智能化配电网管理系统通信模式的研究_图文

1、 益的持续提高,社会满意度不断提升和社会的和谐发展。智能化电网是智能化配电网的进一步延伸,是对电力系统、通信系统和信息系统的高度集成。通过电子化控制,在非常大的弹性范围内提供广泛的需求响应,配电网进行智能的控制,以“自愈”的方式处理紧急状况,可以即时地将问题和事故就地处理并更正,从而避免了连锁效应,从根本上提高了系统的稳定性,并且可以正确及时地响应能源市场和电力公司的业务需求,是一个从整个电力行业的整体出发,站在更高的角度提出的十分具有前瞻性、创造性的先进观点和理论。通信系统是建设智能化配电自动化系统的基础。配电自动化要借助可靠的通信手段,将控制中由于智能化配电网的发展变化,与之相对应的智能化

2、配电网管理系统也有新的发展,一般应具备以下主要功能。1管理规模逐步扩大,网络越来越复杂,双电源向多电源发展。2DA(Delayed Action,延迟作用方案由自动分段/重合器向电流型/集中控制发展。3配电自动化系统基本模式分层控制得到确认。4管理的功能由单一配电SCADA向SCADA/ DA/DMS/DG(分散发电/DSM(需方用电管理/电网效益和实用的配网规划工具综合管理系统发展。5AM/FM/GIS配电管理向SCADA/DA一体化发展。6一次/二次系统逐步统一向智能化开关发展。1.2智能化配电网管理系统对通信系统的主要需求智能化配电网通信模式的设计主要取决于相应配电网的规模和要求实现的具

3、体希望水平。由于智能化配电网系统拥有众多的配变、用户变、箱变、开闭所、配电变压器、柱上开关、分段开关、并联补偿电容器、用户电能表和重要负荷等电气设备,站点一般会有成百上千甚至上万个之多,地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣,要对这些设备进行实时监控就需要安装大量的RTU、FTU、DTU、TTU等终端设备,规模较大的配电网还要配置子站。因此,智能化配电网的通信信息有如下特点:通信节点数量相对较大;通信节点间距离短;每个通信节点的数据量小。针对这些特点,智能化配电网对通信系统有如下要求:通信可靠性要高;效能费用比要高;配电通信的实时性要快;具备停电和故障时的通信能力。使用和维护方便;具备

4、可扩充性。2智能化配电网通信系统网络结构选择2.1智能化配电网管理系统的基本架构智能化配电网的主要特点是数据量庞大,网络结构复杂。由于面对用户,网络运行方式变化多而快,要求处理问题及时,这些特点直接影响智能化配电网管理系统的结构。所以,我国的智能化配电网管理系统结构多按下述原则考虑。1配电网管理系统通常都设计成开放的积木式结构。优点是可以采取分期实施的策略,在系统建设初期,可以先控制在适当的规模和实现基本的功能,然后根据需要逐步扩充容量和全面实现预期功能。这样,既能见效快、便于实施,又不使规划远景受影响。2当前的配电网系统结构多分为3个层次,即地区调度中心、地区电网管理中心、分散现场操作区(馈

5、电网络区域,如图1所示。图配电网系统结构Fig.1System configuration of power distribution network 注:A为目标/设置命令;B为配电过程综合信息;C为设置命令;D 为配电信息;R为开闭所或柱上开关RTU(或FTU,TTU。2.2智能化配电网通信系统基本架构根据上面分析,智能化配电网通信网络的构建应为一个4层的架构,每层根据当地目前通信网络情况,可以采用相同或不同的通信技术及设备,以满足配网管理系统的需求。1第1层:用户级通信。电力公司(主站系统内部间各计算机系统之间的通信,它们一般通过局域网相连,相互之间的通信为用户级通信。该类信息主要通过调

6、度中心内部通信网络实现,多采用LAN技术,双绞线连接。2第2层:主站级通信(主站和主站间、主站和子站间通信。一个完整的配电管理系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元3部分。主站和主站间、主站和子站间通信有共同特点,其中一方必为计算机系统,另一方为计算机系统或其他监控单元,建议把它们分为一层。主站级通信的另一个特点是通信距离比较远,可能为几km,甚至几十km。实际上,配电主(子站系统还得和调度自动化系统进行通信,还应与变电站综合自动化系统或变电站远方终端FTU进行通信,把它们一并归类到主站级通信。3第3层:子站级通信(子站至现场监控设施(FTU间的通信。主要指子站和现场监控单元间的

7、通信。该层的特点是通信距离短、通信采集点多、数据量较小。4第4层:现场设备级通信(FTU与TTU之间和TTU之间的通信。各种远方监控单元相互之间也需要进行通信,这一层次为现场设备通信,·专题聚焦·樊剑辉智能化配电网管理系统通信模式的研究21··包括馈线远方终端FTU相互间的通信,配电变压器远方终端TTU相互间的通信,以及FTU和TTU 之间的通信等。3智能化配电网通信模式技术分析3.1配电网管理系统的通信需求分析从智能化配电网管理系统的主要功能来看,配电网管理系统所需的数据可主要分成2种。1静态数据或结构性数据。该类数据说明了配电网有形的固定资产,由3个

8、方面构成:电网及控制设备规格的技术数据;在电网显示图及地图上的地理数据;用户运行数据,如电网接线、负荷模型等。2动态数据或配电过程性数据。该类数据是根据配电过程的事件而来的,需要连续不断地更新,由5个方面构成:来自RTU/FTU的遥信数据和遥测抄表;现场工作班的信息;事故数据;工作计划数据;用户接口数据等。3.2智能化配电网通信系统流量预测以一个典型的配电网络为例进行配电网通信系统带宽分析。具体的网架结构是地区调度中心下辖A变电站下挂着B开闭站,B开闭站共有6条10kV出线,分别连着2号配电室、3号-8号箱变,共计7个用户;每个配电室或箱变都有2条10kV进线为其供电;该配电网的通信系统主要需

9、要传输3类数据。1开闭站到用户之间的数据(现场设备级通信。开闭站到用户之间的数据需要采集的信息点较多,但每个采集点的配网自动化信息数据量不大,依照配电系统自动化规划设计导则中的规定,每个FTU/TTU的最大传输速率是19.2kbit/s,即需要通信系统提供19.2kbit/s的带宽即可。2开闭站到变电站控制中心之间的数据。由于开闭站下的所有用户端数据都要经过开闭站传送到变电站,数据量比较大。以A变电站到B开闭站为例,B开闭站下有6条10kV出线,共计14个FTU,按照每个FTU的最大传输速率为19.2kbit/s计算,A变电站与B开闭站间理论上的最大传输带宽要求为268.8kbit/s,即需要

10、通信系统至少提供268.8kbit/s的带宽。3变电站至地区调度中心的数据。因该网络地区调度中心只辖1个变电站,所以变电站至地区调度中心的数据宽要求等同于开闭站到变电站控制中心之间的数据,也为268.8kbit/s。假如地区调度中心下辖200个左右的变电站,带宽需要10Mbit/s左右。3.3当前主流通信技术比较目前主流的通信方式有一点多址无线通信、微波通信、卫星通信、光纤通信、扩频通信、电力线载波通信、有线电视电缆、无线寻呼网、租用电话线等,各种通信方式的特点和传输容量见表1所列。4智能化配电网通信模式建议考虑一个包含主站、子站、FTU、TTU以及电量集抄系统的完整的智能化配电管理系统,下面

11、分层次对通信系统规划情况进行说明。1主站与子站之间,使用单模光纤。实施智能化配电网管理的电力企业(或供电局,大多在调度中心与变电所之间已经建立了单模光纤通信网络,配网管理系统主站与子站之间的通信可以借用这个通道,以节省再次铺设通信线路的投资。而且,主站与子站之间的通信距离相对较远,中间又没有中继装置,单模光纤的传输距离在6km以上,完全能够满足要求。2子站与FTU之间,使用多模光纤。主干通信网络采用光纤作为通信介质,可靠性高,出现故障的可能性低。光纤通信网络相对于有线及无线而言,投资要高一些,但光纤通信网络可靠性高,而且目前光缆的价格及光收发器的价格也可以接受。因为子站与FTU之间形成的通信网

12、络之间,各个通信节点的距离较短,很少超过3km,多模光纤已经能够满足要求,不需要使用单模光纤。因此,子站与FTU之间可使用多模光纤,构成自愈双环网,沿着城区10kV配电线路进行敷设,在配电子站与馈线终端FTU之间形成物理上的环形或链形结构。分别为配电子站和馈线终端FTU配置一套光通信设备(EPON或光modem,可以保证通信网络故障时不至于导致整个网络通信的崩溃。通信网络如图2所示。电力系统通信2009,30(205 22··表1各种通信方式的特点和传输容量Tab.1Characteristics and transmission capacity of a variety

13、 of communication means通信方式传输介质信道传输速率传输距离施工难度施工周期传输成本维护成本可靠性配电线载波低压配电线<1200bit/s台内区极易短低极低差工频控制配电线10300bit/s较短极易短低极低差脉动控制配电线5060bit/s较短极易短低极低差电话专线公用电话网3004800bit/s较长较难长高高一般拨号电话公用电话网3004800bit/s较长较难长高高一般CATV通道有线电视网3009600bit/s有线电视网内较难长高高一般RS_485屏蔽双绞线9600bit/s<1.2km简单多模光缆多模光缆<2Mbit/s<5km难长极

14、高高高单模光缆单模光缆<2Mbit/s<50km难长极高高高无线扩频自由空间<128kbit/s<50km难长极高高高VHF电台自由空间<128kbit/s<50km易(需要特批短低一般较差UHF电台自由空间<128kbit/s<50km易(需要特批短低一般较差多址微波自由空间<128kbit/s<50km较难较长低一般较高调幅广播自由空间<1200bit/s<50km易(需要特批短低一般较差调频广播自由空间<1200bit/s<50km易(需要特批短低一般较差卫星自由空间<1200bit/s全球易(需要

15、特批短低一般较差GRPS/CDMA自由空间<45100kbit/s GSM/CDMA网覆盖区易短低低高图2智能化配电通信网络Fig.2Intelligent communication network in powerdistribution network3配变终端TTU的通信方式。配变TTU的数量较多,分布范围大,运行环境复杂,由于TTU对通信实时性的要求相对FTU较低,因此,推荐的通信模式采用宽带(窄带PLC通信方式。因为GPRS技术存在安全性较差、传输带宽受限的缺陷,因此,在需要较大传输带宽和较高安全需求的智能化配电网中,推荐采用PLC(数据量小使用窄带,数据量大使用宽带技术。即

16、在每个配电变压器、箱变及配电室中低压出线侧安装集中器(内含宽带电力线载波通信模块,并与光网络设备通过RJ45接口连接进行宽带载波信号注入,各计量表箱安装采集器,通过RS-485线或直接对表箱内的电表进行采集。集中器作为宽带电力线载波的头端设备与宽带载波采集器组成宽带电力线网络,形成以电力线为传输介质的高速IP网络。采集的数据通过电力线网络传至主站。在通信效果欠佳的情况下,可通过安装中继器增强通信效果。基于宽带PLC的第3层通信网络拓扑如图3所示。5结束语智能配电网通信系统可以简单分为接入层(主站级通信和数据采集层(现场设备级通信。接入层是指10kV配电到110kV/35kV变电站、·

17、专题聚焦·樊剑辉智能化配电网管理系统通信模式的研究23··图3基于宽带PLC 的第三层通信网络拓扑Fig.3Topology of the third layer of PLC 蛳based broadband communications network图4远程传输通道示意Fig.4Schematic diagram of remote transmission channel供电公司之间的通信。用户层通信信道指10kV 配电到用户侧/电能表之间的通信。接入层建议利用基于以太网方式的无源光网络技术(EPON ,使用无源分光器实现光节点的分支。用户接入网建议直接利

18、用电力线作为通信介质,采用PLC 技术实现各种信息的双向实时并发采集和系统的管理控制。远程传输通道如图4所示。电力线宽带通信技术(PLC 充分利用电力设施,实现电力网、电信网、有线电视网的“三网合一”,是提供“最后1km ”解决方案最具竞争力的技术之一。配电和用电的通信网建成后,除了可以承载配网自动化、配电网智能调度等业务外,还可以面向社会的服务。提供的增值业务从业务划分上可以分为电力相关的增值服务和完全面向社会的信息通信服务。电力相关的增值服务主要是依托电力配电和用电侧相关自动化、信息化系统实现服务多样、灵活互动、友好开放等服务。如:为用户提供终端能电力系统通信2009,30(20524&#

19、183;·专题聚焦 樊剑辉 智能化配电网管理系统通信模式的研究 25 效管理、购电提醒服务、智能用电管理、自助缴费、 用电信息查询、用电宣传及相关广告业务等。 面向 社会的信息通信服务主要包含宽带接入、 语音和 数据业务、视频业务、报警和应急系统联动、三表 抄收等。 出版社 , 2007. 2 陈堂 , 赵祖康 . 配电系统及其自动化技术 M 北京 : 中 国电力出版社 , 2002. （ZL ） 樊 剑 辉 （1978 ），男 ，河 北 石 家 庄 人 ，工 程 师 ， 从 事 通 信系统运行维护管理工作。 （收稿日期：2009-07-11 ；修回日期：2009-08-15 ） 参

20、考文献 1 许 克 明 , 熊 炜 配 电 网 管 理 系 统 M 重 庆 : 重 庆 大 学 Study on communication mode of smart distribution network management system FAN Jian-hui （State Grid Information & Telecommunication Co., Ltd., Beijing 100761 ） Abstract: Smart distribution network will become the next development direction. The te

21、chnology applied to construct a communication network with higher reliability, efficiency and quality has become the hot issue for study. Based on the analysis on the basic structure and the correspondence demands of smart distribution network, this article introduces the communication network schem

22、e, discusses the feasibility and efficiency of various new communication technologies and equipments, and puts forward the suggestion that the layered networking configuration is the best solution for distribution communication network. It also points out that by fully utilizing the existing communication resources and the newest technology and equipment, high quality and reliable services can be provided for power distributio