智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求分析及通信方案

摘要：配電通信網(wǎng)是發(fā)展智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件，隨著智能配電網(wǎng)、分布式新能源站和智能 用戶的接入，配電通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求發(fā)生了很大變化。本文分析了智能配電網(wǎng)各部分(高級(jí) 量測體系、高級(jí)配電運(yùn)行、高級(jí)輸電運(yùn)行、高級(jí)資產(chǎn)管理)通信業(yè)務(wù)需求，并初步給出了主 要采用配網(wǎng)光纖、 寬帶無線接入方式實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)通信技術(shù)方案， 為進(jìn)一步智能配電網(wǎng)通 信規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。

一、前言

1.1 智能電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)

近來國外和國內(nèi)的“智能電網(wǎng)”的研究很熱。智能電網(wǎng)是使用健全的雙路通信。高級(jí)的傳感器和分布式計(jì)算機(jī)的電力傳輸與分配網(wǎng)絡(luò)，其目的是改善電力傳送和使用的效率、 可靠性和安全 。智能電網(wǎng)覆蓋發(fā)、輸、配、用電整個(gè)鏈條中，根據(jù)國際、國內(nèi)目前研究報(bào) 告，智能電網(wǎng)主要由 4 部分組成 ：

(1)高級(jí)量測體系(Advanced Metering Infrastructure ，AMI)

(2)高級(jí)配電運(yùn)行(Advanced Distribution Operations ，ADO)

(3)高級(jí)輸電運(yùn)行(Advanced Transmission Operations，ATO)

(4)高級(jí)資產(chǎn)管理(Advanced Asset Management，AAM)

在各個(gè)部分中配電運(yùn)行部分 ADO 是目前裝備較薄弱的環(huán)節(jié)， 所以國際上關(guān)于智能電網(wǎng)的研究報(bào)告中，配電網(wǎng)是大家關(guān)注的重點(diǎn)。

1.2 智能配電通信網(wǎng)覆蓋范圍

智能配電通信網(wǎng)是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，可以說是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件。 智能配電通信網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)是利用經(jīng)濟(jì)合理、 先進(jìn)成熟通信技術(shù)， 滿足智能配電網(wǎng)發(fā)展各階段 對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)的需求，支持各類業(yè)務(wù)的靈活接入，為電力智能化系統(tǒng)或設(shè)備提供“即插即 用” 的電力通信保障。為電力用戶與分布式能源提供信息交互通信渠道。

配網(wǎng)通信主要有三種技術(shù)：光通信、無線通信、低壓電力線載波，為智能配電網(wǎng)監(jiān)測、 控制、用戶互動(dòng)等業(yè)務(wù)提供安全可靠的通信手段[4-7]。

智能配電通信網(wǎng)要求覆蓋 ADO 中高級(jí)配電自動(dòng)化、 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、分布式能源接入的業(yè)務(wù) 節(jié)點(diǎn)，覆蓋 AMI 中智能電表和負(fù)荷控制管理的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，覆蓋 AAM 中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測 節(jié)點(diǎn)。

智能配電通信網(wǎng)各類業(yè)務(wù)覆蓋面、通信通道需求各不相同，需要進(jìn)行重點(diǎn)分析，為配 電通信網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)選型、方案選擇提供依據(jù)。

二、智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求分析

2.1 ADO 通信需求

縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)通信需求：

目前配電網(wǎng)線路保護(hù)業(yè)務(wù)采用不需要通道的電流保護(hù)方式，智能電網(wǎng)時(shí)代保護(hù)方式將 發(fā)生改變，利用配網(wǎng)通信通道進(jìn)行縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式[8-9]。配電網(wǎng)線路保護(hù)不需要考慮電力 系統(tǒng)穩(wěn)定性因素， 只需要考慮保護(hù)電力元器件， 故動(dòng)作時(shí)間比高壓輸電網(wǎng)線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 略長，約 500~700ms，通信通道時(shí)延應(yīng)不大于 100ms，通信帶寬約為 64K~1M 級(jí)別。

高級(jí)配電自動(dòng)化通信需求：

智能配電網(wǎng)通信需要主要滿足配電網(wǎng)設(shè)備(FTU、DTU、TTU)監(jiān)測信息、自愈控制 信息、故障定位信息的傳送。從智能配電網(wǎng)自愈動(dòng)作速度要求為3s，除去元件采集和調(diào)度 系統(tǒng)處理時(shí)間，雙向通信通道時(shí)間應(yīng)小于 1s，則單向通信時(shí)延要求500ms，通信帶寬約為 30k 級(jí)別。

分布式電源、儲(chǔ)能站通信需求：

儲(chǔ)能站狀態(tài)監(jiān)測、控制、管理信息與配電網(wǎng)調(diào)度端交互通信時(shí)延為秒級(jí)，通信帶寬約 為 64K~1M 級(jí)。

分布式能源站 DER(Distributed Energy Resources) ：SCADA、AGC、AVC 控制信息與配電網(wǎng)調(diào)度端交互通信時(shí)延為秒級(jí)，通信帶寬約為 30K 級(jí)。

分布式能源站預(yù)測負(fù)荷曲線通常為 15 分鐘一次， 小時(shí) 96 點(diǎn)預(yù)測點(diǎn)曲線上傳調(diào)度端， 24 通信時(shí)延為分鐘級(jí)，通信帶寬約為 5k 級(jí)。

2.2 AMI 通信需求

智能電表通信需求

電力用戶智能電表實(shí)時(shí)采集用戶用電量信息，各智能家電用電功率、狀態(tài)等信息給配 電調(diào)度，向用戶傳送實(shí)時(shí)電費(fèi)、分時(shí)電價(jià)、智能家電控制等信息。每電表按 300 字節(jié)/15 分 鐘信息量考慮，通信帶寬0.01K/s，1 個(gè) 110kV 站通常 20 條 10kV 出線，配電 400 個(gè)臺(tái)區(qū)， 共有 20 萬戶智能電表。通信通信方式是各智能電表通過 RS485 電纜、載波、WiFi 等方式匯 聚到臺(tái)區(qū)集中點(diǎn)，再通過配電通信網(wǎng)上送。

負(fù)荷需求側(cè)管理通信需求

針對(duì)大負(fù)荷用戶的特殊需求和影響，需要進(jìn)行負(fù)荷需求側(cè)管理，包括負(fù)荷預(yù)測、電能 質(zhì)量監(jiān)測、負(fù)荷控制參數(shù)下發(fā)等功能。負(fù)荷需求側(cè)管理帶寬為 5K 級(jí)別，時(shí)延為分鐘級(jí)。

2.3 AAM 通信需求

智能電網(wǎng)新的業(yè)務(wù)需求為電網(wǎng)設(shè)備全生命周期的管理，以提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。需要 對(duì)全網(wǎng)設(shè)備(線路)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測[10]，提高檢修效率，延長使用壽命。設(shè)備運(yùn)行 狀態(tài)監(jiān)測為秒級(jí)業(yè)務(wù)，單點(diǎn)流量約為 4K，110kV 站覆蓋配網(wǎng)范圍內(nèi)監(jiān)測信息點(diǎn)包括(變壓 器、斷路器、避雷器、二次設(shè)備、線路故障指示器等) ，數(shù)量約為 2000 個(gè)。

2.4 總結(jié)智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

配電網(wǎng)范圍通常以 110kV 變電站向下配電輸送范圍來計(jì)算，配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)流量統(tǒng)計(jì) 也應(yīng)以 110kV 變電站覆蓋范圍來統(tǒng)計(jì)。根據(jù)上文所述，智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求應(yīng)如表 1 所示：

表 1：智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求表

智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)主要分為實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)監(jiān)測、管理業(yè)務(wù)。實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)， 適用于高可靠、低時(shí)延的光纖通信平臺(tái)，非實(shí)時(shí)監(jiān)測、管理業(yè)務(wù)適用于覆蓋廣泛的無線寬帶 通信平臺(tái)，利用應(yīng)用層重傳機(jī)制保證信息的非實(shí)時(shí)傳送。

110kV 變電站覆蓋范圍的配網(wǎng)無線寬帶通信帶寬需求為：分布式能源站負(fù)荷預(yù)測 60K， 智能電表 2M，負(fù)荷需求控制管理 1M，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息 8M，合計(jì) 12Mb/s。

110kV 變電站覆蓋范圍的配網(wǎng)光纖通信帶寬需求為：縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 60M、高級(jí)配電自 動(dòng)化 9M、 分布式能源站 SCADA、 AGC、 AVC 控制 360K、 儲(chǔ)能站監(jiān)測管理 4M， 合計(jì) 73Mb/s， 合并無線業(yè)務(wù)流量，在光傳輸網(wǎng)上流量總計(jì) 85Mb/s。

三、智能配電通信方案

3.1 智能配電通信網(wǎng)要求

智能配電通信網(wǎng)建設(shè)出了滿足各類業(yè)務(wù)通道要求以外，還需要滿足以下三點(diǎn)要求：

安全性要求：根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》及《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》 的要求， 電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)工作應(yīng)堅(jiān)持安全分區(qū)、 網(wǎng)絡(luò)專用、 橫向隔離、 縱向認(rèn)證的原則。智能配電網(wǎng)中的縱聯(lián)保護(hù)、配網(wǎng)自動(dòng)化、能源站監(jiān)測、負(fù)荷控制 等業(yè)務(wù)屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的范疇，必須使用專用網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)控制大區(qū)來承載。

可靠性要求： 智能配電網(wǎng)應(yīng)考慮通道備用、 自愈功能滿足智能配電網(wǎng)高可靠性要求。 通信設(shè)備應(yīng)具備工業(yè)級(jí)可靠性，電源、機(jī)房環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)有一定的保障能力。

經(jīng)濟(jì)性要求： 配電網(wǎng)具有數(shù)量十分龐大的特點(diǎn)， 智能配電通信網(wǎng)應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情 況，區(qū)分保障和覆蓋類型通信節(jié)點(diǎn)，合理選擇通信方式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)覆蓋要求。

3.2 智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)方案

根據(jù)智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求，智能配網(wǎng)通信網(wǎng)主要以光纖通信實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)保障，無線 通信實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋，載波通信作為接入補(bǔ)充的方案，技術(shù)方案結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

110kV 站覆蓋光纖通信，縱聯(lián)保護(hù)裝置、配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、分布式能源站、獨(dú)立 儲(chǔ)能站、 重要負(fù)荷管理節(jié)點(diǎn)需要覆蓋光纖， 實(shí)現(xiàn)裝置之間和到配電調(diào)度之間的光纖通信通道。 要求采用具有自愈功能的 155M SDH 環(huán)網(wǎng)或 100M 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)方式。

智能電表臺(tái)區(qū)集中點(diǎn)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)在光通信覆蓋之外節(jié)點(diǎn)采用寬帶無線通 信或租用公網(wǎng)無線通信方式。 實(shí)現(xiàn)智能電表雙向信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息到配網(wǎng)管理站的無 線通道。每個(gè)無線接入點(diǎn)流量為 5K，匯聚到 110kV 變電站基站流量為 12M。

智能電表到臺(tái)區(qū)集中根據(jù)距離遠(yuǎn)近，采用 RS485 電纜、Wifi、載波等方式靈活接入， 實(shí)現(xiàn)智能電表的廣泛接入。臺(tái)區(qū)集中點(diǎn)至智能電表流量為 0.01K，匯聚后流量為 5K。

圖 1 智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)技術(shù)方案示意圖

四、總結(jié)

隨著新技術(shù)、新需求的發(fā)展，未來電網(wǎng)將向智能化方向發(fā)展。目前配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)還 十分欠缺，制約了配電智能化建設(shè)。智能配電網(wǎng)中高級(jí)配電運(yùn)行、高級(jí)量測體系、高級(jí)資產(chǎn) 管理各部分中通信業(yè)務(wù)時(shí)延、帶寬等需求各不相同，主要分為實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)監(jiān)測、 管理業(yè)務(wù)。結(jié)合配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)必須的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求，提出智能配電網(wǎng)通信 主要以光纖通信實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)保障， 無線通信實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋， 載波通信作為接入補(bǔ)充的技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)：

1、 Research Reports International. Understanding the Smart Grid [R]. Research Reports International, Aug. 2007.

2、 面向21世紀(jì)的智能配電網(wǎng). 余貽鑫.南方電網(wǎng)技術(shù)研究. 2006.2(6):13-16 P

3、 智能電網(wǎng)的技術(shù)組成和實(shí)現(xiàn)順序. 余貽鑫.第一屆智能電網(wǎng)研究學(xué)術(shù)論壇會(huì)議資料： 243-247P

4、 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方式綜述.張嵐.電力系統(tǒng)通信.2008年 04期:42-46P

5、 配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信方案.孟愛萍, 電力系統(tǒng)通信.2007年 第28卷 第z1期:43-45 P

6、 配網(wǎng)通信系統(tǒng)方案研究.鐘元高. 電力系統(tǒng)通信. 2008年12月.第29卷第194期:42-44 P

7、 配網(wǎng)自動(dòng)化通信方案選擇.徐國友.電力系統(tǒng)通信. 2008年12月.第29卷增刊:54-56P

8、 含分布式電源的配電網(wǎng)智能電流保護(hù)策略. 林霞、陸于平等.電網(wǎng)技術(shù).2009.3.(6):82-89 P

9、 含 高 滲 透 率 DG 的 配 電 系 統(tǒng) 區(qū) 域 縱 聯(lián) 保 護(hù) 方 案 . 叢 偉 、 潘 貞 存 等 . 電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 化.2009.5(10):81-85 P

10、 變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用.周科峰.電氣技術(shù), 2009年 05期 :44-47P