爱立信：智能电网的通信成熟度

编者按：智能电网最近几年一直是能源行业的亮点和投资热点，随着特高压和坚强智能电网的实施，对于电网企业而言，如何有效实施智能电网正成为电网安全高效运行的关键，而通信是实现"智能"的桥梁。爱立信（中国）通信有限公司电力行业首席顾问李凯所撰《智能电网的通信成熟度》一文首先对智能电网通信需求进行了分析，阐述了智能电网通信成熟度模型的主要特点，并对智能电网通信成熟度的评估和分析进行了研究和探讨。该模型将有效帮助智能电网通信规划的制定者从战略和战术的维度总体考虑智能电网的通信。

1  引言

智能电网(smartgrid) 对提高电网安全、灵活、自愈、互动、经济、兼容、清洁等方面的水平，推动电力行业能源结构调整以及可持续发展发挥着至关重要的作用，已成为未来电网的发展方向。智能电网涵盖范围较大，包括了电网规划、建设、调度、维护、营销等电网运营的各个环节。

相比目前的集中化电网，智能电网在去分布式的网络中集成了消费者和供应者。智能电网中的"智能"是指电力网络和IT的结合，采集电网各种数字化传感器的实时数据，结合电力设备的资产数据，通过IT手段监控、分析和统计这些数据，从而对电网进行智能和自动化的控制。这种基础设施的结合是为了应对传统电网无法处理的挑战，比如以可靠、安全的方式应对规模多种多样的供应者和消费者，但是归根到底，没有集中处理的电网实时数据就谈不了电力网络和IT的结合，也就谈不上智能。这其中的关键就是用可靠、安全的通信手段，将分布的实时数据传输并集中分析、处理。

开展智能电网的通信建设，需要一套能指导其发展和评估其发展阶段的模型和体系。本文在分析智能电网对通信网的特殊需求基础上，描述智能电网通信成熟度模型及其主要特点，为智能电网从战略和战术层面提供通信成熟度评估和分析手段。

2 智能电网对通信的特殊需求

智能电网从电力传输的过程来说分为发电、输电、变电、配电、售电和调度等环节，每一个环节对数据传输的要求非常不一样。随着智能电网的建设发展，电力系统主干通信网和配电通信网之间的联系也日趋紧密。电力通信网的建设不但要满足主网的业务需求，同时需要满足配网业务的需求。具有通信需求的站点不仅仅是调度中心、变电站、电厂，还包括新能源发电站、分布式电源、微网、用户电表等，将对现有电力通信网络体系产生较大的不同需求。另外，集中式数据中心的建设为集中分析与管理提供了基础，同时也对通信需求提出了更高要求。

如图一所示，这些需求主要体现在以下几个方面：

图一：智能电网对通信的特殊需求

电网运行数据的接入：主要以EMS、SCADA为主。其对通信的要求主要体现在安全性和可靠性要求特别高，带宽要求较高但是实时性要求高，传输时延稍短，设备数量少，对覆盖要求低。

设备状态数据的接入：主要是变压器、PT、CT、雷击传感器等的运行状态数据，其对通信的要求主要是安全性和可靠性要求较高，带宽要求低但是实时性要求高，传输时延短，设备数量多，对覆盖要求一般。

客户计量数据的接入：主要是智能电表、关口表等的读数数据，例如北上广这样的城市智能电表装机量过千万，每块电表每天都向集中器传数据，集中器再向数据中心上传，其对通信的要求主要是安全性和可靠性要求一般，数据量大带宽要求高，实时性要求低，传输时延没有太大要求，但是设备数量巨大，对覆盖要求很高。

电网数据集中、分析优化、信息展现对通信的要求：实时采集的电网数据和电网企业管理与经营数据都集中数据中心进行处理，主要需求与标准的数据中心类似，即高带宽、大数据量，时延要求一般。同时大量数据集中在一地对数据安全和可靠性要求非常高，这同时也提出了备用网络如第二汇接点，容灾等要求。

电网数据传输对通信的要求：电网的实时数据和集中式数据中心的数据一般都沿电力线路延伸到各接入点，但是电力线路建设的新旧不一，也造成了配套的通信传输手段多种多样，需要统一协调这些传输手段。

基于以上5点基本需求，智能电网对通信的安全可靠性，带宽、时延、覆盖等等需求各不相同，不可能用现存的任何一种通信系统及其管理手段满足全部要求。这需要一整套统一考虑不同通信技术、组织、流程的通信体系建设，具体应体现以下4个方面：

在技术上必须体现对电网不同数据类型，不同传输要求的广泛适应性；

在管理和流程上必须体现电网集中管理，分级保障的特点；

在运营上必须体现对高安全高可靠性的服务品质要求；

在组织架构上必须体现对广大地域范围、不同专业不同单位的通信需求。

智能电网的通信成熟度模型正是一套体现以上4方面要求，能指导电网通信发展和评估其发展阶段的模型和体系。

3 智能电网通信成熟度模型的要点

在GridWeek 2011大会上，卡内基-梅隆大学的软件工程研究所（Software Engineering Institute，简称SEI）发布了智能电网成熟度模型（Smart Grid Maturity Model，简称SGMM）的1.2更新版本。智能电网通信成熟度模型借鉴了SGMM在智能电网方面的一些专业内容，但更多的是依据通信网的自身发展特点和规律。

如前所述，智能电网的通信体系建设必须从体系建设的角度来综合考虑智能电网对通信的需求，这主要包括以下4个维度：

技术与架构：主要是不同的智能电网数据采用什么样的通信功能、技术、架构。

管理与流程：主要是针对智能电网的特点采取什么样的管理措施和流程来保障其集中高效地运行

组织：主要描述不同的技术手段如何通过有效的组织架构来进行管理。

运营：高安全高可靠性不仅需要通过技术手段来保障，更加需要运营来确保通信满足不断发展的电网数据在带宽、延迟、安全可靠等方面的要求。

智能电网的通信成熟度模型（Smart Grid Communication Maturity Model，简称SGCMM）的主要框架针对上述4个维度提出了5级的分级标准，如图二所示，分别为：1级：初始阶段；2级：结构化阶段；3级：集成化阶段；4级：优化阶段；5级：自适应阶段。每个维度在不同级别都有不同的要求，每一个方框内都有很详细的评估内容，在此不一一展开，以下通过某样本企业的案例来说明SGCMM的内容：

图二：智能电网通信成熟度模型的要点

图二的红线位置是某个样本企业几年前的状态，技术上通过单一的应用系统项目组建保障该项目的通信网络，处于1级；管理上采取了一些标准的IT流程来进行管理，处于2级；组织上目前还没有针对通信的专门机构，通信岗位分布在IT和调度等部门，所以没有分级；运营上主要通过项目组来做维护，有些项目组甚至管理着自己的独立机房和网络，处于1级。总体上这家样本企业处于1级的阶段。

图二绿线状态是通过调研、分析，建议该企业3年内的应达到的目标，总体上达到4级水平，但是由于组织架构需要配合整个企业的管理，在该维度只需要达到3级水平即可。这样在每一个维度上都有对应的提升内容作为路线图，每个级别的提升都对应实质性内容可以很好地指导电网企业在技术和架构、管理和流程、组织、运营上一步一个脚印，分级、分步骤地提升自己的通信能力，应该指出的是，每个维度都应该逐级提升而不是一蹴而就从1级直接提升到4级，因为每一级都有其内在的发展规律。

图二实际上是SGCMM的结果展现，一个电网企业如何评估自己的通信现状，如何确定自己通信体系应该达到什么样的目标，如何制定路线图及实施计划，靠的是SGCMM的一整套方法论来进行评估和分析：

4 智能电网通信成熟度的评估和分析

全球电力企业在智能电网的发展阶段差别很大，在通信上的差别更大。SGCMM主要通过以下流程来为智能电网通信进行评估和分析，如图三所示：

图三：智能电网通信成熟度的评估和分析流程

调研

调研将按照模型的4个维度展开，每一个维度按照不同的调研内容、调研对象、调研设施形成调研分析报告

电网企业业务规划调研

针对企业建设智能电网的需求，调研3-5年内智能电网的发展规划及对通信的需求情况，形成业务发展分析报告

差距分析

如图四所示，根据调研分析报告绘制现状在每一个调研内容所处的级别，紫色线是全球最佳实践所处的位置，提供对标参考。桔色线是根据SGCMM提出建议的目标位置

图四：智能电网通信成熟度的差距分析

优先级评估

由于各电网企业有自身的业务发展特点，电网通信建设规划也必须适应其业务发展的需要，因此需要根据业务发展分析报告，对桔色线提出的建议目标位置进行有针对性的修正。

智能电网通信路线图

根据修正后的通信成熟度级别和现状之间的差距形成电网通信发展建设路线图

智能电网通信发展计划

根据智能电网通信路线图，按照逐级提升的原则制定年度发展规划，技术架构等。

收益分析

根据电网通信发展路线图，分析每一年建设目标在技术架构、流程、管理、组织结构上的改善情况及对应的收益。

5  结束语

智能电网通信成熟度为电网企业提供了一个更加全面了解其通信需求，从全局高度把握智能电网通信建设的工具。更加重要的是，这个工具将企业规划与通信规划相结合，帮助通信规划的制定者从战略和战术的维度总体考虑智能电网的通信如何更加匹配电网企业总体发展的需要，如何更加有效地支撑电力系统运行，如何更加高效地服务电网管理。

 图五：从战略和战术的维度总体考虑智能电网通信