高级智能电网应用中的下一代通信协议白皮书（全）（图）

2.3.1 优先化、精确度和可靠性

往复于自动线路切换和无功电压控制终端之间的信息监控与控制可以使电力公司进行远程的线路更改，从而避开故障电力线及电力工人正在实施维护的电力线，还可以重新激活无电区域、识别并降低系统带宽负荷。这些举措可以促进电力公司的安全运营，确保服务可靠性，并且有助于对电力公司的昂贵资产进行有效管理。不可拖延或中断这些来自重点任务保护和控制应用的通信。

2.3.2 速度

在许多配电自动化应用中，延时性是一项重要的衡量标准。远远超出5分钟的延时时间是高级计量设备部署通常可以提供的重要好处。在配电自动化应用中，几乎所有的延时时间都在5分钟以下，但对其精准度的要求往往要在100毫秒之内。

目前自动线路切换所需延时时间最短，要求现场设备配合重点馈线切换设备运行的时间小于100毫秒，电网运营商无需采取任何行动对停电程度加以限制。美国境内许多电力公司瞬时停电恢复服务所需时间不到5分钟，欧洲许多电力公司的瞬时停电恢复用时不到3分钟。超过这一停电时间范围则不再属于瞬时停电，而应将其归类为长时间停电。在欧洲境内的绝大部分地区及美国的20个州，可以把长时间停电的频度和停电时间作为衡量标准，对电力公司缺乏供电可靠性进行处罚。

虽然其它一些配电自动化应用目前无需满足这些要求，但是持续增加的分布式发电及电动汽车也将给高渗透地区带来相应的变化。随着这些可能对电网运行造成影响的设备的地区性普及，小带宽M2M通信的延时时间就必须相应缩短，以便传输电压发生故障以及当地电力供需发生重大变化时在一系列线路设备中进行快速的协调举措，从而减少设备的损坏。

2.3.3 运营商通告

对于那些只熟悉较小规模网络或较少数据收集需求的电力企业而言，根据个别或多个传感器报告的情况将警报按优先级进行管理还很困难。为优化电力企业管理行为，对负面情况进行解析并把这些警报按优先顺序加以区分，需要将高级协议、分析手段和利用配置结合在一起。

3. 通信解决方案

合适的网络协议能为先进计量基础设施和配电自动化系统的应用提供强大支持，有效缓解其面临的一系列挑战。这些网络协议集合了多项标准，能协助对问题进行预处理，监视和优化网络可靠性，还能保护不同应用程序的安全。

3.1 基于标准的通信解决方案

通过采用基于标准的通信协议，网络的灵活性和使用寿命得到了大幅提高。电力公司领域的通信应遵循TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)和UDP/IP(用户数据报协议/互联网协议)的要求，便于公用设施充分利用更多标准，如IEEE 61850 和DNP3 (无论IPv4还是IPv6)标准等。使用IP协议还能减缓开发者创建应用程序和流程建模的压力。提供基于IP的解决方案，还免去了电力公司对多厂商网络互操作性的担忧。

3.2原始数据的汇总、分类与排序

利用协议和高端系统来汇总与筛选数据，可以降低数据处理的要求，将数据转化为有用的信息，并且完善网络功能。经过筛选，汇总数据变成了较小的代表性样本。这样一来，在电力公司进行实时数据分析和ad-hoc数据挖掘时，服务器承受的压力就大大减轻了。同时，电力公司还可使用过滤器，将数据整理成更加有效的形式，来提高网络运营水平。此外，过滤器还可用来发现各种网络异常情况，如读表失败、采集器损坏或命令执行不成功等，并及时发出警报。

对配电自动化系统实施关键防护和控制，不但要有保证可靠性的封闭式网络，还要具备对网络流量分配优先等级的能力。在网络处理多个应用程序时，流经的关键信息不得丢失、延迟或损坏。保障线路工人和市民的信息通信安全与保护电网关键系统的健康，两者同样重要。

3.3 网络监控和自愈

采用适当的协议和工具来监视网络性能和支持网络快速自愈，对于保持网络在非最优条件下的高性能至关重要。当设备由于自然或机械原因发生故障时，通信系统就会产生孔洞。而此时，规划和协议会减轻覆盖面缺失带来的不利影响。多余的基础设施费用昂贵，但可以防止服务中断造成的损失。集中通信系统的分布式智能分析能转换通信路径，通过主动网络设备来重新分配网络流量，释放通信中断部分附近的传输能力，从而重新建立与某些丢失设备的通信联系。将信息分发至局部节点可以实现流程的自动化，减少停机时间并提高可靠性。

3.4 满足安全需求

在智能电网部署中，网络安全是一个重要的考虑因素。将多种通信技术和控制功能嵌入各个孤立的传统电网设备中，令电力公司、监管部门和消费者颇为担忧。美国国家标准与技术研究院(NIST)指出了面临的诸多挑战，为电力公司制定合理计划，保障网络安全开辟了一个全新的视角。尽管确立了目标，然而，由于缺乏具体的行动方向，电力公司只能将国家标准与技术研究院的策略作为总体性框架，各自制定了不同的计划，以确保网络的安全稳定运行。这些计划还须考虑到应用程序之间的差异，根据情况适时作出调整。

先进计量基础设施(AMI)收集的数据本质上并不关键，但却具有保密性和精确性，消费者表现出的关心为限制访问提供了动力。运用加密技术、运营商认证和各组各项任务的授权，以及对先进计量基础设施数据的任何手动更改进行记录，成为保障电网与客户顺利互动的重要措施。验证方式包括两种，一种是将用户名与密码任意组合，另一种是物理验证，如输入按键或扫描指纹。限制性授权仅允许员工访问与工作职能有关的数据，防止其篡改或意外损坏数据。记录并分配任务给特定的员工，使电力公司可以跟踪任何变化，及时辨识错误，确定数据损坏事件责任人。

上述保护和控制功能改变了配电网的配置情况以及向客户输送电力的方式，所以需要有额外的措施来保障配电自动化系统的安全。确保分布式控制设备往来数据的完整性与识别、处理不完整、被篡改的信息同等重要。如同先进计量基础设施加密一样，验证、授权和计费对限制访问权限，避免对网络造成负面影响也是十分重要的。

4. 设计支持多项智能电网应用的通信网络

为了深入挖掘现有和新兴网络的价值，电力公司正尝试安装额外的应用程序，通信需求因而变得日益重要。制定网络设计要求来处理诸如未来检验、数据管理、实时分析、网络健康和安全等问题，可以极大地降低操作风险，提高新型通信网络的运行效率。解决这些问题并采取最佳实践，对美国的电力公司来说尤为重要，因为它们将花费数亿美元为物联网通信技术部署额外的网络。

运用高级协议和改进的网络管理中间件能够解决或减少许多问题，具体实现途径如下：

• 采用标准化通信技术

• 优化分配网络流量

• 执行简化警报的相关分析，提高电力公司响应速度

• 在设备故障或其他不利的网络条件下减少停机时间

强大的通信能力和轻松的网络管理可以降低成本，减少所需的运营商数量，还能减少智能电网应用程序和网络数据增加所带来的一系列难题。未来五年，随着更多通信节点的接入和智能电表等具有附加功能的硬件的启用，对电力公司通信网络的要求将至少提升一个等级，如何规划并应对这些变化将重塑电力公司通信部署的投资收益。

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