智能配电网通信组网技术研究及应用
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智能配电网通信组网技术研究、及应用
李祥珍,何清素,孙寄生
(国网信息通信有限公司。北京
100761)
摘要:对智能电网环节中的配电、用电的通信组网技术进行了综合论述。主要内容包括智能配用电网概’《述、电力通信骨十网以及接入层的通信要求、配电自动化通信规约、EPON组网技术、宽带电力线通信
(BPLC)组网以及基于TD—I胍技术的电力无线宽带系统。对智能配用电、池务需求作了相应阐述。为智能
配电通信组网方案提出技术指导。针对配用电网架复杂、节点数量多『ff『分散、业务种类复杂的数据传输业务需求,提出以光纤通信为骨干接入,以无线宽带、无源光通信为全域覆盖,以低压电力特种光电复合缆、电力线通信、短距离无线通信为主要末端接人的配用电一体化综合通信解决方案。为坚强统一智能电网配用电侧的发展提供高效、安全、实时双向的通信支撑.为智能电网通信规划设计提供参考。关键词:智能配电网;通信组网;EPON;宽带PLC;电力无线宽带;LTE中图分类号:TM73
文献标志码:B
文章编号:1004.9649(2011)12.0078.04
0引言
智能电网六大环节之一的配电环节智能化….有助于提高供电可靠性、系统运行效率以及终端电能质量;有助于实现分布式发电、储能与微网的并网与协调优化运行。实现高效互动的需求侧管理:有助于结合先进的现代管理理念.构建集成与优化的配用电资产运维与管理系统.
配电自动化以一次网架和设备为基础.以配电自动化系统为核心.综合利用多种通信方式.实现配电系统的监测与控制.并通过与相关应用系统的信息集成.实现配电系统的科学管理。
配电自动化系统主要由配电主站/配电子站、配电终端、通信通道组成。其中,配电主站是数据处理/存储、人机联系和实现各种应用功能的核心;配电子站是主站与终端的中间层设备.一般用于信息汇集.也可根据需要实现区域监控功能:通信通道是连接配电主站、配电终端和配电子站,实现信息传输的通信网络。配电自动化系统通过信息交互总线.与其他应用系统互连.实现更多应用功能。
体.在建设和改造时应充分考虑并满足配电自动化系统的需求,以覆盖全部配电终端为目的.为配电终端信息接入提供符合要求和标准的通信网络[“。
(1)配电通信系统的建设和改造应充分利用现有通信资源,避免重复建设.既要满足现有业务需求.又能充分考虑业务应用和技术发展前景.在统一规划、分步实施原则的基础上.优先考虑通信基础设施的完善,并可适当超前。
(2)配电网通信系统应以电力通信专网为主.公网为辅。为保证一次设备的安全运行。具备遥控功能的配电自动化区域应优先采用专网通信方式:为满足实时响应的需要.依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域,应采用光纤专网通信方式。
(3)配电网通信系统可根据各地具体情况.灵活采用多种通信方式.技术指标应符合国际、国内相关行业技术标准.
1.2对骨干层通信要求
骨干层通信应优先采用光传输网络….并充分利用光传输网络链路层和业务层的保护功能.形成具有动态路由迂闻能力的IP网络。当有其他应用系统共用骨干层网络时.骨干层应具备支持虚拟专网
(VPN)的能力。
1通信及规约
1.1对通信系统的基本要求
配电通信系统作为配电网各类信息传输的载
收稿日期:2011-08-19
1.3对接入层通信要求
接入层呵采用光纤专网、电力线载波、无线通
基金项目:2011年国家科技重大专项资助项目(201IZX03005—002;2011ZX03005—006;2011ZX03004—006);国家重点基础研究
发展计划(973计划)资助项目(2011CB302900一G)
作者简介:李祥珍(1964~),男,江苏连云港人,博士,高级工程师(教授级),副总工程师,从事电力系统通信、无线宽带通信、智
能电网技术研究。E-mail:xzli@sgcc.corn.cn
万方数据
信(专网、公网)等多种通信方式。并应同步考虑通信网管系统的建设、扩容和改造.实现配电通信系统的统一管理。
(1)光纤专网。a.配电通信光缆的芯数应满足设计要求并作适当预留:b.光纤专网应具备相应的检测和管理功能.业务端口应便于配电终端的接入。
(2)电力线载波。a.对于光纤通信难以覆盖的区域,可采用电缆屏蔽层载波通信方式:b.在确保传输性能情况下.应优先采用便于施工和减少线路停电的耦合方式。
(3)无线专网。a.无线等网通信系统的频段应符合国家无线电管理委员会规定:b.无线专网通信方式宜选择符合国际标准、多厂家支持的宽带技术.并具备用户优先级管理功能:C.无线信息接入应符合安全防护规定的要求,并有严格的安全防护策略。(4)无线公网通信。无线公网通信方式应符合安全防护和可靠性规定要求.采用可靠的安全隔离和认证措施.支持用户优先级管理.并宜以专线方式建立与运营商间的高可靠网络连接。
1.4通信规约标准依据
为了在兼容设备之间实现互换.国际电工委员会根据各种应用情况制定了一系列的配套标准.分别是:传输规约IEC60870—5—101基本远动任务配套标准(1995年);传输规约IEC60870—5—102电力系统电能累计量传输配套标准(1996年);传输规约
IEC
60870—5—103继电保护设备信息接口配套标准
(1997年);传输规约IEC60870—5—104采用标准传输文件集的IEC60870-5—101网络访问:传输规约
IEC
61850—5变电站通信网络和系统:功能和设备模
型的通信要求。
1.5通信规约应遵循的标准
(1)馈线自动化。光纤通信/配电载波/电缆屏蔽层载波:IEC60870—5—101(光纤自愈环)/IEC60870-5-104(光纤以太网)。
(2)配变监测(1TrU)/站控终端(DTU)。光纤通信/电力线载波/电缆屏蔽层载波:IEC60870-5—101(光纤自愈环)/IEC60870—5—104(光纤以太网)。
(3)配电自动化系统和变电站数据交互。IEC
61850-5。
(4)集抄系统。IEC60870—5—102。
2
PON组网
无源光网络(PON)的概念由来已久,它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点,在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时,以太网(Ether.net)技术经过20多年的发展,以其简便实用、价格低廉的特性,几乎统治了局域网,并在事实上被证
万方数据
明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升.以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进,逐渐向接入网、城域网甚至骨十网上渗透。而以太网与PON的结合.产生了EPON(Ether'netPassiveOpticalNetwork.基于以太网的无源光纤网络).它同时具备了以太网和PON的优点.正成为光接入网领域中的热门技术∽]。
我国中压配电网大部分采用多分段、适度联络、开环运行的放射形接线方式供电,该接线方式和EPON的服务结构最为接近。因此,智能配电网通信组网技术选用EPoN作为通信技术支撑将是最合理、最经济、最可靠的。
针X,-j"智能配、用电系统的特殊应用环境和特殊应用要求.国内展开对下一代PON的研究.解决高性能电磁兼容和大容量数据转发延时的难题.以适应智能配、用电系统现状和发展。对下一代PON技术中的芯片级(如多点控制协议MPMC、动态带宽分配DBA、前向编码纠错FEC、大容量数据低延时转发等技术)控制策略.协议级(如多协议优先级QoS、VLAN等技术)调度策略以及针对智能电力配、用电系统的应用级(如电磁加固、抗干扰等技术)管理策略均进行深入研究。
满足智能配用电数据传输业务需求的基于EPON组网技术的通信系统.可实现电力通信可靠组网、高速数据通信业务,其业务组网结构如图1所示。图中,DSCADA是配网数据采集与监视控制系统。
ONU+馈线ONU+数据ONU+配电ONU+用电
终端终端变压器终端信息采集
图1配电自动化系统EPON组网拓扑
Fig.1
EPONnetworktopologyofdistribution
automationsystem
2.1光缆终端设备(opticallineterminal,OLT)
用于连接光纤干线的终端设备.上行速率为
lO.oo
Gb/s,下行速率为1.25Gb/s;单机可支持128
个PON口。8192个0NU,每个用户支持8个优先级
业务。
2.2分光器(opticaldistributionnetwork,ODN)
支持1:64分光比。networkunit,0NU)
ONU支持双PON口,微秒级切换。包括光接收
2.3光节点(optical
机、上行光发射机、多个桥接放大器网络监控设备。ONU功能有:(1)选择接收OLT发送的广播数据;(2)接收OLT发出的控制命令,并作出响应;(3)对数据进行缓存.并在0LT分配的发送窗口中向上行方向发送信息。
2.4馈线远方终端(feederterminaIunit,FTU)
安装往配电网馈线回路柱上开关和开关柜等处的远方终端.具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测(或利用故障指示器检测故障)等功能。
2.5站控终端(distributionterminalunit。DTU)
安装在配电网馈线回路开闭所和配电所等处的远方终端,具有遥信、遥测、遥控和故障电流检测(或利用故障指示器检测故障)等功能。2.6配电变压器远方终端(transformer
terminaI
unit。丌U)
用于配电变压器各种运行参数的监视、测量的远方终端.
2.7扩展说明
图1用于用电信息采集的ODN接口.可延伸到用电客户,形成光纤到户。此方案为全光纤组网。配电变压器以下的低压通道也可采用光纤复合低压电缆(opticalfibercompositelow-voltagecable,OPLC),实现电力、光纤直接到户的智能电网工程。
由于条件限制.不能实现全光纤组网.可在馈线自动化骨干层光纤组网的前提下.配合下面的组网方式.形成多种通信方式组网。
3宽带PLC组网
宽带PLC组网是利用中、低压配电网作通信介质.实现信息传输的一种通信技术。可以为配电变压器I监控、远程集中抄表、配/用电自动化、需求侧管理、智能家居以及智能小区/楼宁提供高速数据传输通道.宽带PLC按应用的配电网电压等级可划分为
中压PLC和低压PLC0617]。
中压P1.C是利用中压电力线作为通信链路.直接接入骨干网.为配电网自动化、用户需求侧管理等应用提供传输通道。在中压电缆屏蔽层通信方面.其屏蔽层传输模型、高效耦合、自适应调制、智能路由以及安全接入等技术.用于配电网的中压电力线宽带通信已有重大突破。
低压PLC是利用低压(220V/380V)电力线作为传输媒介.为用户提供Internet接入、家庭局域网、远程抄表、智能家居等应用。国内已成功开发了2Mb/s、14Mb/s、45Mb/s、200Mb/s等不同速率的PLC产品.
这2种宽带PI。C组网技术,可以联合组网,组建中、低压配电网电力载波宽带网,也可以分别和EPON
Ⅻ
80
万方数据
组网,为智能配电自动化系统提供通信技术支撑。
4电力无线宽带组网
无线通信方面,以全球微波百联接人(WiMAX)、LTE、LTE—Advanced(IJTE后续演进版)为代表的3C/4G宽带移动通信技术以及无线传感网络(WSN)在世界范围内得到了快速发展.我国已在面向智能电网配、用电环节应用的TD一【TE技术方面开展了大量研究T作.进展较快。国内研发的TD—I』E230
MHz
频段电力无线宽带通信系统.首次将第四代无线宽带通信技术引入电力系统.解决了制约配、用电网络智能化的通信问题.能够有效满足智能配、用电业务实时大规模数据采集、传输以及安全可靠通信等方面的需求.将为我国发展智能电网提供重要技术支撑.其单扇区最大传输速率达到1.7/0.7
Mb/s
(上行/下行),无中继覆盖达到3/25km(城区/农村),单基站可接入的最大用户数为13320个[8],具备组网灵活、业务应用接口丰富、支持多种信息加密技术等特点.能够满足智能配/用电环节的信息采集、配网自动化、实时视频传输、应急通信以及现场作业终端接入(用于处理指令票、操作票、工作票)等业务。
以上多种无线宽带通信技术,可以联合组网.组建用于中、低压应用层面的无线宽带通信网;也可以根据本地实际情况.分别和EPON配合组网。为智能配电自动化系统提供通信技术支撑。
5复合通信组网
由于配用电网结构的复杂性.单一的通信组网方式难以满足智能配电网复杂的业务需求.配/用电通信组网可以建立以光纤通信网为骨干接人.以无线宽带、无源光通信为全域覆盖,以低压电力特种光电复合缆、电力线宽带/窄带载波、短距离无线通信为主要末端接人的flrj/用电一体化综合通信平台.为坚强统一智能电网配/用电侧的发展提供高效、安全、实时双向的通信支撑。
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Researchandapplicationon
communicationtechnology
LIXiang—zhen,HE
insmartdistribution
andutilizationgrid
Qing—su,SUNJi—sheng
(StateGridInformation&TelecommunicationCo.,Ltd.,Beijing100761,China)
Abstract:The
networkcommunicationtechnologyforsmalldistributionandutilizationgridisdiscussedcomprehensively.Themaincontents
access
includeoverviewofsmartdistributionandutilizationnetwork,thecommunicationrequirementsofbackbonenetworkand
layers,
distributionautomationcommunicationprotocol,EPONnetwork,broadbandpowerlinecommunications(BPLC)andthepowerwireless
broadbandsystembased
on
TD-LTEtechnology.Theintelligentdistributionandutilizationbusinessrequirements
are
introduced
to
provide
technicalguidanceforinteHigentdistributioncommunicationsnetworkingsolution.Thedatatransmissioninintelligentdistributionhasseveraldistinctivefeatures,includingcomplexnetwork,largenumberofscatterednodesandcomplexbusinesstypes.Acomprehensivecommunicationsolutionforintegrateddistributionandutilizationis
proposed.Thesolutionadoptsopticalfibercommunicationforbackbone
network,wirelessbroadbandandpassiveopticalcommunicationsfortheglobalcoverage,speciallow—powerphotoelectriccompositecable,
power
linecommunicationsandshort—rangewirelesscommunicationsformainterminal
access.The
proposedsolutionprovidesefficient,
secure,real-timeandtwo way
communicationsupportforthestrongunifiedsmartgrid.
utilization咖d;communicationnetwork;EPON;broadband
PLC;broadbandpowerwirelessnetwork;LTE
Keywords:smartdistributionand
(上接第50页)
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Microstructureandself-diffusioncoefficientofsupercriticalwaterbymoleculardynamics
simulation
ZHANGNai-qiang,XUHong,BAIYang
(KeyLaboratoryofConditionMonitoringandControlofPowerPlantEquipmentofMinistryofEducation,NorthChinaElectricPower
University,Beijing102206,China)
Abstract:ByusingmoleculardynamicssimulationwithCOMPASSforcefield.microstmctureandself-diffusioncoe衔cientofsupercritical
waterwere
researched.Theresultsshowthattheeffectofthehydrogenbond
on
supemriticalwaterisweakenedobviously.andstilIexist.The
bondlengthandthebondangleofthewatermolecularchangedrapidlyintheregionof648-748t}lewatermolecularchangedslowlyin748—973
temperature
K.nebond
lengthandthebondangleof
K.Thecharacteristicpeaksofradialdistributionfunctionincreasedwiththeincreaseof
intheregionof648—748K,anddecreasedwiththeincreaseoftemperatureintheregionof748—973K,whichindicatedthat
shortrangestructureorderlinessofwaterwaschangingwiththeincreaseoftemperature.ne
self-diffusioncoefficientsofsupercriticalwater
weretwoordersofmagnitudehigherthanambientwater,andincreasedwiththeincreaseoftemperature,decreasedwiththeincreaseofpressure.
Keywords:moleculardynamics;supercriticalwater;micmstmeture;seIf-diffusiontoe佑cient
则
万方数据
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