10 kV分布式電源通信接入方式研究

荀思超，沈雨生，徐 榮，劉曉玥，王海軍

（國網江蘇鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引 言

分布式能源包含多種形式，例如風電、光伏等，通常較為分散地布置于負荷/用戶現場或鄰近地點。通常情況下，分布式能源接入電壓等級不超過35 kV的配電網，實現發電供能。分布式能源通常站址分布較為分散，與分散的資源分布和電力需求相適應，延長了輸配電網升級換代周期，大大節省了投資。同時與大電網互為備用，提高配電網供電可靠性。

10 kV及以上分布式電源主要使用遠動采集方案，通過網絡直接采集、控制。目前江蘇省鹽城區域10 kV分布式光伏通信接入方式主要有無線公網接入、無線專網接入以及光纖專網接入，采集信息包含并網點的電壓、電流、開關狀態、有功功率、無功功率以及發電量等。如果采用光纖專網通信方式，實時數據直接接入調度自動化主站；如果采用無線專網、公網通信方式，實時數據通過安全接入區接入調度自動化主站[1]。10 kV及以上電壓等級分布式電源典型信息采集架構如圖1所示。

1 10 kV分布式電源光纖化改造背景

1.1 改造必要性

傳統配電網在設計階段未考慮分布式電源的接入需求，在分布式電源并網后對現有的網絡結構產生了巨大影響，會將現有的單電源輻射狀網絡結構轉變為雙電源/多電源網絡結構，配電網潮流方式愈發復雜多變。用戶既是用電方，又是發電方。電流流向具有雙向性，并且實時動態變化。

隨著電力市場的開放，分布式能源、微電網等的接入量不斷增加，用電需求逐漸多樣化，對現有配電網的安全性、穩定性、適應性以及經濟性的要求也在不斷提高，傳統配電網保護方式已無法滿足配電網的自愈要求。電流差動保護以其優越的靈敏性、速動性以及可以實現配網故障區間的快速定位與隔離等特點而被廣泛應用，但電流差動保護對于保護裝置之間通信的時效性和可靠性要求較高。

新型電力系統在供需兩側均面臨更多的不確定因素，電力平衡模式從發電/用電平衡向儲能、多能轉換參與緩沖的平衡轉變，源網荷儲間的互動愈加頻繁。通信網的結構從樹型升級為網格型，從而滿足互動增多的需求。隨著大量分布式電源、電力電子信息設備的接入，量測、采集、控制、互動等環節對通信時延、可靠性、通信帶寬提出更高的要求。

1.2 光纖通信技術對比

目前，配電網廣泛應用的光纖通信技術包括同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術、以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術以及工業以太網技術，建成的光纖專網可管可控[2]。

1.2.1 SDH

SDH技術性能指標滿足通信接入網各類業務的要求，目前在電力骨干通信網中已得到廣泛應用。SDH網絡具備多種保護方式，其中包括系統保護（如光口1+1等）、環形自愈網保護、設備保護以及不同路由保護等，滿足電信級業務保護需求。

1.2.2 EPON

EPON是一種基于以太網的點到多點的光纖通信接入方式，由局側的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、用戶側的光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）以及光分配網（Optical Distribution Network，ODN）組成。EPON的上行和下行數據傳輸流程不同：在下行方向，OLT以廣播形式通過ODN發送信號至各ONU，ONU通過對分組頭/信元頭的匹配地址進行讀取，以接收并處理其中的數據；在上行方向，則采用時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式接入，ONU發送的信號直達OLT，而不會發送至其他ONU。典型的EPON拓撲中，OLT放在變電站機房，ONU放在開關站、環網柜和分支箱，可以組成星型、總線型以及手拉手結構，手拉手保護也可以連接到同一個變電站OLT不同的無源光網絡（Passive Optical Network，PON）口上。

對于10 kV變電線路而言，一般可靠性要求較高，可以選擇手拉手組網結構，雙電源手拉手網絡結構與EPON全鏈路保護組網結構相匹配。在站點兩端分別新增OLT，通過無源光纖分路器（Passive Optical Splitter，POS）沿2個方向實現級聯和延伸，雙PON扣保障所有ONU上行鏈路都可實現1+1冗余保護，光纖保護倒換時間≤100 ms。若光纖發生了中斷，每個ONU仍可以與某一個OLT完成通信，從而保證網絡系統的高可靠性。

1.2.3 工業以太網

工業以太網交換機的組網架構通常采取環狀結構，若不具備環狀拓撲組網的條件，也可以選擇星型或鏈式拓撲結構。對于網絡可靠性，環形組網的可靠性高于鏈式組網，當網絡中出現單臺設備故障時，其他交換機仍可保持通信。

2 光纖通信典型接入方案

2.1 SDH方案

在分布式電源站點新增1臺光端機設備，同時在對側接入的系統變電站現有光端機上相應擴容光口，開通分布式電源站點至接入系統站點的光通信電路，將分布式電源站點的自動化業務、通信業務等接入系統，構成站點至系統的通信通道。SDH接入方案如圖2所示。

2.2 設備共享方案

10 kV分布式電源調度自動化業務與配電自動化業務同屬生產控制大區類業務，生產控制大區內的業務系統間需采取訪問控制等安全防護措施，對系統之間的互通進行管控限制，承載網絡需具備虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）、訪問控制功能[3]。

2.2.1 OLT設備

在分布式電源點配置1臺ONU設備，接入對側變電站配網自動化/新建OLT設備，通過ONU設備將調度數據網業務傳輸至系統站OLT，將分布式電源點的自動化及通信等業務接入系統，構成站點至系統的通信通道。OLT接入方案如圖3所示。

2.2.2 交換機設備

在分布式電源點新增1臺工業以太網交換機設備，接入對側站點現有配網自動化以太網交換機設備，開通GE光傳輸鏈路，將分布式電源點的自動化及通信等業務接入系統，構成站點至系統的通信通道。交換機接入方案如圖4所示。

2.3 裸纖承載方案

在分布式電源點配置1臺以太網交換機，并在接入的系統變電站現有光端機設備上新增GE以太網板卡，開通分布式電源點至系統站點的GE光通信鏈路，將分布式電源點的自動化業務、通信業務等接入系統，構成站點至系統的通信通道[4]。裸纖承載接入方案如圖5所示。

3 方案比選

小型SDH接入方案能夠滿足分布式電源接入的物理隔離需求，新增設備接入現網設備網管能夠實現全程監控通信傳輸鏈路，備品備件統一。但該方案需要增加光板，電源點需增加小型SDH設備，總體增加了投資。

配電自動化設備共享方案能夠充分利用現有配電自動化設備資源，在接入變電站具備OLT設備情況下，電源點僅需增加ONU設備。但配電自動化數據和調度自動化數據僅滿足邏輯隔離，自動化專業需根據自身要求進行設備升級與安全方案完善。同時，一機多用造成后續運維界面模糊，無法實時監控鏈路狀態。

裸纖承載方案能夠滿足分布式電源接入的物理隔離需求，僅需在接入變電站擴容GE板卡，投資較少。但電源側接入能力有限，僅能接入調度數據網，如果后續有其他接入需求，擴展接入靈活性較差。

從提高系統可靠性、業務安全隔離度、擴展能力等角度考慮，10 kV分布式電源通信接入可以采用小型SDH接入方案[5]。

4 結 論

分布式電源光纖化接入方式能夠有效滿足調度自動化可觀、可測、可調、可控的需求，為更加頻繁的互動、采集提供充裕帶寬，為新型電力系統建設提供可靠的通信保障。結合江蘇省鹽城地區10 kV分布式電源通信接入現狀，提出10 kV分布式電源光纖化改造方案，并針對不同的技術方案進行了比選，具有一定的參考意義。