5G通信技术在智能分布式配电自动化中的应用

2022-02-21张岩，葛坤

通信电源技术 2022年22期

张岩，葛坤

（国网陕西省电力有限公司铜川供电公司，陕西铜川 727000）

0 引言

随着时代的发展，传统的电力工程中逐渐暴露了诸多问题，为全面提高电力事业的发展水平，迎合时代趋势，电力企业需要将智能化、自动化作为主要方向。随着信息时代的到来，5G通信技术日渐成熟并被应用到各个领域[1]。未来的电力事业发展中，电力企业需要重点关注5G通信技术在智能分布式配电自动化中的应用，实现技术改进与创新。

1 智能分布式配电自动化

结合国家在电力工程方面出台的相关技术标准，智能分布式配电自动化方面陆续产生了多种技术，这些技术在速动型分布式馈线自动化、缓动型分布式馈线自动化中的应用较为广泛。速动型分布式馈线自动化在配电线路分断开关、联络开关、断路器线路的应用较多，且应用效果显著。该方式下配电终端与同一供电环路内的其他终端可靠连接，利用高速通信网络作为媒介，供配电过程中双方可高效、安全地传输信息，即使线路中出现异常情况，也能在变电站出口断路器保护动作之前判定故障类型、位置及原因，同时进入保护状态，从而减小故障对其他部分的影响。缓动型分布式馈线自动化多出现于配电线路分段开关、联络开关的负荷开关线路上，同一供电环路的配电终端之间实时交互，一旦遇到故障情况，可立即由变电站出口部位的断路器实施保护动作[2]。

无论电力工程中选用何种分布式系统，为保障系统的高效、安全运转，都对通信方面有一定的规定。当同一环路配电终端的高速通信达到有关标准时，能够有效提高分布式配电自动化系统终端之间、终端与主站之间的通信质量和通信效率。国家相关部门愈发重视电力配电自动化，不仅制定了有关的法律法规与技术体系，也给予了有关主体以政策等支持。依据现有的标准，速动型分布式馈线自动化系统中的通信时延有明确规定，终端之间、终端与主站之间的通信时延一般应在20 ms以内，故障上游侧开关隔离时延应在150 ms以内。在智能分布式配电自动化中应用5G通信技术不仅能满足通信延时、动作隔离延时的基本规定，还能大大提高供配电质量，未来有较大的发展空间。

2 5G通信技术在智能分布式配电自动化中的应用

为了在智能分布式配电自动化系统中展现5G通信技术的优越性，相关人员在设计系统时应意识到配电终端与终端之间存在的联系，构建5G通信网络来提高通信速率。采用个人对个人（Peer To Peer Lending，P2P）作为通信传输的基础环节，将IEC61850中面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）作为通信的起点，为数据传输创造良好的条件[3]。就当前的配电网设计与使用情况来看，为提高通信可靠性，结合技术要求与标准安装特定型号、规格的5G通信终端设备，达到跨网通信的目标，保持科学的信息交换。以采用IEC61850协议的变电站为研究对象，现场不具备直接引入GOOSE传输机制的条件，可以将会基于GOOSE over UDP的通信传输直接应用在以太网中，此时通信与用户数据报协议如图1所示。

图1 通信和用户数据报协议

5G通信技术作为智能分布式配电自动化系统中的核心技术，为达到最佳的技术应用效果，提高供配电可靠性、安全性，需要严格控制各项参数。对比智能分布式馈线自动化系统、集中型自动化系统、电压时间型自动化系统的各方面情况，智能分布式馈线自动化系统的优势更为明显，在配电网运行过程中能实现提前隔离故障，在出口开关动作前完成隔离任务，在最短的时间内缩小故障范围，避免因故障处理不及时而危害其他线路的工作。在当前的电力工程领域，绝大部分地区的变电站均为10 kV，开关保护延时配置应在0.15～0.3 s，变电站高压断路器分闸时间应在35～70 s。假定变电站出口延时保护时间为80 ms，设备终端保护固有动作的时间应在80 ms以内。

以某配电网保护终端为例，相关人员对该终端的运行状态、技术参数、故障问题等展开了全面的分析。参考智能分布式馈线自动化系统的智能分布启动、动作时序情形，发现在系统出现故障的情况下，本地终端在采集到故障信息后会立即将这些信息反馈给相邻终端设备，同时触发对应开关启动自动化模块开展处理，系统自动进入故障搜索倒计时[4]。当搜索任务结束后，设备终端与相邻设备之间会共享数据，以数据整合与分析结果为基准展开故障判定。在此工作模式下，设备中故障问题的搜索时间应与邻近终端的信息交互时间一样，但该时间受终端设备之间通信延迟的影响较大。在配电自动化系统中引入5G通信技术后能大大提高故障判定的速率，还能在最短的时间内处理故障，从而进一步降低故障对整个电网造成的危害，具备传统技术无法比拟的优势。

由于5G通信技术的先进性，将该技术应用于智能分布式配电自动化系统后不仅能提前隔离故障，还能缩小停电范围，在短时间内恢复供电。以某供电企业所构建的智能分布式馈线自动化试验平台为研究对象，其中包含分布式保护终端、工业级5G路由器、模拟断路器等，整个系统运行中不同部分之间相互配合，有效保障了系统的稳定性、可靠性。该企业为提高其供配电水平，利用5G通信技术建立了更为完善的通信网络，对环网柜开展多次线路短路故障模拟测试后，根据风险分析与检测结果发现智能分布式配电自动化系统的故障检测时间短、准确度高。智能分布式配电自动化系统中5G通信技术的应用能够提高故障检测准确度，实现对变电站开关之间的故障情况跟踪检测与分析。结合实际情况，变电站与线路开关保护装置的型号、规格等有所差异，失压分闸的延迟时间是需要重点关注的参数[5]。此参数与故障隔离时间、恢复时间等紧密关联，在利用5G通信技术时应根据实际情况设置失压分闸的延迟时间参数。为进一步提高智能分布式配电自动化中5G通信技术应用的经济合理性，需要综合考虑5G通信技术与配电自动化系统的兼容性、干扰性等，在系统运行过程中采取有效的措施来消除干扰信号。

3 智能分布式馈线自动化系统中5G通信技术应用的展望

现阶段，我国各个地区的经济发展参差不齐，在电力工程方面的技术应用也有所差异，部分地区受限于技术、经济条件，尚未实现5G通信网络全覆盖。5G通信技术的运营成本较高，在未来的电力工程领域要实现多元化应用的目标，相关人员需要结合现阶段的技术情况克服技术难题，解决智能分布式馈线自动化系统中5G通信技术应用时存在的问题。5G通信技术是各行各业的热点技术，电力企业在利用5G通信技术时需要在终端设备中安装5G模组或连接5G路由器，从而弥补光纤通信高成本、环境干扰大等缺陷。除此之外，应用智能分布式馈线自动化系统检测供电线路时，一旦检测到线路发生了故障，系统应立即进入故障分析环节，实现故障准确定位并将故障信息反馈给相关人员，以便及时采取有效的处理措施。