电力网络规划
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电力网络规划范文第1篇
中图分类号：TM76 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）07-0217-02
电力系统通信网是电网的重要支柱，是确保电网安全、优质、经济运行的重要手段，也是智能电网的基础支撑。
一、通信电源
电力通信电源作为电力通信系统的关键设备，特别是在智能电网中，通信电源系统运行质量的好坏直接关系到通信网的安全和运行质量，一旦出现因电源故障造成通信设备停运和电路中断，对电网安全运行将是极大的危害，甚至产生严重的后果。因此，智能电网通信电源的管理和维护应值得重视。
在智能电网中，以先进、集中、自动化的管理维护方式管理通信电源是必然的趋势。采用先进、可靠性高的电源电池和稳定的供电方式对构建强大的通信供电系统尤为重要。
通信电源供电系统中，一般采用DC-DC转换器对通信设备供电。蓄电池可采用免维护电池，寿命长且密封性较好。建议采用双蓄双充模式，可适当加大直流蓄电池组的容量，采用两组DC-DC转换器为通信设备供电，可以保证通信设备供电可靠性。在保证通信设备安全可靠供电的同时，不仅降低了设备投资，实现了资源共享，还可降低工作人员的维护量。
二、数字变电站通信需求及满足
数字化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。
伴随着网络通信技术的发展，数字化变电站乃至数字化电网的逐步建立，为构建智能电网的建设提供了技术基础。
初步统计，国家电网公司系统己有70多座数字化变电站投入运行，在数字化变电站研究和应用领域取得的成果，使在变电站一次设备、变电站通信网络等方面具备了建设智能电网的条件，对智能电网的发展将起到重大推动作用。
推广数字化变电站，促进电网的智能发展，需要考虑现有通信网络改造和构建新兴通信网络，以满足变电站的数字化建设。
（一）通信开放、标准化
数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备需具备可与其他设备交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。
构建开放的通信架构，形成一个“即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信。
统一技术标准，它能使所有的传感器、智能电子设备(IEDs)以及应用系统之间实现无缝的通信，即信息在所有设备和系统之间能够得到完全的理解，实现设备与设备之间、设备与系统之间、系统与系统之间的互操作功能。这就需要电力公司、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作，才能实现通信系统的互联互通。
（二）通信网络化
数字化变电站内设备之间的连接全部采用高速的网络通信设备，通过网络真正实现资源共享。并要求通信具备实时性、安全性。
目前的通信需求主要是系统物理量的传递，主要是四遥：遥测，遥信，遥控，遥调。测量数据、遥控命令等都要求实时传送，一旦出现故障，则需要传送大量的数据，要求信息能在站内通信网络上快速传递。
通信的安全问题也是至关重要的，可采取只读访问以及密码和防火墙等策略。
（三）信息集成化
高速通信系统使得各种不同的智能电子设备(IEDs)、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信，同时，这中间产生的数据和信息都集中采集、统一传送，实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理。
三、信息管理
智能电网的构建，有主网和配网统一协调管理的趋向，从数千个节点的数据采集量到数十万个节点数据采集，大量的数据如何进行有效的管理，是亚待解决的问题。
按照IBM公司的方案，数据信息的管理可从数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现五个方面入手。具体为：
（一）数据采集
在实时数据采集上，智能电网大大扩展了监视控制与数据采集系统(SCADA)的数据采集范围和数量，提高了电网的“可视化”。智能电网的实时数据主要包括三类：电网运行数据、设备状态数据和客户计量数据。电网企业应该加强对设备状态监测数据和更加详细的客户计量数据的采集，为企业提供更多有价值的信息和更有力的决策支持。
设备状态数据的采集有利于推进电力行业设备状态检修的发展。电网企业目前在开展状态检修和状态评估的初期工作，设备状态数据的获取是状态检修和状态评估的重要基础。同时，电网企业应该根据不断更新与变化的设备情况，花大力气制定和更新设备状态评估的标准。
（二）数据传输
智能电网需要采集大量的设备状态数据和客户计量数据。这两类数据的特点是：数据量大，采集点多且分散，对实时性要求比电网实时运行数据低，数据需要被多个系统和业务部门使用。
在智能电网中，对这部分数据的采集是采用基于开放标准的数字通信网，即基于IP的实时数据传输方式。它是基于开放标准(TCP/IP)的数据网络通信，提供协议转换器，可以兼容现有设备，多通道共用，提高通道利用率，多通道容量可以被其他数据通信利用，更适合对大量的设备状态数据和计量数据的采集。采用基于IP的实时数据传输，各后台系统通过订阅方式直接获取所需数据，减少了数据通道压力，避免在实时系统和管理系统之间开发多个数据接口，有利于实现实时数据的共享。
（三）信息集成
针对电力企业己经存在的信息“孤岛”和“烟囱”问题，智能电网尤其强调建立企业信息总线(ESB)，实现企业级信息集成。智能电网中，需要集成的信息包括自动化系统的实时数据、电网公司内部管理应用系统产生的管理数据、外部应用系统数据。为了实现企业级的信息集成，需要建立企业信息集成总线，实现应用系统之间的数据流动，各应用系统的数据集成到统一的分析数据仓库。企业信息集成总线中信息交换以及数据中心数据模型参照/遵循CIM标准。
（四）分析信息
信息分析是智能电网的核心内容，是电网智能化的根本体现，有利于支持电网企业的业务改进与创新。数据分析的水平很大程度上取决于信息集成程度。根据智能电网信息集成程度，将分析优化分为四个层次：实时事件、闭值、通知、屏幕显示、邮件、传呼;指标计算、趋势分析;数据分析、事件的实时或事后诊断处理、数据挖掘;高级优化、业务建模和规划、决策支持。
针对电网企业不同的业务主题，建立完整的分析结构层次，指导对数据的深度利用;电网企业内部不同层次的人员，可以从这个完整的分析结构中订阅自己需要的分析功能;这样一个分析结构层次中，实际上包含了电网企业的重要运营和管理指标体系，能够清楚地表征电网企业的整体运营状况。
（五）信息显示
通过门户系统，能够从多个数据源获取数据，将经过分析优化处理后的信息，以用户定制的门户和仪表盘方式呈现给用户。门户系统为用户提供一站式信息访问，不同层次的用户获得自己关注的信息，用户能够配置需要显示的信息和表现方式，还能够实现对分析结果的企业级分发。
（六）信息的安全管理
电力系统存在大量的数据信息，包括发电商，电力企业，电网，用户的资料信息。智能电网中，必须明确各个主题的权限和保护程度，确保各个利益主体的切身利益。信息传输过程必须能抵御外部干扰和恶意的窃取，加强主动实时防护和信息的安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。
参考文献：
［1］曾瑛,丁慧霞,张庚.智能电网下的广东电力通信网演进方向［J］.广东电力，2011,24(5)：51-58.
［2］李瑞琦,张欢.智能电网的基础-电力通信网［J］.科技与生活,2010,(24)：144-145.
电力网络规划范文第2篇
关键词：IP地址，配网通信，EPON,智能电网，以太网
中图分类号：TM248 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: along with the power distribution network communication network development, more and more of the distribution network using IP technology business communication, the importance of IP address is becoming more and more prominent. This paper in guangdong power distribution network communication technology, business characteristics and business network construction planning, and other aspects of the demand, put forward some concrete in guangdong power distribution network production data communications network IP address planning of distribution calculation theory technology and methods, and in particular to focus on the systematic research conclusion and targeted technical method.
Keywords: IP address, distribution network communication, EPON, intelligent power grid, Ethernet
引言
IPv4是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，是第一个被广泛使用的、构成现今互联网技术基石的主要协议之一。在互联网络中提供网络层编码和寻址的功能，是所有其他上层应用的实现基础，在数据通信网络中发挥着重要的作用。
IP地址是参与数据网络通信的各个主体的重要标识，是路由寻址、网络分区、通信控制、数据流管理的主要参照参数主体，是IP数据包的唯一逻辑出口。IP地址的规划、分配和管理对于数据通信网络的建设运维和管理具有极其重要的意义。
近年来随着广东电网配网电力生产业务的发展，配网通信技术的不断丰富和发展，数据网通信（含XPON技术、WLAN、光纤以太网、电力线载波等等）已经成为配网电力生产业务的重要承载网络和技术手段，在配网业务的数据网通信中，IP地址的重要性也越来越突出。
对于IP地址在广东电网配网电力生产数据通信网络中的使用、规划和管理必须有科学、合理可靠的方法和规范，应该进行此方面的深入研究，以实现科学合理有效的利用IP地址，建设和实现更高效可靠的基于IP的配网通信网络。
本文重点针对在配网数据通信网络中采用不同技术手段情况下的网络IP地址计算方法进行研究探讨。
配网自动化系统的体系结构
根据广东电网各地区城区配电网自动化系统总体设计，通信系统采用三层两网架构。
一、通信系统的三层结构：
第一层为顶层通信主站层。
第二层为设置于变电站的通信汇聚设备层。
第三层设置于底层的通信终端层。
二、通信系统的两网结构：
第一网：主干通信网，用于连接通信主站层及通信汇聚设备层；
第二网：分支通信网，用于连接通信终端层及通信汇聚设备层。
配电网自动化通信系统体系结构如下图所示。
需求分析和地址需求数量计算
配网通信业务自身IP地址需求
由于配网通信业务不接入调度数据网,同时随着配网自动化的发展水平不断提高，近年来配网通信规约均已向104规约发展，业务自身均需要通过IP方式通信。
根据配电自动化系统的功能要求，配电网的数据类型分为以下几种：
状态信息：主要包含开关的分合状态、设备运行状态，配电网运行状态和故障信息。
测量信息：通过采样等手段获得的线路电压、电流信息以及功率、频率等派生计算量。
控制信息：包含由控制中心下发的遥控、遥调、设点等控制命令。
其他业务数据：包括计量、电能质量等。
对于配网通信业务而言，设IP地址需求数量为P,每地区供电局配网通信主站数量为21×X，配网通信子站数量为N，则配网通信业务的IP地址数量需求为(21地区局)：(X=4,设每地区主备调均双机备份，每个主站系统服务器使用IP地址数量不大于32)
P=21×X×32+N
不同通信技术组网对IP地址的需求
从通信网络建设的IP地址需求而言，主要是组网和网络管理的IP地址需求，组网IP地址主要是网络中的NNI接口(非业务端子的网络互联接口)需求，网络管理需求主要是网络设备的自身标识以及网络管理系统的IP地址需求。
根据采用不同通信和组网技术，对组网和网络管理IP地址的需求有如下分析：
以太网交换机光纤组网
以太网交换机组网可以分为商用以太网交换机和工业以太网交换机两种技术方式。
1）商用以太网交换机组网
商用以太网交换机组网方式借鉴了以太网络的通信模式，其网络组网一般采用分层分级、逐级汇接的模式，网络组网模型示意图如下：
在商业以太网交换机组网模式下，对组网IP地址的需求主要是网络互联及网络管理地址。
设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M, 参照南网十二五规划原则对于网络汇聚比的要求,取配网网络节点汇聚比为20，同时按照网络所有接入节点均双链路上联，则采用商业以太网交换机组网模式下的IP地址需求总数P的计算公式如下：
P=N+{(N/20)[汇聚节点数量]×40[每汇聚节点40条接入链路]×4[每链路4个IP地址]}+{ (N/20)×4[估算每汇聚节点4条上联及互联链路]}＋21(21个地区供电局)×M(一般情况下每配网调度中心网管系统设备数量不大于32)
2）工业以太网交换机组网
工业以太网交换机组网使用新型工业光纤以太网代替光纤收发器和光端机。这种模式的组网可采用光纤以太网环网，组网结构如下图所示：
在工业以太网交换机组网模式下，对组网IP地址的需求主要是网络互联及网络管理地址。
设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M, 同时由于以太网环网链路中每个环网交换机均独立组成自身接入网，则每设备具有2条上联及互联链路，所有接入节点均单链路上联，设每个环网交换机带10个接入节点，则采用工业以太网交换机组网模式下的IP地址需求总数P的计算公式如下：
P=N+(N/10)×2×4[每链路4个IP地址]}+ 21(21个地区供电局)×M(一般情况下网管系统设备数量不大于32)
SDH专线组网
采用SDH专线组网模式的情况下，网络由多个点对点通信链路组成树型结构，采用MSTP专线组网模式的网络模型示意图如下：
采用此种方式的情况下，由于以太网广播域的问题，上述树型SDH专线模型不能无限扩大，为避免广播风暴问题，每个树型区域建议设置为设备总数量100台，则采用SDH专线技术条件下的组网IP地址需求为：(设网络总节点数量为N,网管系统设备数量为M)
P=N+(N/100)+M
PON技术组网
目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，EPON是当前技术最为成熟，性价比最高，应用最广泛的PON技术。
由于PON设备的光路透明特性、在EPON的树型组网和双PON口手拉手组网结构的情况下，其组网IP地址的需求主要是ONU和OLT设备管理地址，以及OLT设备之间互联链路的地址（此互联链路为三层链路，按照每条链路4个IP地址计算）。
由于EPON设备的特性，每台OLT设备的每条光链路最多串接20台ONU设备，取有一定裕度的数值为10台，设网络总节点数量为N,取每台OLT设备出8个PON口,每台OLT设备有2条上联及互联链路，网络管理系统IP地址数量需求为M,则估算组网中IP地址数量需求如下：
1)树型PON组网结构IP地址
P＝(N/8/10)×2×4+N+M
2)EPON双PON口手拉手组网结构IP地址
P＝(N/8/10)×2(手拉手结构同一条PON链路需要两台OLT的两个PON口)×2×4+N+M
电力线载波组网
电力线载波通信（Power Line Carrier）组网与SDH专线组网方式类似，均可以看作是透明多条以太网专线以树型结构汇集到配网调度中心，整体网络结构示意图如下：
其组网IP地址的计算与SDH组网专线方式类似，IP地址计算公式如下：
P=N+(N/100)+M。
网络组网 IP地址计算方法总结
根据前述分析，采用各种不同组网技术条件下的配网通信IP地址计算分析公式如下汇总表：
结束语
随着广东电网公司配网通信数据网络建设及应用的进一步深化开展，配网通信中IP地址的应用重要性不断提高，在建设配网通信网络时，利用科学的计算方法和技术手段进行配网IP地址的规划和分配，可以大幅降低网络建设成本，提高运维管理效率。
参考文献
[1] 国家电力监管委员会令（第5号令）《电力二次系统安全防护规定》2005年
[2] TCP/IP 路由技术（第一卷）2001年
[3] MPLS和VPN体系结构2003年
电力网络规划范文第3篇
【关键词】电力载波通信；高速通信网络组建
协议研究我国的电力发展随着经济的快速发展而不断更新换代，规模不断扩大，复杂性也不断提高，在当前电力网络通信中，高速载波通信是现今比较成熟并且实用性较强的通信技术，能够解决大部分当前网络通信中存在的安全问题，并且能够在高速载波通信的技术支持下，成功协调电网系统中各个区域内的相互联系，能够在当前我国繁杂多样电网系统下建立行之有效的电力措施，为我国电力发展与建设提供有效帮助。
一、高速载波通信技术的概括
电力载波通信通过当前所建设的电力网络，通过载波方式进行信息的相互传递，在传统的电力线中，一般分为配电线、输电线与居民用户线等。电力载波通信是通过电力为连接支点，将通信信道作为载波通信的一种全新通信技术方式，在所有电力系统中较为独特的信息通信交流方式，在此过程中不用再另外加设通信管道，在我国的发电厂与变电所等地区企业的应用广泛。但是，由于大量地区存在电力网络铺设不够理想，在电力载波运行的过程中存在阻碍，从而导致电力载波通信技术大范围推广存在进度缓慢等情况的发生，寻求电力载波的新发展成为当前我国电力网络发展的重要方向。
二、高速电力载波通信网络的组建
高速电力载波通信网络的组建是依据低压电力的通信网络物理结构和通信信息的来源进行进一步分析结合，从中提取出组建的信息网络和电力网络有着高度的相似性。
2.1 网络接入方式
在国际化所制定的规则下，对于网络接入方式分为三种局部区域的组建网络标准，以CSMA/CD、令牌总线与令牌环三者为主，从总体来看，三者所应用的技术与理论支撑有着同宗同源的相像之处，此外三者的性能有着异曲同工之妙，但是三者的适用范围各有不同。CSMA/CD是三者中电力网络覆盖范围最大的通信网络，其所蕴含的强大安装量与迅捷的运行速率对电力网络的交流极为重要，并且CSMA/CD的协议简洁明了，但是由于其中存在相互冲突的网络领域，所以常常会造成发送信息具有延时性，滞后性等等，在电力网络运转过快时会导致超负荷运行，造成电力网络通信的不确定性；令牌总线的存在也完美解决了这个问题，具备独特的处理冲突领域的方式，能够在简短的时间内处理电力网络中的短帧信息，并且能够优先筛取其中存在的不同级别的信息加以处理解决，但是令牌总线的协议极为繁杂，并且在电力网络信息缺失的情况下会导致延迟过高，处理信息的速度变慢；令牌环是电力载波通信网络中的各个支点相互联系的关键，面对超负荷电力网络是具有高效的处理分析方法，能够较快程度上解决网络中存在的优先级问题，使得电力网络的运行变得更加高效稳定，但是由于缺乏高度集中的电力监控站，会导致令牌环只适用于单个电力站点之间的联系，在高度集中的管理下会缺乏稳定性，效率低下。电力载波网络通信技术实质就是采用令牌总线的网络接入方式，使得电力网络通信的协议制定更加简便，具有自身独特的独特的优势。第一，在采用令牌总线的接入方法，使得电力载波通信对杂音与信息的识别更加准确，根据令牌总线一个网络时段对应一个令牌的方式，使得只有拥有时间段令牌的信息才能进行传递，大大减少了电力载波通信中数据传输错误现象的出现等；第二，电力网络通信中存在节点不同，节点的性质与作用也不尽相同，所以根据令牌总线的运行机制能够最大程度上克服其中存在的数据传输错误，与电力网络信息的正确传输；第三，针对在CSMA/CD中存在的节点拥有对总体信息数据的掌握权力，从中就可以知道节点传播的信息过于庞大与复杂会使得电力网络进行高负荷运转，在此基础上采用令牌总线的接入方法，大大降低其中存在的不确定性，能够根据现实电力情况对数据进行逐个传递分析研究，解决电力网络高负荷运转时的产生的问题。
2.2 电力通信网络的组建种类
在实际的电力通信网络组建过程中，应用最为广泛的是美国科技信息公司公司的AN1000 电力网络，首先可以根据频率时段是否高于400kHz，低于100kHz，电力网络通信通常是介于两者频率之内，称为增频电力网络，并且该方式传递电力通信网络的速度能够达到110kbps；除了上述列举的相关电力通信网络，AN1000 电力网络中还存在针对性的通信创新，例如在实现不同区域内部网络同时传输、能够在不同地区传输时适应当地电力通信网络，有效地解决了电力通信网络环境的恶劣，一定程度上实现了通信信息传递的真实性与稳定性。电力网络AN1000 还根据不同类型的网络接口与元件，重新设计加工了全新模板的EPROM固件，体现出市场需求性的设计方向。首先是将固定零件进行整体串联，保障元件的关联性，还有一种是根据电力通信网络中的常规问题，结合通信性能组成的固件。在上述两种元件的组合下，将电力网络AN1000 进行整体串联，结构简便，在按照常规理论与思维方式，赋予该电力通信网络自由性。在电力网络AN1000 的启动生效形态：① 电力主机形态：存在控制整体系统的指令令牌；② 非电力主机形态：可以根据电力主机形态发出的令牌指令进行任务完成，不能通过令牌掌握整体系统；③ 辅从电力主机形态：不能对令牌发出的指令进行任务执行，并且对电力通信网络的使用要依据主机形态而定。因此，针对上述三种形态的电力通信网络构建，能够结合成下列形式。
三、高速电力载波通信网络的协议研究
3.1 协议研究的概括
在电力通信网络的影响下，对载波协议的设计与研究显得尤为重要，在协议设计中，为了减少协议的繁杂性，使得其更加简便明了，通常采用层级的方式进行组织分析，即在协议设计的每一级别下构建另外一级，使得整体电力网络的层级数量性质各不相同，存在差异性，在每个节点都有自己独特的标识，并且为上层网络进行服务。
3.2 串口操作
协议中MAC子层主要进行串口流数据的发送与收录，并且按照规定时刻与AN1000 相互联系，方便进行数据信息的交换与传输。针对二者相互通信的方式通常是采取直面对象的规划工序进行，能够实现多种类型的MAC工作，包含有RS232 设计与Win32Port等系列设计方式进行。前者对相关串口工作进行抽象规划，将电力通信网络中的全部相关接口重新组织，形成行的联系，即Win32Port是根据前者的概念引出，并且解决了通信的下端接口，串联中使用API函数进行计算设计。进行串口操作时，首先将电力通信的内部系统按照令牌指示进行启动，在启动环节，如果产生两个串口连接线，就可以把这两个线路程序当做该操作内容信息的录入与读取。此外，根据常规原理进行录入读取的程序设计，并通过内部关系网络进行数据启动，也可以进行信息数据的重新规划，防止出现重大事故时直接通过串口进行事件的处理，而是按照串口程序将内部事故的通信信息发出，外界接收信息后提出针对性的解决措施与解决行为，并且将此次事故进行收录。相较于传统处理程序显得更为灵活，将通信信息的传递时间大大缩短，提高处理意外事故的效率。
3.3 建立消息循环
电力通信网络存在初次运行的过程中，内部通信指令会将此次消息循环的时段传输到AN1000 数据库中，并把其中存在返程消息进行自由录入，加以保存，保存内容有数据信息的时段、运行形态与信息的披露形式。并且在进行电力通信网络的自我程序监查中，根据网络线路的运行状态，当电力通信网络中存在返程信息为0 时，可以进行系统内部指令的自我传递，即在指令输出地质重新规划令牌、令牌信息发出机制等，避免数据信息的遗漏。在消息循环建立之后，要想将信息进行逐级传递，首先要进行级别令牌的设置，即：在电力通信网络运行过程中，出现下级消息不能进行上级消息收录，就将此处保存在案，通过对电力数据信息的时段节点进行标记，并设置相关联系，将其录入网络通信的构件中，在没有初见数据传输失败的情况，就可以进行下一级的数据节点传输。按照上述情况，令牌在内部执行指令一轮后，除了会将各个节点的通信数据相互录入分析外，还将会进行内部信息的初始化处理，已开展下一周期的运行。整体流程不存在漏洞，一台主机对应相关节点地址与辅从地址，能够形成一个良好的系统循环。
3.4 通信实验与分析
上述实验能够适应电力通信网络建设中的外部环境，此外，还能进行电力信息数据之间的快速传递，并且准确性与数量性也会产生质变；再者，由于信息传递的终点端不同会产生数据的错误与缺失，因此要进行通信网络宽带的接入，再用系统令牌与总线路进行规划，将节点中传输量大的作为主节点，全面进行通信网络的掌握。
四、小结
通过对高速载波通信网络的概括了解，结合高速电力载波通信网络在信息数据传递中出现的问题进行分析处理，得出组建载波通信网络应当根据电力信息传递中出现的问题为出发点，以解决其中的出现的高负荷运转及节点处理等问题为准则，着重以令牌总线的接入方式为协议研究，在文中阐述了令牌总线接入方式对日常生活的高效运用，通过对居民宽带节点的利用，最大程度上减少了资源的浪费，提高了信息数据运转的效率，为实现高速电力载波通信的发展打下基础，为后续协议研究工作提供借鉴经验。
参考文献
[1]黄吉涛;武占侠;王强;冷安辉.电力载波通信技术分析和应用[J].信息记录材料，2020 ，v.21 ，139-141.
电力网络规划范文第4篇
关键词：负控系统 智能电网 人工鱼群算法 覆盖率
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0016-01
随着电力网络负荷需求的不断变化，负控系统能监控每个用户节点负荷变化情况在电力网络中的地位变得越来越重要。在目前阶段，由于负控终端尚未达到覆盖每个用户节点，因此要尽可能的扩展负控终端的覆盖范围，以达到成本和覆盖率之间的最优化。由于计算机仿真领域的发展，我们可以将现实世界中的事物在计算机中进行模拟仿真。将负荷控制系统的覆盖规划，通过建立数学模型，结合电力网络运行的实际参数进行仿真，模拟现实中电力网络的运行，然后通过仿真系统的参数来调整负控规划方案。
1 可用于覆盖率的常见优化算法
使用数学分析进行建模和计算机仿真模拟进行覆盖率的研究在现实社会中有着很大的应用，例如移动基站的覆盖率、卫星通讯的覆盖率等等。
1.1 人工鱼群算法
人工鱼群算法（Artificial Fish-swam Algorithm）是一种模拟鱼群行为的优化算法，它具有天然的分布式和自组织特征，是通过模拟自然界生物聚群行为来得到最优化方案的算法。人工鱼群算法采用自下而上的思路，从鱼群中每个个体的行为开始局部寻优，最后可以在群体中表现出全局最优[1]。人工鱼群算法的核心思想是根据指定水域中食物最多的地方是鱼类密度最高的地方这一特点来模拟鱼群的觅食行为，从而得到最优化的方案。
人工鱼群算法描述了几种鱼群的行为[1]。觅食行为，鱼群在目前所处区域中通过感知来寻找事物最丰富的区域，可以通过建立感知模型来模拟鱼群觅食的行为。追尾行为，当鱼群中少数个体寻找到食物后，周围的其他个体也会向该区域集中，从而导致更多的个体朝着该区域集中。集群行为，鱼类的活动是一种具有群体性的活动，这样有助于躲避天敌等，这种群体能够被很好的用于解决最优化问题。随机行为，鱼类在没有发现事物之前的活动是一个朝着随机方向活动的行为。人工鱼群算法不需要考虑问题的特殊信息，只需要对问题进行优劣的比较，有着较快的收敛速度。
1.2 粒子群算法
粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法是一种进化算法的一种，是通过模仿自然界中鸟群寻找食物过程中的群体性规律而建立的模型，并且用来寻找现实问题中的最优解。粒子群算法从随机的初始状态出发，通过不断的迭代来寻找最优解，算法所需参数少、容易实现、搜索效果较好、收敛速度快、可并行实现。
在粒子群优化算法中，每个粒子都是问题的一个解，而且每个粒子都有自己的初始位置和移动方式。每个粒子都保存了目前为止自己发现的最优位置和所有粒子发现的未知中最佳的位置。每个粒子根据自己所知道的信息来决定自己的移动方式。
粒子群算法的优化算法有很多种，包括混沌粒子群算法等都在实际应用中发挥了很大的作用。
2 覆盖率算法在负控系统中的应用
负控系统在电力网络中有两个重要的应用，首先是数据采集节点，通过部署在各个电力网络节点的负控终端来实时的采集电力负荷的运行数据，并且通过中继站上传到负控中心。由于中继站的成本较高，因此在中继站的部署过程中也要通过仿真分析来确定一个优化的部署方案。在中继站的部署过程中要考虑到本区域的电力负荷、地形等因素，以便能够更好的规划部署，消除盲区。
在负控系统的规划阶段，可以使用现有的智能算法来确定最优化的方案，在本节剩下的部分中将会根据人工鱼群基本算法提出一个适用于负控系统规划的人工鱼群算法模型。在负控系统中，为了避免负控终端的资源浪费，规划的目标应该是使目标函数达到最大值，因此也就是使人工鱼群向食物浓度较大的方向移动。
2.1 参数设定
根据负控系统的特性对参数进行设定，根据指定区域中预先估计的负控中心的规模、中继站的数量负控终端的数量，结合该区域中的用户数量和电力负荷来确定人工鱼群的规模，根据负控系统需要覆盖的区域的大小来确定鱼群的移动范围，根据中继站的覆盖范围和负控终端的覆盖范围来确定鱼群的视野，最后根据指定中继站所管理的负控终端数来确定迭代参数和密度参数。
2.2 初始化人工鱼群
根据指定区域中的用电负荷和用户数来生成n个数，为每条人工鱼的初始位置，人工鱼的初始位置要根据指定区域中电力负荷来确定。
2.3 执行算法
根据预先设定的参数，使用人工鱼群基本算法对人工鱼群的追尾行为、聚群行为进行模拟，人工鱼根据自己的所在区域中鱼群密度较大而且食物浓度较高的区域移动。如果无法确定移动方向，则根据自己当前位置的食物浓度选择一个比当前浓度高的方向进行移动或者随机移动一步。如果达到最大迭代次数，输出鱼群密度最高的区域，即得到最佳的部署位置。
2.4 方案分析
根据算法执行结果来设定负控终端和中继站的部署方案，根据地形等因素适当的进行调整。最后根据指定区域的实际用电数据对方案进行仿真测试，根据测试结果在进行方案的优化和修改。
人工鱼群的基本算法提出后，学术界根据不同的需求对该算法模型进行了大量的优化，并且在电力系统中有很多的应用研究，例如齐志华将人工鱼群算法应用于电力控制系统[2]，吴杰对人工鱼群算法在输电网络规划中的应用进行了分析[3]。
3 结语
随着社会经济的发展，必然会对电力负载控制提出更高的要求。负控系统将在监控电力网络中各节点的状态、动态控制各节点的运行等方面起着重要的作用。合理的部署负控系统能够最大化的节约电力网络的投入，更好的为用户服务。因此，在以后的发展中，基于人工智能算法的计算机仿真优化技术将会对负控系统的规划提供更好的决策依据。
参考文献
[1] 李晓磊，邵之江，钱积新.一种基于动物自治体的寻优模式：鱼群算法[J].系统工程理论与实践，2002，22（11）：32-38.
电力网络规划范文第5篇
智能电网从提出至今，尚没有一个统一的概念.不同国家和地区根据自身电网的特点和发展的需要，制定了相应的智能电网发展规划H;不同科研机构和学者根据自己的理解阐述了具有学科特色的智能电网;不同的公司作为参与智能电网建设的商业主体，从自身的业务范围和经营利益出发描绘了智能电网应具备的功能和特点.
虽然各方对智能电网的定义并不相同，但其基本思想大体上可以表述为通过数字化和信息化将电能的生产、输送、分配和使用等各个环节紧密联系在一起，通过智能化的控制实现“经济高效、灵活互动、友好开放、清洁环保”的新一代电力系统.其中，信息化是实现智能电网基础功能的重要前提.随着信息技术在电力系统基础设施和高级应用中的深度渗透，相互依存的信息网和电力网将成为未来智能电网的重要组成部分.
可以预见，随着智能电网实践的深入，电力企业和电力用户侧的信息化将得到极大的提高.对电力企业而言，信息化的深入为企业带来更高的生产效率和管理水平;对电力用户而言，信息化的普及则意味着更经济的用电方式和更好的用户体验.然而，信息化的深入和普及在为电力企业和用户带来众多利好的同时，也给智能电网的运行安全埋下诸多隐患.一方面，信息技术发展十分迅速，许多技术发展过程中遗留的安全漏洞并没有得到有效解决，甚至还有不少尚未发现的安全隐患[13-16],近年来发生的利用信息网络攻击工业系统的重大事件更是引发了广泛的关注和担忧[1748];另一方面，信息网和电力网相互影响和作用的机理目前尚不明确，针对二者构成的相互依存复合网络脆弱性的恶意攻击很有可能造成大范围的连锁停电事故.因此，有必要分析智能电网运行过程中的信息安全隐患，并从复合网络的角度探讨信息安全对电力系统生存性的影响.需要说明的是,有关智能电网信息安全的研究，笔者在文献中已从复杂网络的角度予以综述和展望，而本文则从电力信息安全的角度思考未来电网安全性问题，即可认为是对文献的有益补充和深入.
本文首先介绍了智能电网信息化条件下的网络特征，分析了信息化背景下智能电网中存在的安全性问题,并针对各类隐患预想了特定攻击条件下可能的安全性事故场景.进一步,探讨了信息网络安全对电力系统生存性的影响.最后，讨论了提高智能电网信息安全水平和电力系统生存性的可行对策和改进措施.
2智能电网网络特征(Networkcharacteris¬ticsofsmartgrid)
未来智能电网从总体上可以视为由信息网和电力网这两个相互依存的网络构成的一个复合网络,如图1所示.
为了叙述方便，将电力网中的节点简化为电源节点和负荷节点两大类，二者通过输电线进行连接.在双向通信的条件下,将信息网络中的节点也简化为两类：一类是信息釆集/指令执行节点，负责对控制范围内的负荷和电源的状态信息进行釆集和上传，并根据接收到的控制指令对负荷和电源节点的状态执行调整操作；另一类是信息处理/指令生成节点，负责对釆集到的信息进行汇总分析和生成控制指令.信息网络中的节点通过光纤和无线网等实现连接.
电力网和信息网的相互依存主要体现在两个方面：信息网络中节点的正常运行需要电力网中邻近的电源节点提供工作电源；电力网络的安全、可靠、经济运行有赖于信息网中各节点的正常工作.
从网络的规模来看，电力网和信息网均属于超大规模的复杂网络.文献指出，复合网络的运行安全风险在某些情况下远大于单一的复杂网络.从这个角度来看，智能电网的安全性不容忽视,这其中,信息网络的安全性则是重中之重.主要原因如下：
1) 从网络发展的成熟度来看，信息网存在的安全隐患更多.即使在信息技术高度发达的今天，信息网络中仍有许多已知的安全漏洞尚未解决,且还会出现更多的新漏洞，这为攻击提供了许多可能的渠道.与之不同的，对电力网的攻击往往需要借助于物理手段,攻击的成本比较高，且受天气和地理条件的限制较多.
2) 从运行过程中的相互依赖关系来看，电力网的正常运行对信息网的依赖程度更高.电力网中电源节点出力的调整和负荷节点的投切等操作均是借助于信息网络来实现.如果信息网络出错或崩溃，电力网络一般很难保持正常运行.另一方面，信息网络虽然需要借助于电力网络的电源支持，但由于重要的信息网络通常配有不间断电源系统，短时停电并不会对信息网络造成大的影响.
3) 从网络故障的传播特性来看,信息网的故障更容易造成大范围的停电.由于信息流动的成本远低于能量流动的成本,这使得信息网络比电力网络具有更强的互联互通性，信息流可以在较大的范围内频繁地进行交互.因此，信息网络出现故障时受影响的范围将更为广泛.
智能电网的网络结构决定了其运行风险既来源于电力网络的安全性,也来源于信息网络的安全性,而这其中，信息网的安全及其对电网带来的运行风险需要引起大家的高度重视.
3智能电网信息安全(Smartgridinformationsecurity)
智能电网信息化的主要特点可以归纳为两个方面，一是对传统电力系统中发电、输电、配电、用电等各个环节的高度信息化，二是促进“售电”和“受电”参与各方的信息互动化.信息化为未来智能电网的安全运行带来了许多问题：
1)信息釆集环节的安全性.在智能电网中，各类高级传感器和测量表计将广泛用于对电力系统和电力用户状态进行监测.电力系统和用户状态的高度信息化为保障智能电网的安全、可靠和经济运行提供了重要基础.比如，借助于各类智能表计釆集的大量数据，可以对电网设备的健康状况和电网的完整性进行评估，对潜在的危险进行预警和有效的规避，还可以通过智能表计实时电价和优惠政策，实现与用户的沟通，协助用户制定经济的用电策略.
未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统,取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计.出于成本的考虑，智能表计一般不会加入复杂的加密技术，这导致智能表计比较容易被破解和控制.一旦这些设备受到控制，则攻击者既可以利用其向电网提供虚假用电信息，影响电网供给;又可以通过其向用户提供不合理的电价信息，影响用户侧的用电方式.极端情况下，还可以使大量智能表计与电网断开通信，使电网无法实时掌握系统用电情况，从而造成更大的事故.
2) 信息传输环节的安全性.建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础.一方面，大量从智能表计获得的数据需要通过高速通信网络及时地传输到数据处理中心；另一方面，电力企业也需要将电价信息和相关优惠政策通过通信系统实时地进行.相比于传统电网，智能电网中需要监测和控制的设备数量更多，分布更广.为了实现全面和实时的监控，成本低廉的无线通信网和分布广泛的公用因特网将在智能电网通信系统中占有越来越多的比重.通过无线网络和公用因特网可以方便地构建多通道的冗余通信网络，从而实现可靠的通信.然而，电力系统中公用网络的大量接入为恶意攻击提供了更多的入口.由于无线网络的安全标准目前尚处在早期应用阶段，有许多已经暴露出来的安全性漏洞还没有得到妥善解决，信息传输的安全性还有待进一步提高.文献[13]指出，只需要70美元左右的成本即可对基于IEEE802.15.4无线传感器网络发起一次拒绝服务攻击.此外，对于专业的攻击者而言，多入口的公用因特网环境为发起多点协调的攻击提供了可能性，这将为电网和用户带来更大的危害.
3) 智能控制的安全性.从电网侧来看，智能控制系统可以利用搜集到的各类信息对电网状态进行分析、诊断和预测，并及时采取适当的措施对电网运行状态进行调节，使之运行在安全、可靠和经济的状态;从用户侧来看，内嵌有智能控制技术的家用电器，如热水器、空调和电动汽车等，可以根据电网状态自动调节用电计划，从而获得实实在在的经济利益.此外，公共用电场合，如公交汽车充电站、写字楼等还可以通过其中用电设备之间的智能协调控制来降低整体用电成本.然而，上述应用成功的前提条件是智能电器的控制权得到正确的使用，如果智能电器之间的信息交互安全性缺乏保障，则很有可能被攻击者利用，不仅电器不能正常工作，还很有可能因大量电器的控制权被攻击者获取用于对电网负荷形成较大规模的冲击.
4) 电网和用户互动环境下的安全性.智能电网的重要特征之一是鼓励用户参与，实现电网和用户的互动化.电网通过将用户纳入电力系统的运行和管理以更好地实现供需平衡关系，提高系统运行的可靠性和经济性.而用户则根据其电力需求和电力系统当前的状态来制定科学的用电方式，从而获得经济上的收益.这一互动过程使得用户用电行为受系统状态的影响也越来越广泛.专业的攻击者可以利用互动过程对电力系统造成更大的破坏.比如通过信息网络向用户侧虚假的低电价信息，使得大量智能负荷，如电动汽车充电站、智能热水器和智能空调等，同时启用造成系统过负荷；与此同时，通过控制传感器网络向电网侧提交伪造的低负荷信息使得电网减少电力供应，从而对电力系统的稳定和用户的用电安全造成巨大的危害.
5)其他安全性问题.出于信息交互的需要，每个家庭的用电负荷、设备构成以及用电规律等个人隐私将出现在信息网上.同时，电力市场化的需要使得电力企业的实时电价政策等重要信息也将在网络上传输.这些信息均有可能被不法分子截获、篡改甚至用于其他非法用途.
4信息安全与电力系统生存性(Informationsecurityandpowersystemsurvivability)
一般而言，生存性是指系统在遭受攻击、出现故障或发生意外事故时，依然能够及时完成任务的能力[22].未来智能电网从宏观上看将演变成一个由信息网和电力网为主体的复杂交互网络.在发生系统内部故障、恶意攻击以及自然灾害等情况时均有可能导致电网瓦解，进而引发大面积停电事故.因此，为了保障电力系统的安全运行，不仅要控制和消除电力系统信息化新元素带来的安全隐患，还要从系统完整性的角度研究系统局部失效或遭受攻击之后整个系统的生存性.
信息安全对电力系统生存性的影响主要表现在以下两个方面：
1)网络间功能的强耦合性.一方面，分布广泛的信息网络需要与之配套的电力网络为其提供工作电源.另一方面，电力网络中几乎所有功能的实现都需要借助于信息网络提供的服务.电力网和信息网的这种强耦合性，使得大停电事故更加容易发生.例如，通过对信息网中的关键节点发动攻击，使得相应的电力网络中的关键电厂停机或重要输电线出现过载，可以造成与该信息节点对应的电力节点失效.换言之，在智能电网条件下，信息网络和电力网络之间的故障可以相互转化.由于信息网络目前具有许多已知安全漏洞，可以用来发起攻击的入口很多，且不受时间、地点和天气等因素的影响，所需成本极低且攻击手段更为隐蔽，因而对电力系统的危害性也更大.因此，未来对智能电网的攻击形式很有可能从传统的对物理电力系统的直接攻击转为对与之相对应的信息系统的攻击.
2)网络间故障的传播性.目前，关于电力系统连锁故障的研究已有了许多成果，但研究对象大多局限于电力系统内部传播的故障.在信息网和电力网相互依存的智能电网中，故障的传播形式有了更多的可能性.对于相互依存两个网络，当其中一个网络中的某个节点失效时，将会引发另一个网络中相关节点的失效.随着这一过程在两个网络中的交替出现，失效节点数将迅速增加，网络出现大面积故障，最终导致全网崩溃.值得担忧的是，未来的智能电网为网络间故障的传播提供了很好的平台.文献[21]指出，相互依存网络和单一网络的复杂性特征也有很大的不同.比如对于单一网络而言，网络的度分布越平均，则其对于随机故障越鲁棒，而对于相互依存的网络而言，网络的度分布越平均则其对于随机故障越脆弱.这表明，对于由相互依存网络构成的智能电网，其内部故障传播的条件也与以往研究中的单一电力网有了很大的不同.需要指出的是，文献[21]中构成复合网络的两个子网络均采用的是随机图模型，而对于智能电网这一具体的复合网络，其中的信息网多为无标度网，电力网则多呈小世界网，一旦信息网络出现连锁故障，更容易造成全网出现崩溃.
5建议和对策(Suggestions)
1) 加强信息安全技术研究.智能电网的信息安全需要从信息的采集、传输、处理和交互等各个环节加强保障.针对智能仪表数据采集和储存开展数据加密存储和传输的研究;开展对无线网络中安全传输协议以及有线网络中防火墙技术和安全认证技术的研究;完善网络与信息安全预警、通报、监控和应急处置平台，形成有效的安全技术防护体系.
2) 制定信息安全标准体系.目前，国外关于智能电网信息安全标准体系的研究已经走在了前列.在加强对国外相关安全标准的研究和借鉴先进的研究成果的同时，还应由既了解我国电网实际情况，又了解信息安全的专家组对我国信息安全标准体系进行科学的规划，以此为指导制定信息安全标准体系.同时，还要推进信息安全标准在行业内的合理部署和实施.如此，则有望避免智能电网的无序建设引入的大量安全隐患.
3) 完善相关的政策法规.智能电网的建设牵涉到政府、用户、电力企业、IT公司和设备制造商等众多参与者.政府需要根据参与各方在智能电网中扮演的角色制定合理的政策.通过出台政策规定各方应承担的责任和义务，同时要制定相应的法律法规来规范参与各方的行为，切实保护用户隐私和电力企业关键信息的安全，使智能电网的建设和运营更加的科学、有序.
4) 建立信息安全培训体系.对于大多数用户而言，信息安全还是一个十分复杂的概念，而用户作为智能电网中参与数量最多的一个主体，其安全意识的高低直接影响到智能电网运行的整体安全水平.因此，完善的信息安全培训体系是提高智能电网信息安全的重要保障.
5) 加强对相互依存网络相关理论的研究.如前所述，全面地掌握相互依存网络的行为特性是防止未来智能电网发生大停电事故的前提，为此需要研究并解决很多关键科学问题.如相互依存网络的静态和动态特性的数学描述模型；相互依存网络故障传播的理论和分析方法；相互依存网络的脆弱性、可靠性等指标评价体系.此外，不同国家和地区的电力网和信息网的发展水平和网络特点也不尽相同，需要结合实际情况进行建模和分析.
