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 Smart distribution network communication communications services requirements analysis and communication technology program Huangsheng Guangdong Electric Power Design Institute Guangzhou GuangDong 510663 Abstract Distribution communication network is the base of the Smart distribution network With the smart distribution network distributed new energy stations and smart user access distribution communications network services requirements great changes have taken place This paper analyzes the various parts of the Smart distribution Grid AMI ADO ATO AAM communications business requirements and a preliminary paper mainly uses distribution Grid optical fiber broadband wireless access Smart distribution Grid Communications Technology Program in order to further Smart distribution Grid communications planning and design for reference Keywords Smart Grid Smart distribution Grid ADO AMI Smart Grid distribution communication network 1 1 前言前言 1 11 1 智能电网与智能配电网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 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 21 2 智能配电通信网覆盖范围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 2 2 智能配电通信网业务需求分析智能配电通信网业务需求分析 2 12 1 ADOADO 通信需求通信需求 2 1 12 1 1 纵联网络保护通信需求 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 2 1 22 1 2 高级配电自动化通信需求 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 2 1 32 1 3 分布式电源 储能站通信需求 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 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 22 2 AMIAMI 通信需求通信需求 2 2 12 2 1 智能电表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 2 2 22 2 2 负荷需求侧管理负荷需求侧管理通信需求通信需求 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 32 3 AAMAAM 通信需求通信需求 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 42 4 总结智能配电通信网业务需求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 表表 1 1 智能配电网通信业务需求表 智能配电网通信业务需求表 Table 1 Smart Distribution Grid Communications business requirements table 序 号 类别业务名称通道接口时延单节点 流量 bit s 110kV 变电站 覆盖节 点数量 总 流 量 bit s 适用 的通 信平 台 1纵联网络 保护 以太网 G 703 2M 专 用光纤 100ms64K 1 M 6060M光纤 通信 2高级配电 自动化 以太网 音频拨号 500ms30K3009M光纤 通信 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 1s30K12360 K 光纤 通信 5 ADO 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 RS485 60s按 300 字节 15 分钟 0 01K 20 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 序 号 类别业务名称通道接口时延单节点 流量 bit s 110kV 变电站 覆盖节 点数量 总 流 量 bit s 适用 的通 信平 台 7负荷需求 控制管理 以太网 60s 5K2001M无线 宽带 载波 8AAM设备运行 状态监测 信息 以太网 3s 4K20008M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 3 3 智能配电通信方案智能配电通信方案 3 13 1 智能配电通信网要求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 3 1 13 1 1 安全性要求 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 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 3 1 33 1 3 经济性要求 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 23 2 智能配电网通信网方案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 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 图图 1 1 智能配电网通信网技术方案示意图智能配电网通信网技术方案示意图 Figure 1 Smart Distribution Grid Communication Network Technology program diagram 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 总结总结 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