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(shè)計(jì)院，江蘇南京 211102)

智能配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，已經(jīng)得到各電網(wǎng)公司的高度重視，并努力積極推廣應(yīng)用，而智能配電網(wǎng)中最先推進(jìn)實(shí)施的內(nèi)容就是配電自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)將逐步由城市區(qū)域覆蓋到縣域范圍?？h域配電自動(dòng)化工程的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施方案可以根據(jù)配電自動(dòng)化設(shè)計(jì)導(dǎo)則，按照負(fù)荷分區(qū)屬性確定具體的改造實(shí)施方案，而其配套的通信電路建設(shè)方案在設(shè)計(jì)導(dǎo)則里沒有做比較明確的規(guī)定。在現(xiàn)有通信技術(shù)手段如此繁多的情況下，如何找到最適合的、經(jīng)濟(jì)合理的、具有一定擴(kuò)展性的通信電路建設(shè)方案，就成為擺在相關(guān)工程建設(shè)人員面前的焦點(diǎn)問題。昆山作為蘇南經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的縣級市之一，其所轄花橋國際商務(wù)城被江蘇省電力公司選為配電自動(dòng)化在縣域范圍內(nèi)推廣實(shí)施的先行示范區(qū)，其配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)模式、通信方案的選擇，對今后其他地區(qū)的縣域配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)具有引領(lǐng)和示范作用。

1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)對通信通道的要求

1.1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施方案概況

昆山花橋國際商務(wù)城配電自動(dòng)化工程對實(shí)施區(qū)域內(nèi)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(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行改造，在這10個(gè)配電站點(diǎn)各配置1 套配電自動(dòng)化終端DTU，實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。相關(guān)配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

昆山花橋國際商務(wù)城本期各配電自動(dòng)化終端DTU的自動(dòng)化“三遙”信息傳輸至蘇州供電公司主站系統(tǒng)，該主站系統(tǒng)已經(jīng)建成投運(yùn)，本期按市縣一體化模式進(jìn)行擴(kuò)容改造。為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，便于運(yùn)行維護(hù)管理，昆山供電公司需要設(shè)置該主站系統(tǒng)的前置采集服務(wù)器和遠(yuǎn)程工作站。

1.2 相關(guān)通信網(wǎng)現(xiàn)狀

配電通信網(wǎng)按照配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)分為2個(gè)傳輸層面，即變電站與供電公司側(cè)配電自動(dòng)化主站之間的配電通信骨干網(wǎng)和配電終端節(jié)點(diǎn)與變電站之間的配電通信終端接入網(wǎng)。

圖1 昆山花橋國際商務(wù)城相關(guān)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

1.2.1 相關(guān)骨干通信網(wǎng)現(xiàn)狀

蘇州地區(qū)包括昆山縣區(qū)在內(nèi)的電網(wǎng)，電力專用光纜通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋到35 kV 以上的變電站、生產(chǎn)調(diào)度大樓、供電營業(yè)廳以及其他各類生產(chǎn)辦公基地。蘇州地區(qū)電力光纜通信網(wǎng)分為2 層結(jié)構(gòu)：匯聚層、接入層。

蘇州地區(qū)電力通信網(wǎng)已建成匯聚層主網(wǎng)和備網(wǎng)2個(gè)光傳輸網(wǎng)絡(luò)。匯聚層主網(wǎng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，技術(shù)體制為ASON，帶寬為2.5 GB，保護(hù)方式為動(dòng)態(tài)重路由保護(hù)，環(huán)網(wǎng)采用中興光傳輸設(shè)備，節(jié)點(diǎn)包括蘇州供電公司所轄的市縣（區(qū)）公司及500 kV 變電站，共13個(gè)節(jié)點(diǎn)。匯聚層備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為單環(huán)結(jié)構(gòu)，技術(shù)體制為SDH，帶寬為10 GB，保護(hù)方式為復(fù)用段保護(hù)；環(huán)網(wǎng)采用中興S385 光傳輸設(shè)備，節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)。

昆山縣區(qū)電力通信網(wǎng)接入層網(wǎng)絡(luò)已建成2.5 GB相交雙主環(huán)+6個(gè)支環(huán)的SDH 環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。主環(huán)容量為2.5 GB，采用中興S320，S330，S360，S385 等多種型號光傳輸設(shè)備，包括昆山供電公司及部分220 kV 變電站，共13個(gè)節(jié)點(diǎn)；支環(huán)容量為622 MB，采用中興S320，S330，S360 等型號光傳輸設(shè)備，包括昆山縣區(qū)部分220 kV 變電站，110 kV 及35 kV 變電站，6個(gè)支環(huán)共65個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中，與本工程相關(guān)的2 號至4 號支環(huán)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(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.2.2 相關(guān)終端接入網(wǎng)現(xiàn)狀

蘇州地區(qū)電網(wǎng)于2011年在蘇州工業(yè)園區(qū)環(huán)金雞湖地區(qū)開展配電自動(dòng)化建設(shè)，相應(yīng)建成了該區(qū)域的配電通信接入網(wǎng)。蘇州工業(yè)園區(qū)配電通信接入網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和EPON 技術(shù)相結(jié)合的方案，變電站到開閉所、環(huán)網(wǎng)柜劃為配電通信主環(huán)，采用工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，對小區(qū)變以下終端和其他零散的終端采用EPON 通信方式。昆山縣區(qū)尚未開展配電自動(dòng)化建設(shè)，沒有建成配電通信終端接入網(wǎng)。

1.3 配電通信相關(guān)概念

國際主流研究表明，智能電網(wǎng)發(fā)展大體可分為4個(gè)階段，即高級量測體系（AMI）、高級配電運(yùn)行（ADO）、高級輸電運(yùn)行（ATO）和高級資產(chǎn)管理（AAM）。其中AMI 是智能電網(wǎng)的第一步，在AMI的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)ADO，ATO 及AAM[1]。智能配電通信網(wǎng)要求覆蓋AMI 中智能電能表和負(fù)荷控制管理的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，覆蓋ADO 中高級配電自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、分布式能源接入的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，覆蓋AAM 中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)[2]。

1.4 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信通道需求分析

饋線自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的核心，也是解決配電網(wǎng)供電可靠性問題的主要環(huán)節(jié)[3]。昆山花橋國際商務(wù)城配電自動(dòng)化實(shí)施區(qū)域內(nèi)的電纜線路本期需要實(shí)現(xiàn)主站集中式饋線自動(dòng)化功能。主站集中式饋線自動(dòng)化是主站根據(jù)各配電終端檢測到的故障報(bào)警，結(jié)合變電站、開閉所等的繼電保護(hù)信號、開關(guān)跳閘等故障信息，啟動(dòng)故障處理程序，確定故障類型和發(fā)生位置，并采用聲光、語音、打印事件等報(bào)警形式，在自動(dòng)推出的配網(wǎng)單線圖上，通過網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)拓?fù)渲姆绞矫鞔_地表示出故障區(qū)段，根據(jù)需要，主站可提供事故隔離和恢復(fù)供電的一個(gè)或兩個(gè)以上的操作預(yù)案，輔助調(diào)度員進(jìn)行遙控操作，達(dá)到快速隔離故障和恢復(fù)供電的目的。

結(jié)合上述自動(dòng)化功能分析，花橋國際商務(wù)城配電自動(dòng)化工程只需實(shí)現(xiàn)ADO 中的高級配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)，該類業(yè)務(wù)僅在終端站點(diǎn)與主站之間交互信息,終端站點(diǎn)之間不需要交互信息,因此僅需組織配電終端站點(diǎn)與自動(dòng)化主站之間的雙向通信通道，其單向通道時(shí)延要求小于500 ms，每個(gè)終端站點(diǎn)的通道帶寬要求約為30 kb/s。在安全性方面，根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》及《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》的要求，智能配電網(wǎng)中的配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的范疇，必須使用專用網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)控制大區(qū)來承載。在可靠性方面，智能配電網(wǎng)應(yīng)考慮通信通道備用且具有自愈功能，通信設(shè)備的可靠性應(yīng)為工業(yè)級。

2 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)建設(shè)方案

2.1 配電自動(dòng)化通信電路建設(shè)技術(shù)原則

昆山花橋國際商務(wù)城配電自動(dòng)化工程的通信電路屬于配電通信網(wǎng)范疇，其建設(shè)應(yīng)遵循以下原則：

（1）配電通信網(wǎng)的建設(shè)結(jié)合配網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求和通信技術(shù)發(fā)展前景，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施、適度超前，避免重復(fù)建設(shè)。

（2）配電通信網(wǎng)按照骨干層、接入層分層建設(shè)模型，通信方式的選用應(yīng)遵循“實(shí)用性、可靠性、可擴(kuò)展性、可管理性”的原則。

（3）配電通信網(wǎng)骨干層充分利用現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)資源，接入層優(yōu)先采用光纖通信，其他通信方式作為補(bǔ)充。

（4）配電通信接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)以配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，要考慮到未來電網(wǎng)網(wǎng)架的變動(dòng)和發(fā)展，通信接入網(wǎng)需適度預(yù)留一定的通信容量，為通信網(wǎng)絡(luò)的變更、擴(kuò)容提供保障。

2.2 骨干通信網(wǎng)建設(shè)方案

結(jié)合上述現(xiàn)狀分析，昆山縣區(qū)通信骨干網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(xiàn)有SDH 光傳輸網(wǎng)作為配電通信骨干網(wǎng)，并采用IP over SDH的技術(shù)體制構(gòu)建配電通信骨干網(wǎng)構(gòu)架。根據(jù)前述通道需求分析，本期工程10個(gè)配電站點(diǎn)最大帶寬需求為300 kb/s，110 kV 古南變與配電自動(dòng)化主站之間需占用SDH 光傳輸網(wǎng)300 kb/s 帶寬。

2.3 終端接入網(wǎng)建設(shè)方案

2.3.1 終端接入網(wǎng)通信方式的確定

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

表1 終端接入網(wǎng)常用通信方式比較

由表1 可以看出，光纖專網(wǎng)方式雖然投資較高，但其通道的安全性、可靠性較高，傳輸時(shí)延有保障。本配電自動(dòng)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(jīng)預(yù)留了光纜敷設(shè)管道，因此，對于本工程來說，若采用光纖專網(wǎng)通信方式，敷設(shè)光纜是切實(shí)可行的，工程造價(jià)適中。考慮到本工程配電自動(dòng)化終端均按“三遙”功能設(shè)計(jì)，其他通信方式難以滿足其安全性、可靠性以及實(shí)時(shí)性要求，建議采用光纖專網(wǎng)通信方式。

2.3.2 終端接入網(wǎng)通信方案比選

（1）光纖專網(wǎng)通信方式有2 種技術(shù)可選，工業(yè)以太網(wǎng)和EPON（基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)）。這2 種通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

根據(jù)表2的分析結(jié)論，結(jié)合本期工程配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡單、易于成環(huán)的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到蘇州地區(qū)已經(jīng)先行實(shí)施的城市區(qū)域配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信電路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，昆山花橋國際商務(wù)城配電通信接入網(wǎng)推薦采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)組建光纖自愈以太環(huán)網(wǎng)。其突出優(yōu)勢是環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單清晰，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)成熟，保護(hù)倒換時(shí)間可以達(dá)到毫秒級，此外其強(qiáng)大靈活的交換功能，方便靈活擴(kuò)展業(yè)務(wù)，同時(shí)也可支持多種其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

表2 工業(yè)以太網(wǎng)和EPON 技術(shù)比較

（2）根據(jù)本期一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，昆山花橋國際商務(wù)城配電通信接入網(wǎng)可以采用鏈型、單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表3 所示。

上述2個(gè)方案投資相差不大，雙環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方案雖然占用更多的纖芯資源，并需對2個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，但是配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)通過不同的網(wǎng)絡(luò)、不同的接入點(diǎn)接入配電通信骨干網(wǎng)，可靠性更高，故推薦昆山花橋國際商務(wù)城配電通信接入網(wǎng)采用雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的接入網(wǎng)方案，如圖2 所示。

表3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較

圖2 配電終端接入網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

本文以花橋國際商務(wù)城配電自動(dòng)化工程為例，在分析配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信通道需求的基礎(chǔ)上，首先對幾種常用通信方式進(jìn)行分析比選，在通信方式確定后再對通信技術(shù)體制進(jìn)行比選分析，最后進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最終確定了該工程采用雙工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的配電終端通信接入網(wǎng)方案。本文僅僅為縣域配電自動(dòng)化系統(tǒng)提供了一種通信方案的選擇設(shè)計(jì)思路。然而由于配電網(wǎng)接線型式、配電站點(diǎn)分布密度、供電負(fù)荷特性等配電網(wǎng)一次網(wǎng)架多種多樣。配電自動(dòng)化實(shí)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(wǎng)的通信技術(shù)也多種多樣，并且還有新的通信技術(shù)正不斷涌現(xiàn)出來，以上諸多因素決定了配電自動(dòng)化通信電路解決方案的多樣性。至于其它的縣域配電自動(dòng)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(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、可靠、可擴(kuò)展等基本原則。

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

[2]黃 盛.智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求分析及技術(shù)方案[J].電力系統(tǒng)通信，2010，31（10）：10-12.

[3]朱 姝，黃 偉，朱維成.新型配電終端結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30（6）：34-37.