(diào)度等部門(mén)，所以沒(méi)有分級(jí);運(yùn)營(yíng)上主要通過(guò)項(xiàng)目組來(lái)做維護(hù)，有些項(xiàng)目組甚至管理著自己的獨(dú)立機(jī)房和網(wǎng)絡(luò)，處于1級(jí)?？傮w上這家樣本企業(yè)處于1級(jí)的階段。

圖二綠線狀態(tài)是通過(guò)調(diào)研、分析，建議該企業(yè)3年內(nèi)的應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，總體上達(dá)到4級(jí)水平，但是由于組織架構(gòu)需要配合整個(gè)企業(yè)的管理，在該維度只需要達(dá)到3級(jí)水平即可。這樣在每一個(gè)維度上都有對(duì)應(yīng)的提升內(nèi)容作為路線圖，每個(gè)級(jí)別的提升都對(duì)應(yīng)實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容可以很好地指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)在技術(shù)和架構(gòu)、管理和流程、組織、運(yùn)營(yíng)上一步一個(gè)腳印，分級(jí)、分步驟地提升自己的通信能力，應(yīng)該指出的是，每個(gè)維度都應(yīng)該逐級(jí)提升而不是一蹴而就從1級(jí)直接提升到4級(jí)，因?yàn)槊恳患?jí)都有其內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律。

圖二實(shí)際上是SGCMM的結(jié)果展現(xiàn)，一個(gè)電網(wǎng)企業(yè)如何評(píng)估自己的通信現(xiàn)狀，如何確定自己通信體系應(yīng)該達(dá)到什么樣的目標(biāo)，如何制定路線圖及實(shí)施計(jì)劃，靠的是SGCMM的一整套方法論來(lái)進(jìn)行評(píng)估和分析

4智能電網(wǎng)通信成熟度的評(píng)估和分析

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

圖三：智能電網(wǎng)通信成熟度的評(píng)估和分析流程 調(diào)研

調(diào)研將按照模型的4個(gè)維度展開(kāi)，每一個(gè)維度按照不同的調(diào)研內(nèi)容、調(diào)研對(duì)象、調(diào)研設(shè)施形成調(diào)研分析報(bào)告

電網(wǎng)企業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)劃調(diào)研

針對(duì)企業(yè)建設(shè)智能電網(wǎng)的需求，調(diào)研3-5年內(nèi)智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃及對(duì)通信的需求情況，形成業(yè)務(wù)發(fā)展分析報(bào)告

差距分析

如圖四所示，根據(jù)調(diào)研分析報(bào)告繪制現(xiàn)狀在每一個(gè)調(diào)研內(nèi)容所處的級(jí)別，紫色線是全球最佳實(shí)踐所處的位置，提供對(duì)標(biāo)參考。桔色線是根據(jù)SGCMM提出建議的目標(biāo)位置

圖四：智能電網(wǎng)通信成熟度的差距分析 優(yōu)先級(jí)評(píng)估

由于各電網(wǎng)企業(yè)有自身的業(yè)務(wù)發(fā)展特點(diǎn)，電網(wǎng)通信建設(shè)規(guī)劃也必須適應(yīng)其業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，因此需要根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展分析報(bào)告，對(duì)桔色線提出的建議目標(biāo)位置進(jìn)行有針對(duì)性的修正。

智能電網(wǎng)通信路線圖

根據(jù)修正后的通信成熟度級(jí)別和現(xiàn)狀之間的差距形成電網(wǎng)通信發(fā)展建設(shè)路線圖

智能電網(wǎng)通信發(fā)展計(jì)劃

根據(jù)智能電網(wǎng)通信路線圖，按照逐級(jí)提升的原則制定年度發(fā)展規(guī)劃，技術(shù)架構(gòu)等。

收益分析

根據(jù)電網(wǎng)通信發(fā)展路線圖，分析每一年建設(shè)目標(biāo)在技術(shù)架構(gòu)、流程、管理、組織結(jié)構(gòu)上的改善情況及對(duì)應(yīng)的收益。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)通信成熟度為電網(wǎng)企業(yè)提供了一個(gè)更加全面了解其通信需求，從全局高度把握智能電網(wǎng)通信建設(shè)的工具。更加重要的是，這個(gè)工具將企業(yè)規(guī)劃與通信規(guī)劃相結(jié)合，幫助通信規(guī)劃的制定者從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的維度總體考慮智能電網(wǎng)的通信如何更加匹配電網(wǎng)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(yùn)行，如何更加高效地服務(wù)電網(wǎng)管理。

圖五：從戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)的維度總體考慮智能電網(wǎng)通信

（作者：李凱 愛(ài)立信（中國(guó)）通信有限公司）