智能配電網(wǎng)通信業(yè)務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 量測體系、高級配電運行、高級輸電運行、高級資產(chǎn)管理)通信業(yè)務需求，并初步給出了主 要采用配網(wǎng)光纖、 寬帶無線接入方式實現(xiàn)智能配電網(wǎng)通信技術方案， 為進一步智能配電網(wǎng)通 信規(guī)劃設計提供參考。

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。高級的傳感器和分布式計算機的電力傳輸與分配網(wǎng)絡，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、用電整個鏈條中，根據(jù)國際、國內(nèi)目前研究報 告，智能電網(wǎng)主要由 4 部分組成 ：

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

(2)高級配電運行(Advanced Distribution Operations ，ADO)

(3)高級輸電運行(Advanced Transmission Operations，ATO)

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

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

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，可以說是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎條件。 智能配電通信網(wǎng)建設目標是利用經(jīng)濟合理、 先進成熟通信技術， 滿足智能配電網(wǎng)發(fā)展各階段 對電力通信網(wǎng)絡的需求，支持各類業(yè)務的靈活接入，為電力智能化系統(tǒng)或設備提供“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：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、用戶互動等業(yè)務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 中高級配電自動化、 網(wǎng)絡保護、分布式能源接入的業(yè)務 節(jié)點，覆蓋 AMI 中智能電表和負荷控制管理的業(yè)務節(jié)點，覆蓋 AAM 中設備運行狀態(tài)監(jiān)測 節(jié)點。

智能配電通信網(wǎng)各類業(yè)務覆蓋面、通信通道需求各不相同，需要進行重點分析，為配 電通信網(wǎng)建設的技術選型、方案選擇提供依據(jù)。

二、智能配電通信網(wǎng)業(yè)務需求分析

2.1 ADO 通信需求

縱聯(lián)網(wǎng)絡保護通信需求：

目前配電網(wǎng)線路保護業(yè)務采用不需要通道的電流保護方式，智能電網(wǎng)時代保護方式將 發(fā)生改變，利用配網(wǎng)通信通道進行縱聯(lián)網(wǎng)絡保護方式[8-9]。配電網(wǎng)線路保護不需要考慮電力 系統(tǒng)穩(wěn)定性因素， 只需要考慮保護電力元器件， 故動作時間比高壓輸電網(wǎng)線路保護動作時間 略長，約 500~700ms，通信通道時延應不大于 100ms，通信帶寬約為 64K~1M 級別。

高級配電自動化通信需求：

智能配電網(wǎng)通信需要主要滿足配電網(wǎng)設備(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)自愈動作速度要求為<3s，除去元件采集和調(diào)度 系統(tǒng)處理時間，雙向通信通道時間應小于 1s，則單向通信時延要求<500ms，通信帶寬約為 30k 級別。

分布式電源、儲能站通信需求：

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

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

分布式能源站預測負荷曲線通常為 15 分鐘一次， 小時 96 點預測點曲線上傳調(diào)度端， 24 通信時延為分鐘級，通信帶寬約為 5k 級。

2.2 AMI 通信需求

智能電表通信需求

電力用戶智能電表實時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，向用戶傳送實時電費、分時電價、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 110kV 站通常 20 條 10kV 出線，配電 400 個臺區(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 聚到臺區(qū)集中點，再通過配電通信網(wǎng)上送。

負荷需求側管理通信需求

針對大負荷用戶的特殊需求和影響，需要進行負荷需求側管理，包括負荷預測、電能 質量監(jiān)測、負荷控制參數(shù)下發(fā)等功能。負荷需求側管理帶寬為 5K 級別，時延為分鐘級。

2.3 AAM 通信需求

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

2.4 總結智能配電通信網(wǎng)業(yè)務需求

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

表 1：智能配電網(wǎng)通信業(yè)務需求表

智能配電網(wǎng)通信業(yè)務主要分為實時控制業(yè)務和非實時監(jiān)測、管理業(yè)務。實時控制業(yè)務， 適用于高可靠、低時延的光纖通信平臺，非實時監(jiān)測、管理業(yè)務適用于覆蓋廣泛的無線寬帶 通信平臺，利用應用層重傳機制保證信息的非實時傳送。

110kV 變電站覆蓋范圍的配網(wǎng)無線寬帶通信帶寬需求為：分布式能源站負荷預測 60K， 智能電表 2M，負荷需求控制管理 1M，設備運行狀態(tài)監(jiān)測信息 8M，合計 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)絡保護 60M、高級配電自 動化 9M、 分布式能源站 SCADA、 AGC、 AVC 控制 360K、 儲能站監(jiān)測管理 4M， 合計 73Mb/s， 合并無線業(yè)務流量，在光傳輸網(wǎng)上流量總計 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)建設出了滿足各類業(yè)務通道要求以外，還需要滿足以下三點要求：

安全性要求：根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》及《電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》 的要求， 電力二次系統(tǒng)安全防護工作應堅持安全分區(qū)、 網(wǎng)絡專用、 橫向隔離、 縱向認證的原則。智能配電網(wǎng)中的縱聯(lián)保護、配網(wǎng)自動化、能源站監(jiān)測、負荷控制 等業(yè)務屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的范疇，必須使用專用網(wǎng)絡的生產(chǎn)控制大區(qū)來承載。

可靠性要求： 智能配電網(wǎng)應考慮通道備用、 自愈功能滿足智能配電網(wǎng)高可靠性要求。 通信設備應具備工業(yè)級可靠性，電源、機房環(huán)境等基礎設施應有一定的保障能力。

經(jīng)濟性要求： 配電網(wǎng)具有數(shù)量十分龐大的特點， 智能配電通信網(wǎng)應根據(jù)業(yè)務發(fā)展情 況，區(qū)分保障和覆蓋類型通信節(jié)點，合理選擇通信方式，實現(xiàn)經(jīng)濟覆蓋要求。

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)務需求，智能配網(wǎng)通信網(wǎng)主要以光纖通信實現(xiàn)重點保障，無線 通信實現(xiàn)廣泛覆蓋，載波通信作為接入補充的方案，技術方案結構圖如圖 1 所示。

110kV 站覆蓋光纖通信，縱聯(lián)保護裝置、配網(wǎng)自動化監(jiān)測節(jié)點、分布式能源站、獨立 儲能站、 重要負荷管理節(jié)點需要覆蓋光纖， 實現(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。

智能電表臺區(qū)集中點和設備運行狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點在光通信覆蓋之外節(jié)點采用寬帶無線通 信或租用公網(wǎng)無線通信方式。 實現(xiàn)智能電表雙向信息和設備運行狀態(tài)信息到配網(wǎng)管理站的無 線通道。每個無線接入點流量為 5K，匯聚到 110kV 變電站基站流量為 12M。

智能電表到臺區(qū)集中根據(jù)距離遠近，采用 RS485 電纜、Wifi、載波等方式靈活接入， 實現(xiàn)智能電表的廣泛接入。臺區(qū)集中點至智能電表流量為 0.01K，匯聚后流量為 5K。

圖 1 智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)技術方案示意圖

四、總結

隨著新技術、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)建設還 十分欠缺，制約了配電智能化建設。智能配電網(wǎng)中高級配電運行、高級量測體系、高級資產(chǎn) 管理各部分中通信業(yè)務時延、帶寬等需求各不相同，主要分為實時控制業(yè)務和非實時監(jiān)測、 管理業(yè)務。結合配網(wǎng)通信網(wǎng)建設必須的安全性、可靠性、經(jīng)濟性要求，提出智能配電網(wǎng)通信 主要以光纖通信實現(xiàn)重點保障， 無線通信實現(xiàn)廣泛覆蓋， 載波通信作為接入補充的技術方案。

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