近年來，隨著新型電力系統建設的不斷深入，電力通信網已成為與電力實體網同生共存的第二張網。如果將電力實體網比作電力系統的“血液系統”，電力通信網就是支撐電力系統可靠高效運行的“神經系統”，其已成為電網調度自動化、網絡運營市場化和管理現代化的基礎，是確保電網安全、穩定、經濟運行的重要手段，是電力系統的核心基礎設施。
新型電力系統建設呼喚電力通信網升級
相比傳統電力系統，新型電力系統突出表現在3個方面的變化。
從電力供給看，由傳統以煤電、水電為主的大電廠集中式供應，逐步加入了風電、光電等可再生能源的多樣化供應主體。電力接入方式更加開放、靈活。
從電網結構看，由發輸變配用單向逐級的鏈型網絡，向以主干電網為核心，微電網、聚合商、儲能等多種電網主體并存的網狀網絡轉變。傳統的發電側、供電側和負荷側的角色將動態變化。
從運行特征看，由源隨荷動的實時平衡控制模式，向源網荷儲一體化控制模式轉變。調度控制系統需獲取大量實時數據進行精準預判，才能實現電網運行動態平衡，提升電網運行效能。
隨著電力體制改革不斷深化，電網安全、優質運行的要求進一步提高，應用新的通信架構、應用模式和通信技術為新型電力系統服務，顯得尤為迫切。
在電網數字化、智能化轉型中，傳統意義上的電網末端將轉身成為數據源端，成為實際控制電網運行的出發點和落腳點。因此，通信接入網需深度感知電網態勢，從業務支撐系統轉變為核心業務系統，將沿著泛在連接、超大帶寬、超高可靠、超低時延4個方向持續演進。
對比已經建成的以光纖通信為主要方式的“三縱四橫”電力通信骨干網，通信接入網的建設還任重而道遠。
試點橫向整合與縱向打通
F5G（第五代固定網絡）作為新一代固定網絡技術，具有超大帶寬、全光接入和確定性體驗三大特征，精確匹配新型電力系統建設對電力通信接入網的需求。
國網山西省電力公司與華為公司組成聯合創新小組，基于F5G技術在網絡架構優化、配電自動化和用電信息采集3個重要場景實踐出一套可行的方案，并且取得了階段性成果。
以往，電力通信網架構為倒三角形，電壓等級越低帶寬越小。但是隨著新型電力系統建設的深化，越來越多的智慧物聯終端接入到電力系統。海量的終端必將產生海量的數據。目前，地市匯聚層網絡帶寬以155/622兆字節為主，已經成為發展的瓶頸。
聯合創新小組基于F5G技術，研發H-OTN新型通信設備，在地市匯聚層試點橫向整合和縱向打通。
橫向整合是指，H-OTN集成了SDH、OLT和OTN3種設備的能力，可同時作為配網的匯聚節點、地市SDH網絡的備份以及主干OTN網絡的延伸。相比以往采用設備堆疊的方式，可節省50%以上的機柜占用空間；H-OTN最大支持100千兆字節帶寬，并且數據完全在設備內部處理，安全性和傳輸效率也得到大幅提升。
縱向打通是指，H-OTN作為連接骨干網和接入網的橋梁，實現兩張網絡的無縫銜接。傳統方式下，視頻流等業務數據在兩張網絡之間傳輸時，需要經過多次數據轉換，實時性差，也存在安全風險。H-OTN支持OSU硬管道穿通技術，可直接一跳送達需求方。
聯合創新小組在國網山西太原供電公司的3個變電站展開了試點工作。現在，變電站內20多個攝像機的帶寬由512千字節提升到10兆字節，已經可以滿足高清視頻傳輸需要。
配電自動化的目標是實現配電網的可觀、可測、可調、可控。通過部署在配網的智能傳感器、智能開關等電力終端設備，聯合創新小組可以實時掌控配電網絡的狀態，第一時間發現故障并以最快的速度解決，把影響降至*低。
如何實現這些電力終端設備安全可靠的信息傳輸，是一大難題。
傳統的通信方式有無線傳輸、電力載波、光纖通信3種方式。無線傳輸的安全性得不到保障；電力載波易受干擾，信號穩定性較差；光纖通信是安全性、穩定性*好的通信方式，但受限于光纖資源。
為了充分利用現有的光纖資源覆蓋盡可能多的配網節點，山西電力創新提出F5G電力接入網的解決方案。相比傳統的光纖網絡，該解決方案具有兩大創新點。
第一是多網合一。OSU硬管道技術為不同類型的業務分配獨占的時隙，實現了不同業務之間的物理隔離，使“三遙”、風控、營銷等業務可以通過一根光纖傳輸。
第二是安全可靠。由于采用了無損工業光網技術，僅用兩根光纖就可以實現業務“1+1”保護。
經過近兩年的努力，山西電力部署了1400多個光終端，配網站點的通信成功率達100%。
精準負荷控制是實現源網荷儲一體化的重要手段。前提是可獲取實時、準確的用電信息。
傳統電表數據的傳輸主要采用無線公網的方式，但是電表通常安裝在電井和地下室內，無線信號受建筑物遮擋，很不穩定，采集成功率不高。
聯合創新小組進行了國內*次光纖到表的互通嘗試。通過與電信運營商共建共享的合作模式，光纖從配電室延伸到電表，實現了電力計量數據的高效、可靠傳輸。
這項光纖到表的試點工作覆蓋了8個臺區的2600塊電表。一年以來，所有的數據采集、傳輸成功率達100%。
打開實時交互的“新通道”
聯合創新小組將合作的創新和實踐成果進行了總結提煉，形成《F5G電力全光網架構與技術白皮書》。白皮書中，提出了基于F5G技術的電力通信目標網架構，詳述了在新型電力系統建設背景下通信網絡的設計原則和關鍵技術。
F5G電力全光網架構融合的SDH、OTN、OSU多種技術，可以靈活承載各種業務，滿足從2兆至100千兆字節任意速率的業務接入的傳輸需求。未來，隨著通信技術的不斷成熟，接入網絡將集通信、感知、計算能力于一身，通過亞毫秒級時延、厘米級定位、毫米級成像、光纖精密感知等關鍵技術，實現“通信感知融合”，打開物理世界與數字空間實時交互的“新通道”。（作者系中國電機工程學會電力通信專委會委員、國網山西省電力公司數字化工作部主任）
原標題:中能論壇 | 打造可靠高效運行的電網“神經系統”
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