新能源项目接入系统通信方案的选择

PAGE\*MERGEFORMAT#PAGE\*MERGEFORMAT#关于新能源项目接入系统通信方案的研究一、背景介绍发电站一般通过输配电网接入电力系统，供电企业调控中心需要对电厂发电进行监控和管理，以保证电网的安全可靠运行。调控中心与发电厂系统的通信方式可以有多种类型。主要取决于城市中心、市区、郊区、农电等不同的地理位置，也取决于电力通信网的现状规模和预期达到的规划水平。今年来，新能源在XX地区迅速发展，在实际中，往往会面临不同类型的通信方式，对于不同地理位置、不同电压等级分布式电源系统选择合理的通信方案很有必要。本文主要论述35kV及以下新能源项目接入系统通信方案的选择研究。二、参考依据1、《光伏发电站接入电力系统技术规定GB\Z19964-2005》2、《地区电网调度自动化设计技术规程L/T2005-2005》3、《分布式电源接入配电网设计规范Q/GDW11147-2013》4、《终端通信接入网工程典型设计规范Q/GDW1807—2012》5、《光伏电站接入电网技术规定Q/GDW617-2011》6、《国家电网公司关于印发分布式电源接入系统典型设计的通知》（国家电网发展[2013]625号）三、电源接入系统信息、通信要求3・1调度自动化信息要求《分布式电源接入配电网设计规范Q/GDW11147-2013》中规定，分布式电源调度管理按以下原则执行：a）以35/10kV电压等级接入的分布式电源，纳入地市或县公司调控中心调度运行管理，上传信息包括并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率和发电量，调控中心应实时监视运行情况。35/10kV接入的分布式电源应具备与电力系统调度机构之间进行数据通信的能力，能够采集电源并网状态、电流、电压、有功、无功、发电量等电气运行工况，上传至相应的电网调度机构。b）以380/220V电压等级接入的分布式电源，暂只需上传发电量信息。3・2远动系统《分布式电源接入配电网设计规范Q/GDW11147-2013》中规定，分布式电源接入配电网的远动系统按以下原则配置：a）以380/220V电压等级接入的分布式电源（非同步电机类型），按照相关暂行规定，只考虑采集关口计费电能表计量信息，可通过配置无线采集终端装置或接入现有集抄系统实现电量信息采集及远传，一般不配置独立的远动系统。b）以35/10kV电压等级接入的分布式电源本体远动系统功能宜由本体监控系统集成，本体监控系统具备信息远传功能；本体不具备条件时，应独立配置远方终端，采集相关信息。c）以380V/10kV多点、多电压等级接入时，380V部分信息由35/10kV电压等级接入的分布式电源本体远动系统统一采集并远传。3・3功率控制要求《分布式电源接入配电网设计规范Q/GDW11147-2013》中规定，分布式电源接入系统的功率控制应满足：a）当调度端对分布式电源有功率控制要求时，应明确参与控制的上下行信息及控制方案。b）分布式电源通信服务器应具备与控制系统的接口，接受配网调度部门的指令，具体调节方案由配网调度部门根据运行方式确定。c）分布式电源有功功率控制系统应能够接收并自动执行配网调度部门发送的有功功率及有功功率变化的控制指令，确保分布式电源有功功率及有功功率变化按照配网调度部门的要求运行。d）分布式电源无功电压控制系统应能根据配网调度部门指令，自动调节其发出（或吸收）的无功功率，控制并网点电压在正常运行范围内，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。3.4信息传输《分布式电源接入配电网设计规范Q/GDW11147-2013》中规定，分布式电源接入系统的信息传输应满足：35kV接入的分布式电源远动信息上传宜采用专网方式，可单路配置专网远动通道，优先采用电力调度数据网络。10kV接入用户侧的分布式光伏发电、风电发电项目、380V接入的分布式电源项目，可采用无线公网通信方式，但应满足信息安全防护要求。通信方式和信息传输应符合相关的要求，一般可采取基于DL/T634.5101和DL/T634.5104通信。当分布式电源以10kV/35kV电压等级接入配电网时，应上传并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率等实时运行信息并按照相关要求定时上传发电量信息。四、通信方案比选分析根据国家电网公司技术规定，为满足光伏电站的信息传输需求，结合接入条件，因地制宜地确定光伏电站的通信方案。4.135kV及以上电压等级接入的新能源站点在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫做“同步”在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”(PlesiochronousDigitalHierarchy)，简称PDH；另一种叫“同步数字系列”(SynchronousDigitalHierarchy)，简称SDH。a.PDH技术采用准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”PDH是建立在点对点传输基础上的复用结构，即它只支持点对点传输，组成一段一段的线状网，而且只能进行区段保护，无法实现统一工作的多种路由的环状保护，所以它的网络拓扑缺乏灵活性，数字设备的利用率也很低，不能提供最佳的路由选择。PDH没有世界性光接口规范，导致各个厂家自行开发的专用光接口各不相同，并且互不兼容，即便在同一等级上的光接口和速率也不一样，无法横向互连，这样就限制了联网的灵活性，也增加了网络的复杂性和运营成本。此外，各品牌设备的网管系统都很独立，无形中也增加了网管方面的维护量，特别是对该网络中的PDH设备很难实现在一个网管平台下，对网络中的各种设备的运行状态进行本端、远端的监控（分段网管），整个网络存在网管盲区，不利于设备的维护。b・SDH技术SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH传输系统在国际上有统一的帧结构数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，即允许不同厂家的设备在光路上互通，满足多厂家环境的要求，提高了网络的可靠性。SDH采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的，因而只需利用软件即可使高速信号一次直接分出低速支路信号，也就是所谓的一步复用特性。比较一下SDH和PDH系统中分插信号的过程：要从155Mbit/s码流中分出一个2Mbit/s的低速支路信号，采用了SDH的分插复用器ADM后,可以利用软件直接一次分出2Mbit/s的支路信号，避免了对全部高速信号进行逐级分解后再重新复用的过程，省去了全套背靠背的复用设备。所以SDH的上下业务都十分容易，网络结构和设备都大大简化了，而且数字交叉连接的实现也比较容易。SDH采用了大量的软件进行网络配置和控制，使得配置更为灵活，调度也更为方便。SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，这些开销比特大约占了整个信号的5%，可利用软件对开销比特进行处理,因而使网络的运行、管理和维护能力都大大加强了。SDH网与现有网络能够完全兼容，即SDH兼容现有PDH的各种速率，使SDH可以支持已经建起来的PDH网络，同时也有利于PDH向SDH顺利过渡。同时，SDH网还能容纳象ATM信元等各种新业务信号，也就是说，SDH具有完全的后向兼容性和前向兼容性。《县域电力通信网建设技术导则Q/GDW11049—2013》6.1技术原则中规定高压配电通信网的新建、扩充和完善，应符合所属地（市）公司对通信网的统一规划和建设要求。高压配电通信网宜采用SDH/MSTP技术组网，承载非电力生产业务时，可试点采用PTN技术组网。高压配电通信网改造、扩建的设备选型应与现有通信网技术体制相匹配。结论，XX公司通信网中主要采用的是SDH传输体制，没有PDH设备应用，PDH设备现有生产厂家不多，技术落后，导致后期运行维护难度加大。故35kV及以上电压等级接入的新能源站点通信系统，建议随新建线路采用光纤传输电路，采用SDH传输体制。4.210kV电压等级接入的新能源站点《县域电力通信网建设技术导则Q/GDW11049—2013》7.1技术原则中规定中、低压配电通信网建设可采用光纤通信、无线通信、电力线载波通信等多种通信方式组网，具备控制功能的业务应采用光纤通信方式，不具备控制功能的业务可选择光纤通信、无线通信、电力线载波通信等方式。结合各地电网整体通信网络现状及规划,可选用EPON技术、工业以太网技术、SDH/MSTP技术、无线专网等多种光纤通信方式。1）业务需求分析《终端通信接入网工程典型设计规范Q/GDW1807—2012》6.3.1.4章节中规定10kV电压等级接入的分布式电源站点每个分布式电源接入点上传32个遥测、16个遥信、4个电度量计，按1s上传到主站，计算需要带宽流量为0.592kbps。2）光缆建设方案根据光伏电站新建10kV送出线路的不同型式，光缆可以采用ADSS光缆、普通光缆，光缆芯数24芯，光缆纤芯均采用ITU-TG.652光纤。进入光伏电站的引入光缆，宜选择非金属阻燃光缆。3）通信电路建设方案通信系统可采用EPON传输系统，工业以太网传输系统，SDH传输系统、无线专网四个方案。a・EPON方案EPON技术是一种点到多点的单纤双向光接入网络，它由主站侧的OLT（光线路终端）、配电终端侧的ONU（光网络单元）以及POS（光分配网络）组成。POS由主干光缆、分光器和支路光缆组成，光分配网（POS）将一个光线路终端（OLT）和多个光网络单元（ONU）连接起来，提供光信号的双向传输。为满足电力系统安全分区的要求，在光伏电站配2台ONU设备，利用上述光缆，形成光伏电站至系统侧的通信电路，将光伏电站的通信、自动化等信息接入系统。其中1台ONU设备传输调度数据网至接入变电站OLT1（配网控制）；另外1台用于传输综合数据网及调度电话业务至接入变电站OLT2（配网管理）。图4.1Epon接入方案示意图调度端SDH光伏电站拟接入的环网变电站1SDHtraifti变电站2SDH「——由一]「一缶—iOLTli■OLT2!I]1*1*IIPOSl]!POS^IIL」―i——r---」1r11L*1表4.1-!Epon接入方案设备材料清单IIII设备名芒设备名□•型号及规格数量单位单价总价电站光缆24芯按需公里1.50NU2台0.20.4光配线架241台11系统接入变电站光缆24芯按需公里OLT2台2550POS2台0.040.08光配线架1台11FE接口板2块0.30.6厂所I以上费用只是材料的费用单价，不包括人工费、安装费等,总费用大概53.08万左右。配电自动化系统目前处于规划阶段，如分布式电源站点采用EPON传输系统，需提前建成配套的相关设备，费用投资大，不建议采用。PAGE\*MERGEFORMAT#iib・工业以太网方案工业以太网是西门子公司提出的一种基于以太网通讯的一种工业用的通讯模式。工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准，该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂家的需求。为满足电力系统安全分区的要求，在光伏电站配置2台工业以太网交换机，在光伏电站接入的变电站配置2台工业以太网交换机，利用上述光缆，形成光伏电站至接入变电站的通信电路，将光伏电站的通信、自动化等信息接入系统。其中1台工业以太网交换机传输调度数据网（配网控制）；另外1台用于传输综合数据网及调度电话业务。图4.2工业以太网接入方案示意图调度端SDH光伏电站拟接入的环网变电站1变电站2WHSDH111■h严L厂_»IIIIIIIIII||II11“II:1!!表4.2工业以太网接入方案设备材料清单厂S亍4討十严壬二^—亍二—!L.IX1丄/!厂所I设备名称］f调度端習调』数摒阿1光缆数据网曾型号及规格数量单位单价总价1111谛24芯按需虚线表公里「增的设育.葛连接电站工业以太网交换机1112台1020综合配线架光、音、网1台11系统接光缆24芯按需公里入变电工业以太网交换机2台1020站光配线架1台11以上费用只是材料的费用单价，不包括人工费、安装费等，总费用大概42万左右。工业以太网，占用资源大，如接入现有网络，容易引起资源不合理分配，建议单独组网。目前XX电力通信网没有工业以太网传输系统的应用，如分布式电源站点采用工业以太网传输系统，单独组网，需建成完整的配套相关设备，包括变电站接入端SDH及调度端SDH等相应配套设备，费用投资大，不建议采用。C.SDH方案在光伏电站配置1台SDH155M光端机，并在接入变电站现有的设备上增加2个155M光口，利用上述光缆，建设光伏电站至接入变电站的1+1通信电路，将光伏电站的通信、自动化等信息接入系统，形成光伏电站至系统的通信通道。图4・3SDH接入方案示意图调度端SDH变电站1光伏电站拟接入的环网变电站2「1釦SDH呼总表4.3SDH厂所设备名称型号及规格比二：数量表;K需单位的二殳4单价接・总价111i光伏瞇缆24芯1按需公里1.5SDH155M1台3030电站光端机PCM基群设备1台55综合配线架241台12系统接入变电站光缆24芯按需公里光接口155M2块510光配线架1台11PCM基群设备1台55SDH接入方案设备材料清单以上费用只是材料的费用单价，不包括人工费、安装费等,总费用大概53万左右。d・无线专网PAGE\*MERGEFORMAT#PAGE\*MERGEFORMAT#在部署电力无线专网通信系统的地区，一般在变电站或主站位置建设有无线网络的中心站，部署有高性能、高安全、带热备份的中心电台或基站。在电力无线专网覆盖区域，可在光伏电站设置无线终端设备，通过RS485/232串行接口或以太网接口连接终端设备，将光伏电站的通信、自动化等信息接入系统，形成光伏电站至系统的通信通道。目前，电力通信网没有电力无线专网，如采用无线方式，需建设无线网络中心站及配套相关设备，由于中心站建设规模大小及相关配套软件，不同厂家各有不同，故整体费用无法估算。4.338OV/220V电压等级接入的新能源站点对于以380V/220V电压等级接入的分布式能源站点，可根据情况灵活选择无线通信和电力线载波、RS-485、光纤等有线通信方式。《终端通信接入网工程典型设计规范Q/GDW1807—2012》6.3.2章节0.4kV电压等级接入的分布式电源站点用电业务需求分析0.4kV用电业务需求按照国家电网公司标Q/GDW373-2013系统响应时间的规定计算得出。典型节点通信速率需求为12~30bps。目前，XX地区380V/220V电压等级接入的居民分布式能源站点，主要选择的是低压电力线载波通信方式。居民配置的全载波智能表表计，内置载波模块，通过低压电力线载波方式传输信号至低压台区“三合一”集中器，再通过GPRS无线公网（专网通道）方式上传至采集系统主站。