智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究

1、智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究一、概述論文聯(lián)盟智能電網(wǎng)SartGrid中配電網(wǎng)局部的內(nèi)容包括ATI、AD、AT、AA四個(gè)局部，智能配電網(wǎng)SartDistributinAutatin在電力通信中發(fā)揮重要作用。配電通訊網(wǎng)是電力通信網(wǎng)的重要組成局部，當(dāng)前，利用先進(jìn)技術(shù)，建立智能配電通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力通訊智能化，為設(shè)備系統(tǒng)提供提供即插即用的電力通信保障，支持靈敏接入，滿足廣闊用戶對(duì)電力通訊網(wǎng)絡(luò)的要求，提供信息交互通訊渠道，是目前配電網(wǎng)局部急需解決的。配網(wǎng)通信包括三種技術(shù)：光通信、無線通信和低壓電力線載波。智能配電通信網(wǎng)覆蓋AD中高級(jí)配電自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和分布式能源接入的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，覆蓋AI中

2、智能電表和負(fù)荷控制管理的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，覆蓋AA中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)節(jié)測點(diǎn)，各類業(yè)務(wù)覆蓋面、通信通道的需求各異。因此需要分別對(duì)它們進(jìn)展分析，為配電通信網(wǎng)建立的技術(shù)選型和方案選擇提供一定的根據(jù)。二、智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求狀況一AD通信需求AD是目前智能電網(wǎng)裝備最為薄弱的環(huán)節(jié)，但它可以為智能配電網(wǎng)監(jiān)測、控制和用戶互動(dòng)等業(yè)務(wù)提供平安可靠的通智能配電通信。在今天，智能電網(wǎng)保護(hù)方式已經(jīng)不同于過去傳統(tǒng)的不需要通道的電流保護(hù)方式，而是利用配網(wǎng)通訊通道進(jìn)展縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)只是需要保護(hù)電器元件，不需要考慮電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此其動(dòng)作時(shí)間比高壓輸電網(wǎng)線路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間長，一般應(yīng)為500700s，通信通道時(shí)間延長應(yīng)該

3、小于100s，通訊信息帶寬大約64K1。1高級(jí)配電自動(dòng)化通信需求：為滿足配電網(wǎng)FTU、DTU和TTU設(shè)備的監(jiān)控測量信息、自愈控制信息以及故障定位信息的輸送，智能配電網(wǎng)自動(dòng)動(dòng)作速度應(yīng)小于3s，這樣可以節(jié)省電器元件采集和調(diào)度系統(tǒng)的處理時(shí)間。單向通信通道時(shí)間延長要小于500s，雙向通信通道時(shí)間延長要小于1s，帶寬大約應(yīng)為30k級(jí)。2儲(chǔ)能站通信需求：分布式電源、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)延是秒級(jí)，通信帶寬大概是64K1級(jí)。分布式能源站DERDistributedEnergyResures：SADA、AG、AV控制信息與配電網(wǎng)調(diào)度端交互通信時(shí)延是秒級(jí)，通信帶寬約為30K級(jí)。分

4、布式能源站預(yù)測負(fù)荷曲線大約是15分鐘一次，24小時(shí)中96點(diǎn)預(yù)測點(diǎn)曲線上傳調(diào)度端，通信時(shí)延是分鐘級(jí)，通信帶寬應(yīng)大約是5k級(jí)。二AI通信需求1智能電表通信需求。電力用戶智能電表需要定期搜集用戶用電量信息，為各用戶傳遞實(shí)時(shí)電費(fèi)、分時(shí)電價(jià)以及智能家電控制等信息，調(diào)度用電功率與狀態(tài)等信息，假設(shè)需要配電400個(gè)臺(tái)區(qū)，20萬戶智能電表，每個(gè)電表設(shè)定每分鐘300字節(jié)信息量，那么各智能電表先通過RS485電纜、載波、iFi等方式會(huì)聚到臺(tái)區(qū)集中點(diǎn)，后通過配電網(wǎng)傳送，其通信的每一個(gè)110kV站通常有20條10kV出線，帶寬應(yīng)小于0.01K/s。2負(fù)荷需求側(cè)管理的通信需求。對(duì)大負(fù)荷用戶，需要進(jìn)展包括負(fù)荷預(yù)測、電能質(zhì)量

5、監(jiān)測、負(fù)荷控制參數(shù)下發(fā)等功能的負(fù)荷需求側(cè)管理，其帶寬要求應(yīng)為5K級(jí)別，時(shí)間延長為分鐘級(jí)別。三AA通信需求為進(jìn)步電網(wǎng)資產(chǎn)利用率，必須施行對(duì)電網(wǎng)設(shè)備全生命周期的管理。需要在線監(jiān)控全網(wǎng)設(shè)備線路運(yùn)行的狀態(tài)，上提檢修效率，增長使用壽命。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測是秒級(jí)業(yè)務(wù)，單點(diǎn)流量大概是4K，110kV站覆蓋配網(wǎng)范圍內(nèi)所擁有的監(jiān)測信息點(diǎn)有：變壓器、斷路器、避雷器、二次設(shè)備、線路故障指示器等，數(shù)量大概是2000個(gè)。四匯總智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求配電網(wǎng)范圍通常按照110kV變電站向下配電輸送范圍來統(tǒng)計(jì)，因此，配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)流量計(jì)算亦應(yīng)按110kV變電站的覆蓋范圍計(jì)算。綜上所述，智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求應(yīng)該如表1所示。智能

6、配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)通?？梢苑譃榉菍?shí)時(shí)監(jiān)測管理業(yè)務(wù)以及實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)。非實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理業(yè)務(wù)多用于覆蓋多的無線寬帶通信平臺(tái)，信息的非實(shí)時(shí)傳送主要靠應(yīng)用層重送機(jī)制保證。高可靠低時(shí)延的光纖通信平臺(tái)那么主要使用實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)處理。110kV變電站覆蓋范圍的配網(wǎng)無線寬帶通信的帶寬的需要求如下：60K分布式能源站負(fù)荷預(yù)測，2智能電表、1負(fù)荷需求控制管理，8設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息，總計(jì)為12b/s。110kV變電站覆蓋范圍的配網(wǎng)光纖通信帶寬需求是：縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)為60、高級(jí)配電自動(dòng)化為9、分布式能源站SADA、AG、AV控制為360K、儲(chǔ)能站監(jiān)測管理為4，總計(jì)73b/s，兼并無線業(yè)務(wù)流量，在光傳輸網(wǎng)上流量合計(jì)為85b/s

7、。三、通信技術(shù)方面的考量智能配電網(wǎng)系統(tǒng)配電節(jié)點(diǎn)多，分布地域廣泛，由配電用戶、配電箱、環(huán)網(wǎng)柜、變電所、配電箱和配電中心機(jī)房等組成，它們之間利用饋線連接，同時(shí)需借助于通信設(shè)備把各節(jié)點(diǎn)連接起來，管理和控制各種監(jiān)控和測量的運(yùn)行設(shè)備。如此一來，就必須建立高速、雙向的通信系統(tǒng)等根底通信系統(tǒng)的支持，獲娶保護(hù)和控制智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，這也是邁向智能電網(wǎng)的第一步。通信系統(tǒng)與電網(wǎng)類似，它深透千家萬戶，因此配電網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)必須嚴(yán)密聯(lián)絡(luò)，這樣也即可實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的目的。高速、雙向的通信系統(tǒng)的運(yùn)作，讓智能電網(wǎng)變成一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型根底設(shè)施。當(dāng)此種通信系統(tǒng)建成后，它可以大大進(jìn)步電網(wǎng)的供電可靠性，提升資

8、產(chǎn)的利用率，推動(dòng)電力市場開展，抵御電網(wǎng)受到的各類災(zāi)害，進(jìn)而進(jìn)步電網(wǎng)的使用價(jià)值。四、智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)智能配電網(wǎng)需要一個(gè)有效的廣域通信網(wǎng)，在主站系統(tǒng)與配電終端單元或現(xiàn)場智能裝置之間傳遞數(shù)據(jù)和控制、調(diào)節(jié)命令。智能配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)特點(diǎn)如下：一通信終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量多配電網(wǎng)有很多變電站、開閉所和配電變壓器，還有線路的重合閘、負(fù)荷開關(guān)和無功補(bǔ)償裝置等，需要很多現(xiàn)場智能設(shè)備或者遠(yuǎn)方終端節(jié)點(diǎn)對(duì)這些智能設(shè)備進(jìn)展監(jiān)控。假如深化到低壓用戶的自動(dòng)讀表和控制終端，那么終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量需求更多。二通信間隔 近區(qū)域DTUTTU集中器等終端的數(shù)據(jù)主要由小區(qū)的開閉終端單元聚集轉(zhuǎn)發(fā)，其通信間隔 一般小于5公里。由于地區(qū)配電覆蓋的區(qū)

9、域可能相對(duì)小，各智能配電網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)間的間隔 比擬近。所以采取小區(qū)分支通信與主干通信相搭配為常論文聯(lián)盟見的智能配電方案。三通信數(shù)據(jù)量不大在目前國內(nèi)的狀況，主要采用電纜傳輸技術(shù)通信。而電纜傳輸信號(hào)的質(zhì)量比擬差，采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果往往幾乎無法使用。大量的線路開關(guān)、配電變壓器等是智能配電網(wǎng)遠(yuǎn)方終端單元的監(jiān)控對(duì)象，它們的通信數(shù)據(jù)量很有限。一些配電變電站、開閉所或配電網(wǎng)的子站，它們的數(shù)據(jù)通信量比照輸變電網(wǎng)絡(luò)還是小一點(diǎn)。無線通信技術(shù)可分為無線專網(wǎng)和無線公網(wǎng)兩類，無線專網(wǎng)的建立受制于頻段申請(qǐng)等原因，無線公網(wǎng)主要使用已有的2.5G/3G挪動(dòng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，通信費(fèi)用比擬高，而且上線率低。因此，利用光纖通信技術(shù)建立高品質(zhì)

10、的智能配電網(wǎng)，是目前的最正確選擇，光纖通信技術(shù)具有低誤碼率、高速率、強(qiáng)保密性、抗強(qiáng)電磁干擾等特點(diǎn)。五、系統(tǒng)構(gòu)造智能配網(wǎng)通信網(wǎng)無線通信大范圍的覆蓋主要依靠光纖通信來重點(diǎn)保障，載波通信接入補(bǔ)充。在最近幾年的小規(guī)模配電網(wǎng)試點(diǎn)中，大多采用了工業(yè)的兩種光纖通信技術(shù)，即太網(wǎng)交換機(jī)和以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)EtherentPassiveptialNetrk，EPN。雖然兩種通信技術(shù)都是以太網(wǎng)技術(shù)為根底，但它們無論在物理層還是數(shù)據(jù)鏈路層都存在極大差異。在物理層上，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的發(fā)光原理與同步數(shù)字序列SynhrnusDigitalHierarhy，SDH一樣，是根據(jù)一束光完成一條線路的信號(hào)傳送。EPN無源光網(wǎng)絡(luò)是借

11、助無源分光器件，將一束光分為多束光，一起完成主節(jié)點(diǎn)光纜終端設(shè)備ptialLineTerinal，LT到各分支節(jié)點(diǎn)NU的信號(hào)傳送；上行時(shí)通過無源分光器件，將光節(jié)點(diǎn)ptialNetrkUnit，NU發(fā)出的光信號(hào)會(huì)聚到LT。在數(shù)據(jù)鏈路層上，工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)處在平等地位，不需集中控制，通過查詢A地址表來完成數(shù)據(jù)尋址工作。交換機(jī)采用SA/D載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測機(jī)制，完成公共通道上傳送數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的常見問題大多是數(shù)據(jù)碰撞問題處理。EPN無源光網(wǎng)絡(luò)那么是主從構(gòu)造，上行數(shù)據(jù)全部會(huì)聚到LT，由LT集中控制，再通過查詢A地址來表尋址。采用PP多點(diǎn)控制協(xié)議，通過測距技術(shù)和TDA技術(shù)來處理上行數(shù)據(jù)碰撞問題。在配

12、電網(wǎng)中，為便于施工和維護(hù)管理、一般沿著電力電纜鋪設(shè)光纖。下面根據(jù)一次網(wǎng)架構(gòu)造需要，分析兩種技術(shù)的組網(wǎng)方案與通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渑c通信網(wǎng)絡(luò)的性能的相關(guān)性。由兩個(gè)變電站對(duì)一片區(qū)域進(jìn)展供電110kV手拉手網(wǎng)架構(gòu)造，是目前運(yùn)用最廣泛的網(wǎng)架構(gòu)造，它平安可靠。環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋺?yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，雙鏈型拓?fù)鋺?yīng)用于EPN無源光網(wǎng)絡(luò)。這兩種拓?fù)錁?gòu)造保護(hù)的范圍差不多，都可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)的保護(hù)。有時(shí)會(huì)發(fā)生一些如環(huán)網(wǎng)在兩點(diǎn)失效后，局部站點(diǎn)的通信中斷的小概率事件。由于目前配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信數(shù)據(jù)流比擬小，兩者在時(shí)延方面都可以滿足需求。兩者差異主要表如今10kV站點(diǎn)通信的信息流走向以及光纖占用的數(shù)量的不同。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組環(huán)

13、網(wǎng)光纖需要的數(shù)量恒定為2或4纖，沒有站點(diǎn)個(gè)數(shù)的限制；EPN在站點(diǎn)較多時(shí)下需要使用PN口和光纖，因?yàn)槎鄠€(gè)一束光分化為多束光后，消耗較大，單PN口下帶的站點(diǎn)數(shù)量非常有限。在配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比擬大的將來，就地式的故障處理形式主流處理形式應(yīng)該是就地式的故障處理，而其業(yè)務(wù)流量將由會(huì)聚10kV站點(diǎn)通信。各工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)之間是平等關(guān)系，相鄰10kV站點(diǎn)就能直接通信，托延時(shí)間的幾率極??；EPN為主從關(guān)系，相鄰10kV站點(diǎn)的通信就需要在同一LT內(nèi)部或者不同LT間互相實(shí)現(xiàn)，延時(shí)的幾率較大。采取EPN無源光網(wǎng)絡(luò)單電源樹型供電的一次網(wǎng)架，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)為樹型。用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的擴(kuò)展的方式不夠靈敏，本錢偏高，可靠性要求也比擬差，是配網(wǎng)自動(dòng)化的施行過程中的改造對(duì)象。綜上我們可以看出配網(wǎng)的將來開展，優(yōu)質(zhì)供電區(qū)的一次網(wǎng)架構(gòu)造一定會(huì)朝著多電源多聯(lián)絡(luò)的趨勢向前開展，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)論文聯(lián)盟和設(shè)備的復(fù)雜，EPN無源光網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)大于兩條鏈路的切換時(shí)不夠方便，不如工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)更為適