基于5G通信技術(shù)的智能分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)可行性

劉騰飛，葉叢林，朱建磊，李建華

（石家莊科林電氣股份有限公司，河北 石家莊050222)

2018 年國(guó)家能源部發(fā)布DL/T 1910—2018《配電網(wǎng)分布式饋線自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》，由于分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)智能程度高，判別和隔離故障快，主站應(yīng)用直觀便捷，各地電力系統(tǒng)均加緊部署不同類型的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)。不論是速動(dòng)型分布式系統(tǒng)還是緩動(dòng)型分布式系統(tǒng)均需遠(yuǎn)距離布置通信線路保證現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)設(shè)備可靠的相互通信。如果能通過(guò)高速率、低延時(shí)的5G通信技術(shù)替代有線通信，既可節(jié)省成本又可以實(shí)現(xiàn)便捷高效，但是無(wú)線通信的抗干擾能力又值研究，否則會(huì)影響分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

1 分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)

分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)近年來(lái)以便捷高效的應(yīng)用方式受到多方青睞，在DL/T 1910—2018《配電網(wǎng)分布式饋線自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：分布式配電自動(dòng)化分為速動(dòng)型分布式饋線自動(dòng)化和緩動(dòng)型分布式饋線自動(dòng)化。速動(dòng)型分布式饋線自動(dòng)化，應(yīng)用于配電線路分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為斷路器的線路上，配電終端通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)，與同一供電環(huán)路內(nèi)配電終端實(shí)現(xiàn)信息交互，當(dāng)線路發(fā)生故障，在變電站出口斷路器保護(hù)動(dòng)作前實(shí)現(xiàn)快速故障定位、隔離，實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。緩動(dòng)型分布式饋線自動(dòng)化，應(yīng)用于配電線路分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)線路上，同一供電環(huán)路內(nèi)的配電終端實(shí)現(xiàn)信息交互，當(dāng)線路上發(fā)生故障，在變電站出口斷路器保護(hù)動(dòng)作故障切除后，實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。

然而，不論是哪種分布式系統(tǒng)，同一環(huán)路內(nèi)的配電終端高速通信要求是系統(tǒng)運(yùn)行的基本條件，在分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)中需要滿足終端間和終端與主站間實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求。根據(jù)DL/T 1910—2018《配電網(wǎng)分布式饋線自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：速動(dòng)型的分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，終端間和終端與主站間的對(duì)等通信延時(shí)小于20 ms，故障上游側(cè)開(kāi)關(guān)隔離完成時(shí)間≤150 ms，遙信上送主站時(shí)間小于3 s；緩動(dòng)型分布饋線自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)間相對(duì)比較寬松，標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)等通信故障信息交互報(bào)文延時(shí)時(shí)間要求小于1 s，故障上游側(cè)開(kāi)關(guān)隔離時(shí)間≤10 s，遙信上送主站時(shí)間小于3 s。

以目前5G通信技術(shù)理論高速率、低延時(shí)的傳輸優(yōu)勢(shì)完全可以滿足以上通信延時(shí)和動(dòng)作隔離延時(shí)要求（5G 理論端對(duì)端通信延時(shí)＜1 ms）。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，錯(cuò)綜復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致5G通信質(zhì)量會(huì)收到很大程度影響。

2 無(wú)線通信衛(wèi)星與5G基站互擾

我國(guó)各地廣泛應(yīng)用的C波段無(wú)線通信衛(wèi)星接收基站垂直極化和水平極化的下行頻率為3625～4200 MHz，而5G通信頻率同樣覆蓋3000～5000 MHz，由于近幾年5G 通信的全面部署，導(dǎo)致各地?zé)o線通信衛(wèi)星與5G 通信基站的無(wú)線相互干擾頻繁，工信部在2019年發(fā)布了第五代移動(dòng)通信基站與衛(wèi)星地球站等無(wú)線臺(tái)干擾協(xié)調(diào)管理辦法進(jìn)一步規(guī)范管理兩者的應(yīng)用方式。目前兩者相互干擾的解決方式多是以保證衛(wèi)星通信質(zhì)量為主，在衛(wèi)星基站增加干擾濾波器或者調(diào)整5G通信頻率避開(kāi)無(wú)線通信衛(wèi)星的使用頻率，暫時(shí)不考慮5G 基站通信的被干擾情況。這就導(dǎo)致使用5G通信模式的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)低通信延時(shí)的要求在被復(fù)雜的同頻段干擾中無(wú)法得到滿足，5G基站與衛(wèi)星通信相互干擾示意圖如圖1所示。

圖1 5G基站與衛(wèi)星通信相互干擾示意圖

3 各種便攜式5G干擾儀的通信干擾

由于目前5G技術(shù)的全面普及推廣，隨之產(chǎn)生了用于屏蔽5G信號(hào)的屏蔽器材，其主要應(yīng)用在可疑爆炸品排爆、無(wú)人機(jī)管制、大型考試現(xiàn)場(chǎng)通信限制等方面。一般便攜式的干擾屏蔽器材干擾距離有限，主要用于局部地區(qū)的短暫屏蔽效果。

但是基于5G通信的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，很容易受到上述便攜式干擾器材的干擾，例如學(xué)校周邊的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)在考試中，屏蔽器材開(kāi)啟后周邊的配電終端無(wú)線通信信號(hào)一定程度上會(huì)降低通信效率，從而短暫影響分布式配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信性能。

4 面向5G通信的分布式配電系統(tǒng)的應(yīng)用

除以上列舉的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的5G系統(tǒng)干擾因素以外，還有如設(shè)備內(nèi)及周邊的高頻輻射干擾等情況均會(huì)影響5G信號(hào)的正常傳輸。

應(yīng)用5G通信的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)在線路正常運(yùn)行過(guò)程中短暫的通信延時(shí)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，但在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，例如某地線路發(fā)生金屬性單相接地故障，需要系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)備短時(shí)間內(nèi)發(fā)布廣播報(bào)文，同步故障信息并判定故障點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)切除故障線路區(qū)間。此時(shí)若有不確定的通信延時(shí)問(wèn)題可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障區(qū)間誤判或裝置拒動(dòng)可能。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)首先應(yīng)保證動(dòng)作可靠性和及時(shí)性，但是不能因?yàn)?G目前面臨的諸多干擾因素便否定其在分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，由于分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)地域覆蓋面廣，相互間通信頻次要求高，通過(guò)5G通信向配電自動(dòng)化主站實(shí)時(shí)上送各地分布式終端的三遙信息也很必要，既不用遠(yuǎn)距離拉通信線纜也節(jié)省了通信交換機(jī)，節(jié)省很多成本。

同時(shí)上述提到的通信干擾導(dǎo)致的故障判別及時(shí)性問(wèn)題需要終端廠家思考在發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)分布式系統(tǒng)內(nèi)某些終端通信異常或現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)拒動(dòng)等情況下的故障判別冗余邏輯，如在上述金屬性單相接地后，負(fù)責(zé)切斷本段線路的的配電終端如在判別故障時(shí)通信異常無(wú)法接收和發(fā)送分布式內(nèi)廣播報(bào)文導(dǎo)致不能正常跳閘，此時(shí)就地分布式判別邏輯應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)故障判定間隔擴(kuò)大一級(jí)，由通信故障終端上一級(jí)終端負(fù)責(zé)跳閘切斷故障線路，防止故障進(jìn)一步影響變電站出口。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著5G通信技術(shù)以高速率、低延時(shí)的傳輸優(yōu)勢(shì)迅速推廣和應(yīng)用，許多智能分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)也開(kāi)始著手致力于用5G 技術(shù)替代分布式有線通信，節(jié)省系統(tǒng)成本。但是由于5G技術(shù)依然無(wú)法避免無(wú)線通信諸多因素的相互干擾，可能會(huì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程出現(xiàn)的短時(shí)通信延時(shí)或中斷影響分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)的三遙傳輸和故障判別，需要研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)用5G通信的智能分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)制定相關(guān)的冗余邏輯判斷，在分布式系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障且有終端通信異常時(shí)，系統(tǒng)需根據(jù)開(kāi)關(guān)跳閘情況及時(shí)通知下一級(jí)終端故障跳閘，切斷故障線路。