縣域配電網配電自動化系統的通信方案選擇

秦 健，施金陽，孫 超

(1.江蘇省電力公司，江蘇南京 210024；2.江蘇省電力設計院，江蘇南京 211102)

智能配電網作為智能電網發展的熱點之一，已經得到各電網公司的高度重視，并努力積極推廣應用，而智能配電網中最先推進實施的內容就是配電自動化系統。隨著配電自動化系統建設的進一步推進，配電自動化系統將逐步由城市區域覆蓋到縣域范圍。縣域配電自動化工程的自動化系統實施方案可以根據配電自動化設計導則，按照負荷分區屬性確定具體的改造實施方案，而其配套的通信電路建設方案在設計導則里沒有做比較明確的規定。在現有通信技術手段如此繁多的情況下，如何找到最適合的、經濟合理的、具有一定擴展性的通信電路建設方案，就成為擺在相關工程建設人員面前的焦點問題。昆山作為蘇南經濟較發達地區的縣級市之一，其所轄花橋國際商務城被江蘇省電力公司選為配電自動化在縣域范圍內推廣實施的先行示范區，其配網自動化系統的建設模式、通信方案的選擇，對今后其他地區的縣域配電自動化系統建設具有引領和示范作用。

1 配電自動化系統對通信通道的要求

1.1 配電自動化系統實施方案概況

昆山花橋國際商務城配電自動化工程對實施區域內110 kV 古南變4 號、5 號10 kV 出線電纜線路上的2座開閉所、8 座環網柜進行改造，在這10個配電站點各配置1 套配電自動化終端DTU，實現“三遙”功能。相關配電網一次網架結構如圖1 所示。

昆山花橋國際商務城本期各配電自動化終端DTU的自動化“三遙”信息傳輸至蘇州供電公司主站系統，該主站系統已經建成投運，本期按市縣一體化模式進行擴容改造。為提高系統運行效率，便于運行維護管理，昆山供電公司需要設置該主站系統的前置采集服務器和遠程工作站。

1.2 相關通信網現狀

配電通信網按照配網自動化系統的物理結構分為2個傳輸層面，即變電站與供電公司側配電自動化主站之間的配電通信骨干網和配電終端節點與變電站之間的配電通信終端接入網。

圖1 昆山花橋國際商務城相關配電網網架結構

1.2.1 相關骨干通信網現狀

蘇州地區包括昆山縣區在內的電網，電力專用光纜通信網絡已經覆蓋到35 kV 以上的變電站、生產調度大樓、供電營業廳以及其他各類生產辦公基地。蘇州地區電力光纜通信網分為2 層結構：匯聚層、接入層。

蘇州地區電力通信網已建成匯聚層主網和備網2個光傳輸網絡。匯聚層主網采用網狀網結構，技術體制為ASON，帶寬為2.5 GB，保護方式為動態重路由保護，環網采用中興光傳輸設備，節點包括蘇州供電公司所轄的市縣（區）公司及500 kV 變電站，共13個節點。匯聚層備網網絡為單環結構，技術體制為SDH，帶寬為10 GB，保護方式為復用段保護；環網采用中興S385 光傳輸設備，節點包括蘇州供電公司所轄的市縣公司以及常熟變（中繼站），共7個節點。

昆山縣區電力通信網接入層網絡已建成2.5 GB相交雙主環+6個支環的SDH 環網結構。主環容量為2.5 GB，采用中興S320，S330，S360，S385 等多種型號光傳輸設備，包括昆山供電公司及部分220 kV 變電站，共13個節點；支環容量為622 MB，采用中興S320，S330，S360 等型號光傳輸設備，包括昆山縣區部分220 kV 變電站，110 kV 及35 kV 變電站，6個支環共65個節點。其中，與本工程相關的2 號至4 號支環包括花橋變、古南變、曹安變、公橋變、集善變、金城變、陸家變、合豐變、玉峰變、秧浦變、震川變、兵希變、邵涇變、鹿城變等14個節點。

1.2.2 相關終端接入網現狀

蘇州地區電網于2011年在蘇州工業園區環金雞湖地區開展配電自動化建設，相應建成了該區域的配電通信接入網。蘇州工業園區配電通信接入網采用工業以太網技術和EPON 技術相結合的方案，變電站到開閉所、環網柜劃為配電通信主環，采用工業以太網通信方式，對小區變以下終端和其他零散的終端采用EPON 通信方式。昆山縣區尚未開展配電自動化建設，沒有建成配電通信終端接入網。

1.3 配電通信相關概念

國際主流研究表明，智能電網發展大體可分為4個階段，即高級量測體系（AMI）、高級配電運行（ADO）、高級輸電運行（ATO）和高級資產管理（AAM）。其中AMI 是智能電網的第一步，在AMI的基礎上實現ADO，ATO 及AAM[1]。智能配電通信網要求覆蓋AMI 中智能電能表和負荷控制管理的業務節點，覆蓋ADO 中高級配電自動化、網絡保護、分布式能源接入的業務節點，覆蓋AAM 中設備運行狀態監測節點[2]。

1.4 配電自動化系統通信通道需求分析

饋線自動化是實現配電網自動化的核心，也是解決配電網供電可靠性問題的主要環節[3]。昆山花橋國際商務城配電自動化實施區域內的電纜線路本期需要實現主站集中式饋線自動化功能。主站集中式饋線自動化是主站根據各配電終端檢測到的故障報警，結合變電站、開閉所等的繼電保護信號、開關跳閘等故障信息，啟動故障處理程序，確定故障類型和發生位置，并采用聲光、語音、打印事件等報警形式，在自動推出的配網單線圖上，通過網絡動態拓撲著色的方式明確地表示出故障區段，根據需要，主站可提供事故隔離和恢復供電的一個或兩個以上的操作預案，輔助調度員進行遙控操作，達到快速隔離故障和恢復供電的目的。

結合上述自動化功能分析，花橋國際商務城配電自動化工程只需實現ADO 中的高級配電自動化業務，該類業務僅在終端站點與主站之間交互信息,終端站點之間不需要交互信息,因此僅需組織配電終端站點與自動化主站之間的雙向通信通道，其單向通道時延要求小于500 ms，每個終端站點的通道帶寬要求約為30 kb/s。在安全性方面，根據《電力二次系統安全防護規定》及《電力二次系統安全防護總體方案》的要求，智能配電網中的配電自動化業務屬于電力監控系統的范疇，必須使用專用網絡的生產控制大區來承載。在可靠性方面，智能配電網應考慮通信通道備用且具有自愈功能，通信設備的可靠性應為工業級。

2 配電自動化通信系統建設方案

2.1 配電自動化通信電路建設技術原則

昆山花橋國際商務城配電自動化工程的通信電路屬于配電通信網范疇，其建設應遵循以下原則：

（1）配電通信網的建設結合配網業務發展需求和通信技術發展前景，統一規劃，分步實施、適度超前，避免重復建設。

（2）配電通信網按照骨干層、接入層分層建設模型，通信方式的選用應遵循“實用性、可靠性、可擴展性、可管理性”的原則。

（3）配電通信網骨干層充分利用現有光纖通信網絡資源，接入層優先采用光纖通信，其他通信方式作為補充。

（4）配電通信接入網結構應以配電網網架結構為基礎，要考慮到未來電網網架的變動和發展，通信接入網需適度預留一定的通信容量，為通信網絡的變更、擴容提供保障。

2.2 骨干通信網建設方案

結合上述現狀分析，昆山縣區通信骨干網采用SDH 制式的光纜通信方式，光纜通信已覆蓋到所有35 kV 及以上等級的變電站。該網絡110 kV 古南變與昆山供電公司主站之間仍有155 Mb/s 空余帶寬可用。本期利用現有SDH 光傳輸網作為配電通信骨干網，并采用IP over SDH的技術體制構建配電通信骨干網構架。根據前述通道需求分析，本期工程10個配電站點最大帶寬需求為300 kb/s，110 kV 古南變與配電自動化主站之間需占用SDH 光傳輸網300 kb/s 帶寬。

2.3 終端接入網建設方案

2.3.1 終端接入網通信方式的確定

目前，適用于配電通信終端接入網的通信方式有：光纖專網—工業以太網技術、光纖專網—EPON 技術、無線寬帶專網、無線公網、中壓電力線載波等。這幾種通信方式的優缺點如表1 所示。

表1 終端接入網常用通信方式比較

由表1 可以看出，光纖專網方式雖然投資較高，但其通道的安全性、可靠性較高，傳輸時延有保障。本配電自動化工程涉及的110 kV 古南變4 號、5 號出線均為電纜線路，長度各5 km，沿線已經預留了光纜敷設管道，因此，對于本工程來說，若采用光纖專網通信方式，敷設光纜是切實可行的，工程造價適中。考慮到本工程配電自動化終端均按“三遙”功能設計，其他通信方式難以滿足其安全性、可靠性以及實時性要求，建議采用光纖專網通信方式。

2.3.2 終端接入網通信方案比選

（1）光纖專網通信方式有2 種技術可選，工業以太網和EPON（基于以太網的無源光網絡）。這2 種通信技術的優缺點如表2 所示。

根據表2的分析結論，結合本期工程配電網一次網架結構簡單、易于成環的特點，同時考慮到蘇州地區已經先行實施的城市區域配電自動化系統通信電路的運行經驗，昆山花橋國際商務城配電通信接入網推薦采用工業以太網技術組建光纖自愈以太環網。其突出優勢是環形拓撲結構簡單清晰，工業以太網技術成熟，保護倒換時間可以達到毫秒級，此外其強大靈活的交換功能，方便靈活擴展業務，同時也可支持多種其他網絡結構。

表2 工業以太網和EPON 技術比較

（2）根據本期一次網架結構，昆山花橋國際商務城配電通信接入網可以采用鏈型、單環網、雙環網等拓撲結構組網。各拓撲結構的優缺點比較如表3 所示。

上述2個方案投資相差不大，雙環網組網方案雖然占用更多的纖芯資源，并需對2個骨干節點設備進行改造，但是配電自動化業務通過不同的網絡、不同的接入點接入配電通信骨干網，可靠性更高，故推薦昆山花橋國際商務城配電通信接入網采用雙環網結構的接入網方案，如圖2 所示。

表3 拓撲結構比較

圖2 配電終端接入網拓撲結構

3 結束語

本文以花橋國際商務城配電自動化工程為例，在分析配電自動化系統的通信通道需求的基礎上，首先對幾種常用通信方式進行分析比選，在通信方式確定后再對通信技術體制進行比選分析，最后進行拓撲結構設計。最終確定了該工程采用雙工業以太環網的配電終端通信接入網方案。本文僅僅為縣域配電自動化系統提供了一種通信方案的選擇設計思路。然而由于配電網接線型式、配電站點分布密度、供電負荷特性等配電網一次網架多種多樣。配電自動化實施方式也不盡相同，有的采用主站集中式，有的采用分布式，有的采用混合式。此外，目前適用于配電網的通信技術也多種多樣，并且還有新的通信技術正不斷涌現出來，以上諸多因素決定了配電自動化通信電路解決方案的多樣性。至于其它的縣域配電自動化工程，到底采用哪種通信方案更合理，需要具體問題具體分析，因地制宜地選擇最適合自己工程的通信方案，但不能違背經濟、實用、安全、可靠、可擴展等基本原則。

[1]李衛良，田 偉，王曉丹.以AMI為核心的智能配用電技術體系研究[J].江蘇電機工程，2011，30（3）：1-6.

[2]黃 盛.智能配電網通信業務需求分析及技術方案[J].電力系統通信，2010，31（10）：10-12.

[3]朱 姝，黃 偉，朱維成.新型配電終端結構與數據傳輸[J].江蘇電機工程，2011，30（6）：34-37.