配网通信建设专题研究报告书

配网通信建设专题研究报告书内容摘要：

过渡到宽带化、管理运行从人工化变为智能化、业务 功能从单一化向多功能综合化方向发展和迈进。 根据目前输电网，主要通信方式有 SDH网（ MSTP）、光纤通信、调度数据网及综 合业务数据网，其网络层次结构如下图所示。 图 21输电通信网络网络层次结构图 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 5 配网通信现状 目前广东地区电网中 110千伏及以上电压等级变电站多数已实现综合自动化，相 当多的变电站是 “ 十五 ” 期间投运或进行了综合自动化改造，自动化水平相对较高， 但整个系统的自动化水平仍然有较大的提升空间，尤其是配电网的自动化水平，与西 方发达国家的配电自动化水平还有较大差距，如 10KV馈线出线端均安装有监测设备， 调度员能观察到每回馈线的电流、功率等情 况，但各开关房等处基本没有远程监测手 段。 10kV馈线基本没有自动隔离故障功能（除白云局有架空线自动化），只能依赖变 电站 10kV出口处的断路器切除故障，然后沿线查明故障后再行供电。 城区的 10kV电 缆环网柜多数均安装有故障指示器，可帮助判断故障所在区域，但并无信号回传功能。 配电网与输电网通信系统关系 目前，广东省地区电力系统已经建设一套较为完整的光通信网络，网络已覆盖到 全部 220kV变电站以及绝大部分的 110kV变电站。 配电网作为输电网的延伸，在适当的 站点必须依靠输电网的通信网络对数据进 行传输。 图 22 配网与输电通信网络关系图 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 6 第 3章 需求分析 配网自动化结构对通信要求 配电二次系统业务统计如下表所示，主要分为生产控制区业务和管理信息大区。 生产控制大区主要分为：配电网自动化系统、电力负荷管理系统、低频抵压减负荷装 置等；管理信息大区包括用户集中抄表系统、配电管理系统、地理信息系统、电力营 销管理信息 系统、 95598客户服务系统、管理信息系统等。 如下表所示。 表 31 配电二次系统安全分区表 初级阶段 为方便管理，便于维护，减少投资，从通信角度看，配网自动化部分分为两层 结构来建设，即在地区局或下属的各区局设立一个配电自动化系统主站（图中的 DA 主站），通过专线与 GPRS/CDMA的服务器相连， FTU、 DTU等远方终端通过 GPRS/CDMA方 式将数据发送至 GPRS/CDMA无线通信网络的对应基站，各基站通过移动或联通的高速 有线光纤等方式将数据传送至 GPRS/CDMA服务 器后，通过专线直接发送至 DA主站。 DA 主站还通过标准的中间件服务从其他系统如计量自动化、负荷控制系统、地调 EMS/SCADA系统等获取相关信息，完成数据采集、交换、处理和分析后，重现系统潮 流，并对其他系统提供动态数据服务。 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 7 公众通信网 GPRS/CDMA TDSCDMA/WIMAX **供电局配电自动化 主站系统 越秀监控管 理分站 天河 监控管 理分站 番禺监控管 理分站 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 **局光纤网络 FTU/TTU 终端终端 图 31 配网通信层次结构图（ 低级阶段） 如上图所示，通信方式主要采用电信运营商的无线方式，如 GPRS或者 CDMA。 高级阶段 根据自动化规划，今后配网将进一步实现 “ 三遥 ” ，即在原有遥信、遥测的基础 上增加遥控信号。 实现各种数据的采集、监视、控制，故障定位、隔离和自动恢复送电、无功补偿 和电压调节、设备管理、远方 抄表和电能计量、需方侧用电管理、负荷控制和管理等。 由于遥控信息的安全性对通信要求比较高，为此在高级阶段，不能完全依赖于电 信运营商的通信网络，租用电信运营商的网络由于传输带宽、速率及安全性等原因， 建议只能实现 “ 二遥 ” 以下的业务。 部分区域可开展采用 GPRS等技术对 “ 三遥 ” 进行 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 8 试点，最终根据实际应用情况推广该通信方式应用。 其余有条件的根据实际情 况逐步 改造，采用自建无线通信、光缆、配电载波等通信方式建设到高级阶段。 配电自动化高级阶段其层次实现方式如下图所示。 图 32 配网通信层次结构图（ 高级阶段） 配网自动化业务对通信的要求 基本要求 配电系统自动化系统对通信的要求一般有： （ 1） 可靠性 配电系统的通信终端设备有的暴露在室外，受阳光、雨雪、冰雹、大风和雷电等 自然条件的侵袭，同时，它们还受外界的干扰。 所以，要求通信系统在任何时候均能 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 9 可靠地工作。 （ 2） 经济性 信息采集点面广量大，所以应保证通信系统的投资不能太大，以免影响配电故障 信息应可优先、快速地传输。 （ 3） 在配电网停电区和故障时有通信能力，并能捕捉故障信息，在故障发生时， 故障信息应可优先、快速地传输。 （ 4） 从配电系统自动化结构的角度，汇集了大量数据的骨干节点设备对通信速 率的要求，要远高于分支线单个配电终端对通信速率的要求。 （ 5） 提 供双向通信能力 即数据的上行和控制指令的上行通信能力。 如柱上开关状态的采集与控制。 （ 6） 容易操作与维护 配电网架结构复杂、设备众多且分布区域广、通信网组织困难。 如果将这些数量 众多的自动化终端设备直接接入配电自动化系统会影响其系统实时性，也会造成后台 计算机网络组织困难，在主干通信网建设上投资巨大。 从目前技术水平来看，单一的 通信手段难以满足较大规模的城区配电自动化系统的需要。 采用分层分布式组织结 构，混合使用多种通信手段可以更好地满足配电系统自动化的通信需求。 传输数据类型和通 信要求 根据配电自动化系统的功能要求，配电网的数据类型分为以下几种： 状态信息：主要包含开关的分合状态、设备运行状态，配电网运行状态和故 障信息。 测量信息：通过采样等手段获得的线路电压、电流信息以及功率、频率等派 生计算量。 控制信息：包含由控制中心下发的遥控、遥调、设点等控制命令。 其他业务数据：包括计量、电能质量等。 对满足自动化功能的基本传输量可参考下表： 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 10 对各级传输实时性的要求见下表： 配电网自动化对通信系统的要求，主要取决于要实现自动化网络的整体规模、接 级别 要求 传输延时 A 传输实时性要求最高，优先传送 5s B 传输实时性要求高，优先级次之 10s C 传输无严格实时性要求，优先级最低 60s 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 11 线的复杂程度、自动化系统的功能要求、预期达到的自动化水平等，主要体现在以下 几个方面： 龨 通信的可靠性 配电网自动化的通信系统是在户外运行的，容易导致材料老化，故要求能经受起 恶劣气候的考验。 另外，通信系统还要经受噪音、电磁、雷电等的干扰，保持稳定运 行。 在电力设备发生故障时，应能抵抗事故所产生的瞬间强电磁干扰，完成故障诊断， 故障隔离和恢复非故障区段供电的通信任务。 龨 通信的实时性 配电网自动化的重要功能就是能够实时监控网络运行并进行在线分析，实时性对 通信传输速率提出了较高的要求。 正常运行时 ，主站系统在 3s内需刷新全部 RTU、 FTU 等终端的数据；发生故障时，主站系统和 RTU、 FTU终端之间需要交换的数据较正常 情况下多得多。 因而，除了考虑刷新速度外，还要考虑能快速及时传送大量故障数据 的问题。 同时，还需考虑今后扩展需要，今后发展可能不仅要传送数据，还要传送现 场实时图象等。 龨 通信的双向性 对主站来说，不仅向终端下发控制命令，也需接收终端上传的数据，配电自动化 系统中的各项功能均要求双向通信，如故障区段隔离和恢复正常区域供电的功能，远 方的 FTU必须能向主站上报故障信息以供主站确定故障 区段，主站必须再向 FTU下达 控制命令，才能实现故障区段隔离和恢复非故障线路的正常供电。 因而，配电自动化 系统各层次之间的通信是双向的，通信系统必须具有双向通信的能力。 龨 通信的灵活性 配电自动化系统中的通信系统点多面广，规模庞大，这就要求通信设备具有较强 的灵活性，选择标准的通信设备，便于安装、调试、运行和维护。 通常采用多种通信 方式相结合，需要尽可能地简化系统的使用与维护，选择标准的通信协议，提高系统 的兼容性和灵活性。 龨 业务种类繁多 配网主站层包括配网 SCADA、 GIS、负荷控制管理、远 程抄表等众多子功能系统。 各种业务的数据通信量和实时性要求的差别很大，不同业务对通信系统提出了不同的 要求。 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 12 ㉸ 网络规模广、覆盖面大 配电网是电力网的末端网络，直接面对广大的电力用户，因此网络规模巨大，设 备数量、种类十分庞大。 要解决这样一个巨大的、覆盖面广阔的网络通信问题，对通 信网络规模和覆盖的要求很高，数据采集系统的前端服务器负载巨大。 ㉸ 成本因素 包括建设投资，运行、维护和使用成本。 由于配网通信网络的规模巨大，网络的 建设投资，运行、维护和使用成本都十分可观。 成本问题实际上是目前制约配网通信 发展的关键问题，也是选择各种配网通信方案时要考虑的最重要的问题。 对数据流量、实时性、可靠性、带宽的需求见下表综合介绍。 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 13 表 32 广州供电局配网自动化业务对通信要求 数据类型 数据流量（单个开关）实时性要求 可靠性 带宽要求 安全要求 遥 信 量 开关状态 数据流量很小 5秒钟变位信息 传送到主站，特 殊通道（ GPRS） 可以放宽到 10秒 遥信动作正 确率 高 ％ 几十字节 弱 /可以通过公网传 输 故障指示器信息 开关储能信号 SF6开关压力信号 事故跳闸信号 保护动作信号和异常信 号 终端状态信号 通信状态信号 遥 测 量 电压（模拟） 通道上的数据包括全 数据、对钟数据、变 位遥信数据、变化遥 测数据等，数据流量 很大 变化遥测 5~15秒 传送到主站 遥测合格率 ≥98% K级别 弱 /可以通过公网传 输 电流（模拟） 有功功率（模拟） 无功功率（模拟） 功率因数（模拟，可选） 温度（模拟） 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 14 瓦斯气体压力（模拟） 频率（模拟，可选） 电能量（数字量） 标准时钟接收输出（数字 量） 遥 控 量 开关分合闸 控制命令，数据流量 较小 遥 控命令一般在 5秒内完成，特殊 通道可以放宽到 15秒 可靠，遥控正 确率 ％ 精确，遥控综 合误差 ≤ % 几十字节 控制命令需要安全 的通道保证 闭锁控制功能 保护及重合闸远方投停 （可选） 保护定值远方设置（可 选） 广东电网公司。