楊 鑫，錢君霞，徐春雷，霍雪松，陳向東，馬鴻娟，顧艷莉

（1.江蘇科能電力工程咨詢有限公司，南京 210036；2.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司，南京 210024）

0 引言

“十三五”期間，隨著特高壓交直流電網(wǎng)的快速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)資源優(yōu)化配置能力將顯著提升。在特高壓電網(wǎng)建設(shè)的過渡期，電網(wǎng)“強(qiáng)直弱交”矛盾突出，一旦特高壓直流發(fā)生故障，將導(dǎo)致華東電網(wǎng)頻率穩(wěn)定受到嚴(yán)重威脅。因此，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新思路，研究高可靠性、高安全性的保護(hù)控制技術(shù)，構(gòu)建大電網(wǎng)安全綜合防御體系[1-2]。

2016年，國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司響應(yīng)國(guó)家電網(wǎng)有限公司華東分部號(hào)召，率先啟動(dòng)了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)，該系統(tǒng)遵循電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡規(guī)律，從電網(wǎng)事故應(yīng)急處置、需求側(cè)管理等控制要求出發(fā)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)、光纖、4G通信技術(shù)，提升發(fā)電響應(yīng)效率，細(xì)化可中斷負(fù)荷控制類型，實(shí)現(xiàn)了“電源-電網(wǎng)-負(fù)荷”三者之間的友好互動(dòng)和快速協(xié)調(diào)，提升了電網(wǎng)運(yùn)行彈性，保障了電網(wǎng)安全、可靠、高效運(yùn)行。同年12月，國(guó)家電網(wǎng)有限公司在蘇州組織召開了經(jīng)驗(yàn)討論會(huì)并向國(guó)調(diào)中心報(bào)送了《關(guān)于精準(zhǔn)切負(fù)荷可中斷負(fù)荷典型經(jīng)驗(yàn)討論會(huì)情況的匯報(bào)》（國(guó)調(diào)中心呈報(bào)[2016]055號(hào)），文件高度評(píng)價(jià)了國(guó)網(wǎng)江蘇公司試點(diǎn)工作的成效，明確精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)是公司系統(tǒng)應(yīng)用負(fù)荷側(cè)控制資源提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制能力的實(shí)踐創(chuàng)新，意義重大，要求相關(guān)單位在借鑒江蘇經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷總結(jié)完善，進(jìn)一步豐富系統(tǒng)內(nèi)涵，擴(kuò)大實(shí)施范圍[3-5]。

2017年3月，國(guó)網(wǎng)公司信通部在國(guó)網(wǎng)江蘇公司試點(diǎn)建設(shè)基礎(chǔ)上，組織制訂了《精準(zhǔn)負(fù)荷控制通信系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)意見（試行）》（信通通信[2017]33號(hào)文），該意見結(jié)合精準(zhǔn)負(fù)荷控制業(yè)務(wù)需求分析和通信網(wǎng)現(xiàn)狀，從系統(tǒng)建設(shè)方案、專業(yè)支撐保障、業(yè)務(wù)帶寬測(cè)算等方面對(duì)系統(tǒng)通信通道和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了指導(dǎo)和規(guī)范，要求相關(guān)單位及時(shí)進(jìn)行執(zhí)行效果和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，提出更新補(bǔ)充和滾動(dòng)完善的意見建議，對(duì)各地區(qū)建設(shè)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的支撐，對(duì)精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)的建設(shè)提供支撐保障。

1 系統(tǒng)建設(shè)模式

本文針對(duì)江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)需求，從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)通道、安全防護(hù)等方面，詳細(xì)介紹了毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)和秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，目前該系統(tǒng)已在江蘇電網(wǎng)投入實(shí)際運(yùn)行[6]。

江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)大電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障下負(fù)荷緊急控制的不同要求，分為毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)和秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)。針對(duì)頻率緊急控制要求，毫秒級(jí)控制系統(tǒng)第一時(shí)限快速切除部分可中斷負(fù)荷，可有效抑制電網(wǎng)頻率下降；根據(jù)需求側(cè)管理目標(biāo)，秒級(jí)控制系統(tǒng)第二時(shí)限切除部分可中斷負(fù)荷，解決電網(wǎng)潮流越限和系統(tǒng)備用不足等問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)用電平衡[7-9]。

秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)分為營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)和管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)。其中，營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)電網(wǎng)安全指令的秒級(jí)響應(yīng)，構(gòu)建用戶側(cè)至主站端負(fù)控快速響應(yīng)系統(tǒng)的傳輸通道。管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)則實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有信息網(wǎng)的邏輯隔離，分配專用的網(wǎng)絡(luò)流量資源，用于支撐主站端負(fù)控采集系統(tǒng)與用戶側(cè)負(fù)荷終端用電信息等數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)則提出了一種適應(yīng)大規(guī)模、多類型負(fù)控終端毫秒級(jí)響應(yīng)的分層分區(qū)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。骨干層采用基于SDH（同步數(shù)字體系）光傳輸網(wǎng)的2M專用通道通信，接入層采用專用光纖、無線4G、光電實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換等多種通信接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了普通工業(yè)用戶、燃煤電廠可中斷輔機(jī)、翻水站、儲(chǔ)能電站等多類型可中斷負(fù)荷的可靠接入，解決了海量負(fù)控終端接入的困難和難以毫秒級(jí)響應(yīng)控制命令的難題。

2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

2.1.1 秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)置采用主站層、核心（匯聚）層、接入層及終端層4個(gè)層次。控制指令等數(shù)據(jù)信息經(jīng)核心（匯聚）層傳輸，在主站層秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)及終端層大用戶控制終端之間交互。

江蘇電網(wǎng)秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布如表1所示，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖1所示。

表1 江蘇電網(wǎng)秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布

2.1.2 毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)采用分層分區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，架構(gòu)設(shè)置采用控制中心站、控制主站、控制子站及控制終端4個(gè)層次?？刂浦行恼九c江蘇省調(diào)D5000（智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)）、華東協(xié)控總站等進(jìn)行信息交互。

控制中心站上傳江蘇地區(qū)可中斷負(fù)荷容量至協(xié)控總站，接收協(xié)控總站切負(fù)荷容量指令；各地市控制主站上傳所轄地區(qū)可中斷負(fù)荷容量至控制中心站，接收控制中心站切負(fù)荷命令；控制子站將可中斷負(fù)荷分層級(jí)上傳至對(duì)應(yīng)控制主站，接收對(duì)應(yīng)控制主站切除層級(jí)命令；大用戶負(fù)控終端、燃煤電廠可中斷輔機(jī)終端及翻水站、儲(chǔ)能電站控制終端將各自可中斷負(fù)荷容量經(jīng)就近接入變電站上傳至對(duì)應(yīng)控制主子站，接收上級(jí)切負(fù)荷命令[10-12]。

江蘇電網(wǎng)毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布如表2所示，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖2所示。

2.2 組網(wǎng)方案

表2 江蘇電網(wǎng)毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布

2.2.1 秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

（1）營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)。核心層省-市間采用環(huán)網(wǎng)方式組網(wǎng)，由省公司和13個(gè)市公司節(jié)點(diǎn)組成。省公司核心路由器和13個(gè)市公司骨干路由器間采用POS（基于SDH的數(shù)據(jù)包接口）互聯(lián)，采用CPOS（基于通道化的POS接口）下聯(lián)所轄變電站；方天公司設(shè)備接入骨干路由器采用POS接口上聯(lián)至省公司核心路由器。

匯聚層根據(jù)業(yè)務(wù)需求在蘇州、南京、徐州3個(gè)地區(qū)部署，市-縣間采用星形方式組網(wǎng)，市公司骨干路由器和下轄縣公司匯聚路由器之間采用FE（快速以太網(wǎng)接口）互聯(lián)；采用CPOS接口下聯(lián)所轄變電站。

接入層采用星形方式組網(wǎng)，由13個(gè)地市變電站組成，其中，蘇州、南京、徐州3個(gè)地區(qū)變電站新增接入路由器采用E1（2M數(shù)字信號(hào)接口）上聯(lián)至所在市公司骨干路由器及縣公司匯聚路由器；其余地區(qū)變電站新增接入路由器采用E1接口上聯(lián)至市公司骨干路由器。 變電站三層交換機(jī)采用FE接口上聯(lián)至站內(nèi)新增接入路由器，采用GE（千兆以太網(wǎng)接口）下聯(lián)至用戶側(cè)接入交換機(jī)。

（2）管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)。匯聚層市-縣間采用環(huán)網(wǎng)方式組網(wǎng)，市公司三層核心交換機(jī)和縣公司三層匯聚交換機(jī)采用GE接口互聯(lián)；市公司三層核心交換機(jī)和縣公司三層匯聚交換機(jī)采用FE接口下聯(lián)所轄變電站。

接入層采用星形或環(huán)型方式組網(wǎng)，變電站三層匯聚交換機(jī)采用FE接口上聯(lián)至所在市、縣公司三層核心交換機(jī)和三層匯聚交換機(jī)，采用GE接口下聯(lián)至用戶側(cè)接入交換機(jī)。

2.2.2 毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)控制中心站、控制主站、控制子站穩(wěn)控裝置均按雙重化考慮，通過2M通道實(shí)現(xiàn)控制指令等信息逐層傳輸至控制終端。

控制中心站穩(wěn)控裝置A、B套通過光口與光電轉(zhuǎn)換裝置互聯(lián)，光電轉(zhuǎn)換裝置E1接口經(jīng)華東江蘇傳輸網(wǎng)、省級(jí)廠站傳輸網(wǎng)SDH設(shè)備與控制主站對(duì)應(yīng)SDH設(shè)備互聯(lián)。

圖1 江蘇電網(wǎng)秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意

控制主站穩(wěn)控裝置A、B套通過光口與光電轉(zhuǎn)換裝置互聯(lián)，光電轉(zhuǎn)換裝置E1接口經(jīng)華東江蘇傳輸網(wǎng)、省級(jí)廠站傳輸網(wǎng)SDH設(shè)備與控制中心站、控制子站對(duì)應(yīng)SDH設(shè)備互聯(lián)。

蘇州地區(qū)控制子站穩(wěn)控裝置A、B套通過E1接口與2M轉(zhuǎn)換裝置互聯(lián)，2M轉(zhuǎn)換裝置E1接口經(jīng)該地區(qū)光傳輸網(wǎng)SDH設(shè)備與接入變電站SDH設(shè)備互聯(lián)。

其他地區(qū)控制子站穩(wěn)控裝置A、B套通過光口與155M轉(zhuǎn)換裝置互聯(lián)，155M轉(zhuǎn)換裝置155M光口經(jīng)該地區(qū)光傳輸網(wǎng)SDH設(shè)備與接入變電站SDH設(shè)備互聯(lián)。

用戶、儲(chǔ)能電站、翻水站等控制終端通過裸光纖通道與接入變電站2M轉(zhuǎn)換裝置互聯(lián)，2M轉(zhuǎn)換裝置E1接口與該站內(nèi)光傳輸網(wǎng)SDH設(shè)備互聯(lián)。

燃煤電廠可中斷輔機(jī)通過接口轉(zhuǎn)換裝置E1接口與該電廠SDH設(shè)備互聯(lián)，經(jīng)該電廠所屬光傳輸網(wǎng)絡(luò)與所屬地區(qū)控制子站SDH設(shè)備互聯(lián)，控制子站SDH設(shè)備E1接口經(jīng)控制子站電廠專用光電轉(zhuǎn)換裝置光口與控制子站穩(wěn)控裝置A、B套互聯(lián)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通道需求

2.3.1 秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

（1）營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)。核心層省公司核心路由器和13個(gè)市公司、方天節(jié)點(diǎn)的骨干路由器間互聯(lián)，帶寬均按155M計(jì)。匯聚層蘇州、南京、徐州地區(qū)縣公司匯聚路由器和市公司骨干路由器間互聯(lián)，帶寬按100M計(jì)。縣公司匯聚路由器和市公司骨干路由器下聯(lián)變電站，帶寬按155M計(jì)。接入層蘇州、南京、徐州地區(qū)變電站接入路由器上聯(lián)至所在市、縣公司路由器，帶寬按2M計(jì)；其余地區(qū)變電站接入路由器上聯(lián)至所在市公司，帶寬按2M計(jì)。

圖2 江蘇電網(wǎng)毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意

（2）管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)。匯聚層市公司三層核心交換機(jī)和縣公司三層匯聚交換互聯(lián)，帶寬按622M計(jì)；市公司三層核心交換機(jī)和縣公司三層匯聚交換機(jī)下聯(lián)所轄變電站，帶寬按100M計(jì)。接入層變電站三層匯聚交換機(jī)上聯(lián)至所在市、縣公司三層核心交換機(jī)和三層匯聚交換機(jī)，帶寬按2M計(jì)。

2.3.2 毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

協(xié)控總站至控制中心站采用4×2M獨(dú)立的2M專用光纖通道；控制中心站至各控制主站、控制主站至各控制子站、控制子站至接入變電站、控制子站至燃煤電廠、接入變電站至大用戶均采用2×2M獨(dú)立的2M專用光纖通道。

3 安全防護(hù)方案

3.1 秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

依據(jù)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求，營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)采取“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的安全策略，在省公司、13個(gè)地市公司配置漏洞掃描系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)、IDS（入侵檢測(cè)系統(tǒng)）；在省公司配置千兆正向物理隔離、千兆反向物理隔離和主站防病毒系統(tǒng)，保證了營(yíng)銷控制大區(qū)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的安全和可靠運(yùn)行。

依據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)總體方案》（國(guó)家電網(wǎng)信息[2011]1727號(hào)）要求,管理信息大區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用遵循“分區(qū)分域、安全接入、動(dòng)態(tài)感知、全面防護(hù)”的安全策略，在13個(gè)地市公司配置IDS、千兆縱向防火墻，避免產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，對(duì)信息網(wǎng)造成沖擊，影響信息網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全和可靠運(yùn)行[13]。

3.2 毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)

毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)控制中心站、控制主站、控制子站裝置通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和江蘇省調(diào)、華東網(wǎng)調(diào)D5000系統(tǒng)通信，在安全防護(hù)上，站內(nèi)裝置通過縱向加密裝置接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，確保了各層級(jí)站內(nèi)裝置與D5000調(diào)度主站通信的安全性；控制中心站、控制主站、控制子站及接入變電站間采用基于SDH傳輸網(wǎng)的2M專用通道通信，物理層、鏈路層均采用電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制專業(yè)私有協(xié)議編碼進(jìn)行通信，確保了各層級(jí)間2M專用通道的安全性；此外，用戶控制終端采用裸光纖匯聚至接入變電站，理論上存在從用戶側(cè)設(shè)備虛報(bào)可切負(fù)荷量來攻擊系統(tǒng)的路徑，但調(diào)度D5000系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控可切負(fù)荷總量，即時(shí)找出負(fù)荷量異常的用戶，且僅攻擊系統(tǒng)入口端的單個(gè)用戶，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能不構(gòu)成實(shí)質(zhì)性影響。

4 性能指標(biāo)分析

江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須具備嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)時(shí)性指標(biāo)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的整組動(dòng)作時(shí)間上[14]。

在秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試中，調(diào)度主站由故障采集到故障、越限判斷的故障信息采集判斷時(shí)間為7 s，從調(diào)度主站發(fā)出切負(fù)荷模擬命令到用戶分路開關(guān)實(shí)際跳開的用戶終端開關(guān)跳閘響應(yīng)實(shí)測(cè)時(shí)間平均為4.242 s，整組動(dòng)作時(shí)間小于12 s，滿足了秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)對(duì)于可中斷負(fù)荷精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制能力的時(shí)延要求。

在毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)的首次實(shí)測(cè)演練中，蘇州地區(qū)4組光纖專線用戶從蘇州換流站直流子站發(fā)生故障到可中斷負(fù)荷切除的整組動(dòng)作時(shí)間為：光纖用戶1為196 ms，光纖用戶2為211 ms，光纖用戶 3為 222 ms，光纖用戶 4為 213 ms，均小于300 ms，達(dá)到預(yù)定技術(shù)指標(biāo)。在后續(xù)毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)擴(kuò)建過程中，在整組動(dòng)作時(shí)間的組成上增加了控制中心站的計(jì)算決策耗時(shí)以及控制中心站與控制主站之間的通信耗時(shí)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)值，控制中心站的計(jì)算決策耗時(shí)為10 ms，控制中心站與控制主站之間的通信耗時(shí)為10 ms，總體耗時(shí)增加20 ms，針對(duì)光纖用戶，總體動(dòng)作時(shí)限仍然在300 ms的整組動(dòng)作時(shí)間要求之內(nèi)。

由此可知，毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架可以滿足《國(guó)網(wǎng)信通部關(guān)于印發(fā)精準(zhǔn)負(fù)荷控制通信系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)意見（試行）的通知》（信通通信[2017]33號(hào)文）中對(duì)于系統(tǒng)時(shí)延需求的要求：毫秒級(jí)控制系統(tǒng)相關(guān)處理時(shí)間及時(shí)延包含故障信息采集及決策時(shí)間、通道傳輸時(shí)間、用戶站點(diǎn)轉(zhuǎn)接裝置延時(shí)時(shí)間、分路開關(guān)跳開時(shí)間，總體時(shí)延要求小于650 ms。

5 結(jié)語

本文介紹了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)中毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)和秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，該系統(tǒng)在江蘇電網(wǎng)的正式投運(yùn)驗(yàn)證了其方案的可靠性、安全性及實(shí)時(shí)性，對(duì)江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)滿足華東電網(wǎng)頻率緊急控制對(duì)江蘇切負(fù)荷容量分配的要求提供了有力的支撐，為國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)進(jìn)一步豐富精準(zhǔn)負(fù)荷系統(tǒng)的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)[15]。