配网通信建设专题研究报告书.doc

广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 1 广东省电力设计研究院 2009年10月 广州 配网通信建设模式专题研究 报告书 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 批 准： 史作纲 审 核： 利韶聪 校 核： 张 斌 编 写： 张 岚 陈宝仁 谷坊祝 曲 毅 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 1目 录 第1章 概述 . - 1 - 1.1 研究背景和意义 . - 1 - 1.2 研究内容 . - 2 - 第2章 现状分析 . - 3 - 2.1 配电网现状及特点 . - 3 - 2.2 主网通信网络现状 . - 4 - 2.3 配网通信现状 . - 5 - 2.4 配电网与输电网通信系统关系 . - 5 - 第3章 需求分析 . - 6 - 3.1 配网自动化结构对通信要求 . - 6 - 3.1.1 初级阶段 . - 6 - 3.1.2 高级阶段 . - 7 - 3.2 配网自动化业务对通信的要求 . - 8 - 3.2.1 基本要求 . - 8 - 3.2.2 传输数据类型和通信要求 . - 9 - 3.2.3 通信带宽计算 . - 15 - 3.2.4 业务可靠性要求 . - 15 - 3.3 业务安全性要求 . - 16 - 3.4 终端对通信的接口要求 . - 17 - 3.4.1 通信规约要求 . - 18 - 3.4.2 通信规约的基本要求 . - 18 - 3.4.3 通信规约的选择 . - 18 - 第4章 配网通信技术应用调研 . - 19 - 第5章 配网通信技术介绍 . - 22 - 5.1 概算 . - 22 - 5.2 有线通信方式 . - 22 - 5.2.1 光纤通信方式 . - 22 - 5.2.2 有源光网络AON . - 22 - 5.2.3 无源光网络PON . - 28 - 5.2.4 中低压载波 . - 31 - 5.2.5 电缆专线 . - 34 - 5.2.6 工频畸变 . - 34 - 5.3 无线通信方式 . - 35 - 5.3.1 公网无线通信的发展 . - 35 - 5.3.2 一点多址数字微波 . - 37 - 5.3.3 数传电台 . - 38 - 5.3.4 卫星通信 . - 38 - 5.3.5 无线窄带 . - 39 - 5.3.6 无线宽带 . - 39 - 5.4 配网通信方技术选择 . - 40 - 5.4.1 适合电缆网的配网通信技术 . - 43 - 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 25.4.2 适合架空线路的配网通信技术 . - 43 - 第6章 配网通信相关技术分析与测试 . - 44 - 6.1 工业以太网测试 . - 44 - 6.1.1 测试设备和工具 . - 44 - 6.1.2 测试内容 . - 44 - 6.1.3 测试分析 . - 45 - 6.2 中压载波通信测试 . - 49 - 6.2.1 测试设备和工具 . - 49 - 6.2.2 测试内容 . - 49 - 6.2.3 测试分析 . - 50 - 6.3 公网无线通信方式 . - 52 - 6.3.1 测试内容 . - 52 - 6.3.2 测试分析 . - 52 - 第7章 配网通信平台建设方案 . - 62 - 7.1 配网通信层次划分 . - 62 - 7.2 配网通信骨干层通信方式 . - 62 - 7.3 配网通信接入层通信方式 . - 65 - 7.3.1 光纤方式 . - 66 - 7.3.2 配网载波方式 . - 69 - 7.3.3 运用公网通信的方式和策略 . - 70 - 7.3.4 自建WiMAX网络方式和策略 . - 75 - 7.3.5 配网通信平台总结 . - 78 - 7.4 配网通信平台电源系统 . - 81 - 7.4.1 工作电源三种解决方案比较 . - 81 - 7.4.2 备用电源的选择 . - 83 - 7.5 设备安装 . - 84 - 第8章 配网通信建设与投资分析 . - 85 - 8.1 各类配套通信方式的建设投资分析 . - 85 - 8.1.1 光纤通信方式 . - 85 - 8.1.2 载波通信方式 . - 85 - 8.1.3 无线通信方式 . - 86 - 8.2 地区配网通信建设的建议 . - 87 - 8.2.1 通信技术选择 . - 87 - 8.2.2 配网通信投资 . - 87 - 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 - 1 - 第1章 概述 1.1 研究背景和意义 配电网是电力系统向用户供电的最后的一个环节，覆盖面广，涉及千家万户，配电系统出现故障几率远远高于高压输电网。配电网一旦出现故障，如何及时检测和识别故障点，隔离故障区段，合理转移负荷，尽快地自动恢复供电，缩短停电时间，使停电造成的损失减少到最低程度，是配网自动化系统的主要功能之一。 配网自动化就是应用计算机自动控制、电子技术、通信技术以及先进的配电设备等技术手段，对配电网进行在线与离线的智能化管理，使配网处于安全可靠、经济、优质、高效的进行状态。 配电网自动化和输电网自动化有很大的不同，配电网自动化要和点多面广的远方终端信息交换，基于计算机、信息技术的配电网自动化的技术上的关键在于以下三点：大量的智能采集终端，可靠有效的通信技术和丰富的后台软件。同时，配网自动化与配网的网络结构，配电网的一次设备紧密相关，配网设备落后，结构不合理，缺乏通信手段，都是实现配网自动化的最大难题。 通信系统作为一个配网业务数据信息传递平台，负责着众多的智能采集终端与后台控制中心的实时数据的交互，因此，其好坏从很大程度上决定了配网自动化系统的优劣。中国电机工程学会电力系统自动化专委会在配电网自动化分专委会成立暨第一届学术交流会议上提出的配电网自动化规划中最主要的问题之一就是配电网的通信问题，这也是多年来制约配网自动化发展的一个重要因素。 因此，如何降低通信系统的建设造价及运行费用，而且还能满足配电自动化系统的要求，成为配电网工作面临的重要课题。采用什么样的媒介进行信息的传递，不同的通信方式各自适合什么样的情况，在作配网规划时，应作系统的统筹与安排。 8090年代在我国有不少地区开展了配网通信技术的研究和实施，由于受到技术不成熟等多因素影响，早期开始的配网自动化项目基本没能看到实际成效，也使得配网自动化的工作进展缓慢。随技术发展和用户对供电可靠性、服务质量的要求提高，电力企业配电网络的管理水平的提高，运行经验的积累，近几年来全国部分地区重新开展配网自动化的研究和规划工作，甚至部分地区已经开始进入实施的初级阶段，取了不少成功应用经验。近年来，广东省不少地区提出了建广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 - 2 - 设配网自动化的强烈需求，并己有少部分地区正在开始进行相关的工作，因此，很有必要配合配网自动化系统开展配网相关的通信技术研究工作。 1.2 研究内容 本研究项目结合广东省电力系统的情况，针对广东各地区不同配电网结构和通信资源情况，重点分析目前有应用的主要通信技术光纤、载波、无线等，探讨适用于配网自动化的通信技术，并给出配网通信平台的建设性方案。 研究内容主要包括，根据配电网结构、配网自动化建设水平和模式、业务类型及其对通信速率、时延、可靠性的要求；确定配网通信技术、组网方式、与现有通信资源（即输电网通信）的利用情况、网络运行状况、实施中遇到的问题和需要考虑的重点。 广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 - 3 - 第2章 现状分析 2.1 配电网现状及特点 我国配电网络的构成有电缆网、架空线路和电缆与架空混合线路三种方式。对于经济发达的中心城区，多以电缆网为主，电缆网络多采用具有远方操作功能的环网开关，对一次设备和通信系统的要求高；对于大多数县级城市或偏远的郊区，目前主要架空线路或混合线路为主，多采用以重合器、分段器和负荷开关。 根据各地区的10kV或35kV线路的规模涉及其线路回数以及架空、电缆线路长度、电缆化率的统计，并根据南方电网公司对配电网供电区域的分类，广东各地区的配电网可分为大、中、小型的地区配电网，不同规模的配电网可以细分成其A-E等多类的供电区，其规模具有以下特点： 1. A类供电区：该类供电区电缆化率极高（80%），一般位于市中心城区。由于负荷密度极大，空间资源十分有限，配网中的架空线已逐步改造成地下电缆，电缆线路在配网中占主要地位。这类区域的配网，其柱上开关极少，开关柜较多。由于土地资源十分有限，征地困难，未来电房数变化不大。 2. B类供电区：该类供电区电缆化率较高（一般50%），但低于A区，一般地处市区，空间资源有限。随着负荷的增长和城市的发展，B区的架空线将进一步改造为地下电缆，未来电缆化率将有所增长，并逐步趋向饱和。目前，这些区域的配网开关仍以开关柜为多，未来电房和开关柜均有一定幅度的增长。 3. C类供电区：该类供电区一般位于郊区，由于空间资源相对城区较大，架空线比率也相对增加，属架空线和电缆线混合的模式。随着负荷的增长和城市的发展，部分架空线将逐步改造为地下电缆，未来电缆化率将大幅提高。 4. D类供电区：该类供电区位于城市远郊，区域面积大，辽阔的农田地区主要采用架空线供电；由于未来发展的工业负荷多位于该类供电区，因此，虽然这些区域的负荷发展潜力大，但配网电缆化率将在较长一段时期内不会有大幅提高。相应的，目前这些区域的配网开关中柱上开关数量较多，尤以从化区最为突出；由于土地资源丰富，征地相对容易，因此，这些区域未来的电广东电网公司 配网通信建设模式专题研究 - 4 - 房数和开关柜数均有可能大幅增加。 5. E类供电区：该类供电区幅员辽阔，电网基本为纯架空线，负荷密度极低，主要以农田、山脉为主，未来负荷增长不大，一般位于城市边缘地带。 2.2 主网通信网络现状 广东电网公司电力系统调度管理关系分为三级：电网公司（省）地区县(含县级市)。因各自调度、管理和通信的范围不尽一致，相应的广州电网通信网络也按照这一原则分级构造、运行、管理。通过以自建为主、结合租赁方式，目前各地的通信网络已覆盖到以下业务点：地区供电局、县级（含代管）供电局、及所属500kV、220kV、110kV变电站、各二级单位、镇所营业网点、电厂。 目前广东电力系统基本形成了以光纤为主，光传输网络已基本覆盖全部 110kV 及以上变电站，220kV 变电站光纤全部成环。形成“以光纤为主，微波、载波为辅”的通信方式，通信网从窄带已经过渡到宽带化、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 2-1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 - 2.3 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。 2.4 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 2-2 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 3.1 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 3-1 配电二次系统安全分区表 3.1.1 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/CDMATD-SCDMA/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 3-1 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。 3.1.2 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 3-2 配网通信层次结构图（ 高级阶段） 3.2 配网自动化业务对通信的要求 3.2.1 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。 3.2.2 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： 1、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。 2、