智能配電網通信業務需求分析及通信方案

摘要：配電通信網是發展智能配電網的基礎條件，隨著智能配電網、分布式新能源站和智能 用戶的接入，配電通信網的業務需求發生了很大變化。本文分析了智能配電網各部分(高級 量測體系、高級配電運行、高級輸電運行、高級資產管理)通信業務需求，并初步給出了主 要采用配網光纖、 寬帶無線接入方式實現智能配電網通信技術方案， 為進一步智能配電網通 信規劃設計提供參考。

一、前言

1.1 智能電網與智能配電網

近來國外和國內的“智能電網”的研究很熱。智能電網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 。智能電網覆蓋發、輸、配、用電整個鏈條中，根據國際、國內目前研究報 告，智能電網主要由 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節， 所以國際上關于智能電網的研究報告中，配電網是大家關注的重點。

1.2 智能配電通信網覆蓋范圍

智能配電通信網是智能配電網的重要組成部分，可以說是實現智能配電網的基礎條件。 智能配電通信網建設目標是利用經濟合理、 先進成熟通信技術， 滿足智能配電網發展各階段 對電力通信網絡的需求，支持各類業務的靈活接入，為電力智能化系統或設備提供“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，為智能配電網監測、 控制、用戶互動等業務提供安全可靠的通信手段[4-7]。

智能配電通信網要求覆蓋 ADO 中高級配電自動化、 網絡保護、分布式能源接入的業務 節點，覆蓋 AMI 中智能電表和負荷控制管理的業務節點，覆蓋 AAM 中設備運行狀態監測 節點。

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

二、智能配電通信網業務需求分析

2.1 ADO 通信需求

縱聯網絡保護通信需求：

目前配電網線路保護業務采用不需要通道的電流保護方式，智能電網時代保護方式將 發生改變，利用配網通信通道進行縱聯網絡保護方式[8-9]。配電網線路保護不需要考慮電力 系統穩定性因素， 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：

智能配電網通信需要主要滿足配電網設備(FTU、DTU、TTU)監測信息、自愈控制 信息、故障定位信息的傳送。從智能配電網自愈動作速度要求為3s，除去元件采集和調度 系統處理時間，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：

儲能站狀態監測、控制、管理信息與配電網調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 控制信息與配電網調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、狀態等信息給配 電調度，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/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， 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 聚到臺區集中點，再通過配電通信網上送。

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 質量監測、負荷控制參數下發等功能。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

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

2.4 總結智能配電通信網業務需求

配電網范圍通常以 110kV 變電站向下配電輸送范圍來計算，配電網通信業務流量統計 也應以 110kV 變電站覆蓋范圍來統計。根據上文所述，智能配電通信網業務需求應如表 1 所示：

表 1：智能配電網通信業務需求表

智能配電網通信業務主要分為實時控制業務和非實時監測、管理業務。實時控制業務， 適用于高可靠、低時延的光纖通信平臺，非實時監測、管理業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，設備運行狀態監測信息 8M，合計 12Mb/s。

110kV 變電站覆蓋范圍的配網光纖通信帶寬需求為：縱聯網絡保護 60M、高級配電自 動化 9M、 分布式能源站 SCADA、 AGC、 AVC 控制 360K、 儲能站監測管理 4M， 合計 73Mb/s， 合并無線業務流量，在光傳輸網上流量總計 85Mb/s。

三、智能配電通信方案

3.1 智能配電通信網要求

智能配電通信網建設出了滿足各類業務通道要求以外，還需要滿足以下三點要求：

安全性要求：根據《電力二次系統安全防護規定》及《電力二次系統安全防護總體方案》 的要求， 電力二次系統安全防護工作應堅持安全分區、 網絡專用、 橫向隔離、 縱向認證的原則。智能配電網中的縱聯保護、配網自動化、能源站監測、負荷控制 等業務屬于電力監控系統的范疇，必須使用專用網絡的生產控制大區來承載。

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

經濟性要求： 配電網具有數量十分龐大的特點， 智能配電通信網應根據業務發展情 況，區分保障和覆蓋類型通信節點，合理選擇通信方式，實現經濟覆蓋要求。

3.2 智能配電網通信網方案

根據智能配電網通信業務需求，智能配網通信網主要以光纖通信實現重點保障，無線 通信實現廣泛覆蓋，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，縱聯保護裝置、配網自動化監測節點、分布式能源站、獨立 儲能站、 重要負荷管理節點需要覆蓋光纖， 實現裝置之間和到配電調度之間的光纖通信通道。 要求采用具有自愈功能的 155M SDH 環網或 100M 工業以太環網方式。

智能電表臺區集中點和設備運行狀態監測節點在光通信覆蓋之外節點采用寬帶無線通 信或租用公網無線通信方式。 實現智能電表雙向信息和設備運行狀態信息到配網管理站的無 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。

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

圖 1 智能配電網通信網技術方案示意圖

四、總結

隨著新技術、新需求的發展，未來電網將向智能化方向發展。目前配網通信網建設還 十分欠缺，制約了配電智能化建設。智能配電網中高級配電運行、高級量測體系、高級資產 管理各部分中通信業務時延、帶寬等需求各不相同，主要分為實時控制業務和非實時監測、 管理業務。結合配網通信網建設必須的安全性、可靠性、經濟性要求，提出智能配電網通信 主要以光纖通信實現重點保障， 無線通信實現廣泛覆蓋， 載波通信作為接入補充的技術方案。

參考文獻：

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

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

3、 智能電網的技術組成和實現順序. 余貽鑫.第一屆智能電網研究學術論壇會議資料： 243-247P

4、 配電網自動化通信方式綜述.張嵐.電力系統通信.2008年 04期:42-46P

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

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

7、 配網自動化通信方案選擇.徐國友.電力系統通信. 2008年12月.第29卷增刊:54-56P

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

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

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