智能配电网通信业务需求分析及通信方案

智能配电网通信业务需求分析及通信技术方案摘要：配电通信网是发展智能配电网的基础条件，随着智能配电网、分布式新能源站和智能用户的接入，配电通信网的业务需求发生了很大变化。本文分析了智能配电网各部分（高级量测体系、高级配电运行、高级输电运行、高级资产管理）通信业务需求，并初步给出了主要采用配网光纤、宽带无线接入方式实现智能配电网通信技术方案，为进一步智能配电网通信规划设计提供参考。关键词：智能电网、智能配电网、高级配电运行（ADO）、高级量测体系（AMI）、智能配电通信网SmartdistributionnetworkcommunicationcommunicationsservicesrequirementsanalysisandcommunicationtechnologyprogramHuangsheng(GuangdongElectricPowerDesignInstituteGuangzhouGuangDong510663)Abstract：DistributioncommunicationnetworkisthebaseoftheSmartdistributionnetwork.Withthesmartdistributionnetwork,distributednewenergystationsandsmartuseraccess,distributioncommunicationsnetworkservicesrequirementsgreatchangeshavetakenplace.ThispaperanalyzesthevariouspartsoftheSmartdistributionGrid(AMI,ADO,ATO,AAM)communicationsbusinessrequirements,andapreliminarypapermainlyusesdistributionGridopticalfiber,broadbandwirelessaccessSmartdistributionGridCommunicationsTechnologyProgram,inordertofurtherSmartdistributionGridcommunicationsplanninganddesignforreference.Keywords:SmartGrid,SmartdistributionGrid,ADO,AMI,SmartGriddistributioncommunicationnetwork一、前言1.1智能电网与智能配电网近来国外和国内的“智能电网”的研究很热[1-3]。智能电网是使用健全的双路通信。高级的传感器和分布式计算机的电力传输与分配网络，其目的是改善电力传送和使用的效率、可靠性和安全[3]。智能电网覆盖发、输、配、用电整个链条中，根据国际、国内目前研究报告，智能电网主要由4部分组成[3]：（1）高级量测体系（AdvancedMeteringInfrastructure，AMI)（2）高级配电运行（AdvancedDistributionOperations，ADO)（3）高级输电运行（AdvancedTransmissionOperations，ATO)（4）高级资产管理（AdvancedAssetManagement，AAM)在各个部分中配电运行部分ADO是目前装备较薄弱的环节，所以国际上关于智能电网的研究报告中，配电网是大家关注的重点。1.2智能配电通信网覆盖范围智能配电通信网是智能配电网的重要组成部分，可以说是实现智能配电网的基础条件。智能配电通信网建设目标是利用经济合理、先进成熟通信技术，满足智能配电网发展各阶段对电力通信网络的需求，支持各类业务的灵活接入，为电力智能化系统或设备提供“即插即用”的电力通信保障。为电力用户与分布式能源提供信息交互通信渠道。配网通信主要有三种技术：光通信、无线通信、低压电力线载波，为智能配电网监测、控制、用户互动等业务提供安全可靠的通信手段[4-7]。智能配电通信网要求覆盖ADO中高级配电自动化、网络保护、分布式能源接入的业务节点，覆盖AMI中智能电表和负荷控制管理的业务节点，覆盖AAM中设备运行状态监测节点。智能配电通信网各类业务覆盖面、通信通道需求各不相同，需要进行重点分析，为配电通信网建设的技术选型、方案选择提供依据。二、智能配电通信网业务需求分析2.1ADO通信需求纵联网络保护通信需求：目前配电网线路保护业务采用不需要通道的电流保护方式，智能电网时代保护方式将发生改变，利用配网通信通道进行纵联网络保护方式[8-9]。配电网线路保护不需要考虑电力系统稳定性因素，只需要考虑保护电力元器件，故动作时间比高压输电网线路保护动作时间略长，约500~700ms，通信通道时延应不大于100ms，通信带宽约为64K~1M级别。高级配电自动化通信需求：智能配电网通信需要主要满足配电网设备（FTU、DTU、TTU）监测信息、自愈控制信息、故障定位信息的传送。从智能配电网自愈动作速度要求为3s，除去元件采集和调度系统处理时间，双向通信通道时间应小于1s，则单向通信时延要求500ms，通信带宽约为30k级别。分布式电源、储能站通信需求：储能站状态监测、控制、管理信息与配电网调度端交互通信时延为秒级，通信带宽约为64K~1M级。分布式能源站DER（DistributedEnergyResources）：SCADA、AGC、AVC控制信息与配电网调度端交互通信时延为秒级，通信带宽约为30K级。分布式能源站预测负荷曲线通常为15分钟一次，24小时96点预测点曲线上传调度端，通信时延为分钟级，通信带宽约为5k级。2.2AMI通信需求智能电表通信需求电力用户智能电表实时采集用户用电量信息，各智能家电用电功率、状态等信息给配电调度，向用户传送实时电费、分时电价、智能家电控制等信息。每电表按300字节/15分钟信息量考虑，通信带宽0.01K/s，1个110kV站通常20条10kV出线，配电400个台区，共有20万户智能电表。通信通信方式是各智能电表通过RS485电缆、载波、WiFi等方式汇聚到台区集中点，再通过配电通信网上送。负荷需求侧管理通信需求针对大负荷用户的特殊需求和影响，需要进行负荷需求侧管理，包括负荷预测、电能质量监测、负荷控制参数下发等功能。负荷需求侧管理带宽为5K级别，时延为分钟级。2.3AAM通信需求智能电网新的业务需求为电网设备全生命周期的管理，以提高电网资产利用率。需要对全网设备（线路）运行状态进行在线监测[10]，提高检修效率，延长使用寿命。设备运行状态监测为秒级业务，单点流量约为4K，110kV站覆盖配网范围内监测信息点包括（变压器、断路器、避雷器、二次设备、线路故障指示器等），数量约为2000个。2.4总结智能配电通信网业务需求配电网范围通常以110kV变电站向下配电输送范围来计算，配电网通信业务流量统计也应以110kV变电站覆盖范围来统计。根据上文所述，智能配电通信网业务需求应如表1所示：表1：智能配电网通信业务需求表Table1:SmartDistributionGridCommunicationsbusinessrequirementstable序号类别业务名称通道接口时延单节点流量bit/s110kV变电站覆盖节点数量总流量bit/s适用的通信平台1ADO纵联网络保护以太网、G.7032M、专用光纤100ms64K~1M6060M光纤通信2高级配电自以太网、音500ms30K3009M光纤通序号类别业务名称通道接口时延单节点流量bit/s110kV变电站覆盖节点数量总流量bit/s适用的通信平台动化频拨号信3储能站监测管理以太网1s1M44M光纤通信4分布式能源站SCADA、AGC、AVC控制以太网1s30K12360K光纤通信5分布式能源站负荷预测以太网60s5K1260K光纤通信、无线通信6AMI智能电表（台区集中点）以太网、载波、RS48560s按300字节/15分钟0.01K20万（400个台区集中点）2M（每台区5K）无线宽带、载波、租用公网无线7负荷需求控制管理以太网60s5K2001M无线宽带、载波8AAM设备运行状态监测信息以太网3s4K20008M无线宽带、租用公网无线智能配电网通信业务主要分为实时控制业务和非实时监测、管理业务。实时控制业务，适用于高可靠、低时延的光纤通信平台，非实时监测、管理业务适用于覆盖广泛的无线宽带通信平台，利用应用层重传机制保证信息的非实时传送。110kV变电站覆盖范围的配网无线宽带通信带宽需求为：分布式能源站负荷预测60K，智能电表2M，负荷需求控制管理1M，设备运行状态监测信息8M，合计12Mb/s。110kV变电站覆盖范围的配网光纤通信带宽需求为：纵联网络保护60M、高级配电自动化9M、分布式能源站SCADA、AGC、AVC控制360K、储能站监测管理4M，合计73Mb/s，合并无线业务流量，在光传输网上流量总计85Mb/s。三、智能配电通信方案3.1智能配电通信网要求智能配电通信网建设出了满足各类业务通道要求以外，还需要满足以下三点要求：安全性要求：根据《电力二次系统安全防护规定》及《电力二次系统安全防护总体方案》的要求，电力二次系统安全防护工作应坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。智能配电网中的纵联保护、配网自动化、能源站监测、负荷控制等业务属于电力监控系统的范畴，必须使用专用网络的生产控制大区来承载。可靠性要求：智能配电网应考虑通道备用、自愈功能满足智能配电网高可靠性要求。通信设备应具备工业级可靠性，电源、机房环境等基础设施应有一定的保障能力。经济性要求：配电网具有数量十分庞大的特点，智能配电通信网应根据业务发展情况，区分保障和覆盖类型通信节点，合理选择通信方式，实现经济覆盖要求。3.2智能配电网通信网方案根据智能配电网通信业务需求，智能配网通信网主要以光纤通信实现重点保障，无线通信实现广泛覆盖，载波通信作为接入补充的方案，技术方案结构图如图1所示。110kV站覆盖光纤通信，纵联保护装置、配网自动化监测节点、分布式能源站、独立储能站、重要负荷管理节点需要覆盖光纤，实现装置之间和到配电调度之间的光纤通信通道。要求采用具有自愈功能的155MSDH环网或100M工业以太环网方式。智能电表台区集中点和设备运行状态监测节点在光通信覆盖之外节点采用宽带无线通信或租用公网无线通信方式。实现智能电表双向信息和设备运行状态信息到配网管理站的无线通道。每个无线接入点流量为5K，汇聚到110kV变电站基站流量为12M。智能电表到台区集中根据距离远近，采用RS485电缆、Wifi、载波等方式灵活接入，实现智能电表的广泛接入。台区集中点至智能电表流量为0.01K，汇聚后流量为5K。骨干光通信网络宽带无线通信网（Wimax、Mcwill、CDMA）配电光通信网（工业以太网、SDH、光Modern）配电调度、管理110kV变电站纵联保护智能配电自动化（FTU、DTU、TTU）分布式能源站、微网、储能站SCADA、AGC、AVC分布式能源站、微网负荷曲线上传储能站管理数据智能电表（汇聚点）负荷需求侧管理设备运行状态监测图1智能配电网通信网技术方案示意图Figure1SmartDistributionGridCommunicationNetworkTechnologyprogramdiagram四、总结随着新技术、新需求的发展，未来电网将向智能化方向发展。目前配网通信网建设还十分欠缺，制约了配电智能化建设。智能配电网中高级配电运行、高级量测体系、高级资产管理各部分中通信业务时延、带宽等需求各不相同，主要分为实时控制业务和非实时监测、管理业务。结合配网通信网建设必须的安全性、可靠性、经济性要求，提出智能配电网通信主要以光纤通信实现重点保障，无线通信实现广泛覆盖，载波通信作为接入补充的技术方案。参考文献：1、ResearchReportsInternatio