智能配电网通信业务需求分析及通信方案

作者：时间：2012-06-20来源：网络收藏

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。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201391.htm

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。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。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：

(1)高级量测体系(Advanced Metering Infrastructure ，AMI)

(2)高级配电运行(Advanced Distribution Operations ，ADO)

(3)高级输电运行(Advanced Transmission Operations，ATO)

(4)高级资产管理(Advanced Asset Management，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

2.1 ADO 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(Distributed Energy Resources) ：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，小时 96 点预测点曲线上传调度端， 24 通信时延为分钟级，通信带宽约为 5k 级。

2.2 AMI 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。

2.3 AAM 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

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 155M SDH 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。

图 1 智能配电网通信网技术方案示意图

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

2、面向21世纪的智能配电网. 余贻鑫.南方电网技术研究. 2006.2(6):13-16 P

3、智能电网的技术组成和实现顺序. 余贻鑫.第一届智能电网研究学术论坛会议资料： 243-247P

4、配电网自动化通信方式综述.张岚.电力系统通信.2008年 04期:42-46P

5、配电自动化系统中的通信方案.孟爱萍, 电力系统通信.2007年第28卷第z1期:43-45 P

6、配网通信系统方案研究.钟元高. 电力系统通信. 2008年12月.第29卷第194期:42-44 P

7、配网自动化通信方案选择.徐国友.电力系统通信. 2008年12月.第29卷增刊:54-56P

8、含分布式电源的配电网智能电流保护策略. 林霞、陆于平等.电网技术.2009.3.(6):82-89 P

9、含高渗透率 DG 的配电系统区域纵联保护方案 . 丛伟、潘贞存等 . 电力系统自动化.2009.5(10):81-85 P