电力信息通信技术在电网中的应用

2024-05-23关鹏

通信电源技术 2024年7期

关鹏

（国网北京市电力公司海淀供电公司，北京 100080）

1 电力信息通信技术的应用原则与功能需求

1.1 电力信息通信技术应用原则

结合目前智能电网发展趋势，电力信息通信技术的应用需要满足调控分中心主干通信网和省际通信网规划要求。电力信息通信技术应用原则具体表现如下：为变电站提供到调控分中心和二级电力调度机构（以下简称中调）各路独立语音信息通道；变电站远动信息传输至调控分中心和中调可采用一路电力调度数据网通道，“一主一备”；变电站到调控分中心设定一条点对点专线，用于传输远动信息[1]；满足继电保护信息传送和指令下达的通信功能。

1.2 电力信息通信技术功能需求

为保证电网运行的安全性、经济性，电力信息通信技术的应用具备以下功能：一是话音业务，包括调度、会议及生产管理等电话业务；二是数据业务，包括线路继电保护、电网自动装置数据、自动化调度数据、管理信息系统运行数据、电力市场营销数据以及办公自动化数据等；三是视频业务，包括会议电视、电厂监控视频以及变电站监控视频；四是多媒体业务，包括信息检索、信息处理与计算、E-mail、可视化图文、视频点播以及多媒体会议等。

后续相关业务量还会继续增加，需要进一步扩大电网和变电站通信传输容量，以满足多业务需求。

2 电网建设中常见的几种电力信息通信技术

2.1 SV 通信技术

在智能电网中，通过组播传递信息的方式实现虚拟信道（Signaling Virtual，SV）与以太网物理层、数据链路层的通信，可细分为点对点网络、交换机网络。组网通信模式下，通过光纤连接微型单元（Miniature Unit，MU）接口和电力设备接口。交换机具备自主检测功能，能够分析传输信号的安全性，在检测无异常情况下，整个交换机网络正常传输信息，否则中断传输信息。点对点网络是一种直连网络方案，直接将信息由信息传输点传递至信息接收点。

在通信记录方面，通信单元和通信装置通过光纤线路与交换机连接，交换机负责将通信单元数据传输给调控分中心，调控分中心根据所采集的数据信息生成调空指令，并由交换机下达给电力设备，实现相应动作。整个过程中，SV 通信记录系统负责采集、上传以及下发整个流程信息，包括信息完整性、采样点间隔时间及信息传递延迟波动等[2]。SV 通信记录系统凭借交换机实现信息记录，可根据所采集的数据情况判断信息通信网络的运行状态。在实际应用中，可在交换机上预留监听端口，端口通过光纤与组网和监听设备连接，从而监听整个通信过程。

2.2 GOOSE 通信技术

面向通用对象的变电站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）通信技术在电网通信领域应用十分广泛。GOOSE 通信技术通过映射以太网物理层、数据链路层的方法，实现信息传递（组网模式）。GOOSE 通信技术同样可分为点对点网络和交换机网络2 种形式。基于交换机的GOOSE 通信技术体系中包含重发机制，一旦通信模块因故障需要系统自动重启但没有任何动作的情况下，GOOSE 通信网络就会重发动作指令，确保整个电网系统运行的可靠性。GOOSE 系统发送报文中，按照时间顺序从T0开始发送报文，逐渐按照T1,T2,…,Tn时间顺序完成报文发送，一旦发送期间出现故障，系统就直接修复故障时间段内的故障，并重新从T0开始发送。基于点对点的GOOSE 通信模式由于流量小、传输信号类型单一，已逐渐淘汰，主要以交换机GOOSE 信息通信为主。

在通信监听方面，GOOSE 通信监听技术基于SV通信记录技术改进，要求所有需要被监听的数据，如网络交换机数据、电力设备输出端数据以及电力设备输入端数据均连接交换机。多个电力设备同时在交换机网络中传递信息，因此GOOSE 通信监听系统负责同时记录信息传输过程和网络环境状态，用户从交换机中即可获取所有通信数据。结合GOOSE 组网传输原理，通过交换机连接所有的电力设备和监听装置，从而实现全系统的通信监听功能[3]。

2.3 点对点通信记录技术

通信记录技术采用直连方法连接通信单元与记录装置，中间不设置交换机，所记录的信息内容与SV 通信记录技术内容大致相同，但由于缺乏交换机作用，虽能获取原始信息数据，但数据采样会脱离网络交换环境，只能获取数据本身状态信息，所有信息均要在两“点”中获取，需要分隔传输信号，将信号链路分为2 路，其中1 路信号负责获取和记录信息，另1 路信号负责监听信号情况。

3 电力信息通信技术在电网中的应用方案

随着可再生能源柔性直流电网示范工程建设，配套建设光纤通信工程。其中，柔性直流通信系统四端通信网络的建设，与调控分中心光纤通信系统联结，为变电站提供多通道信息通信模式，对保证变电站运行安全性、可靠性有着重要意义。

3.1 应用整体方案

结合“统一调度、分级管理”要求，某智能变电站由国家电网有限公司华北电力调控分中心（以下简称调控分中心）调度，接受调控分中心下达的自动发电控制和自动压力控制指令，电场远动信息传送给调控分中心。同时，为满足中调对某变电站运行状况实时监控，电厂远动信息还需要向中调传送。为确保电网系统满足信息传输要求，采用双机冗余配置方案，信息采集设计遵循“直调直采、直采直送”的原则[4]。

光纤电路整体架构如图1 所示。根据行业规定标准，某变电站配备2 套STM-16 光传输设备，一套设备配备2 块STM-16 光接口板，另一套设备配备2块STM-4 光接口板，将其接入调控分中心光纤网络系统。另外，变电站配备2 套STM-16 光传输设备，每套设备配备2 块STM-4 光接口板，接入中调光纤通信系统。这4 套设备根据换流站设备型号，与对侧设备一一对接。

图1 光纤电路整体架构

3.2 传输通道组织

某变电站作为公共电网和地区电网的重要电源点，具有非常重要的地位。因此，在电力信息通信技术应用中变电站至少要设置2 个独立电路向调控分中心和中调传输信息。文章设计方案均不开设电力线载波通道，出线侧A 相、B 相、C 相均不加装线路阻波器。

3.3 信息通信设备配置

某变电站设计中的500 kV 光纤传输系统，共有4 套2.5Gb/s 设备，其中2 套设备用于接入调控分中心、另外2 套接入中调。设计采用1 套维护激光通信终端（Laser Communication Terminal，LCT），1 套数字程控调度交换机，该交换机共有48 个端口，并且交换机的信令、制式与电网交换网所用设备保持一致，是典型的GOOSE 通信系统模式。配置2 套触摸屏调度操作台、1 套录音系统（16 通道）、1 套会议电视一体化终端及1 台两层交换机接入调控分中心视频会议系统，业务交换机、路由器接入调控分中心和中调综合数据网，1 套容灾终端综合接入设备（Integrated Access Device，IAD）接入中调容灾系统，2 套广播呼叫终端分别接入调控分中心和中调通信系统[5]。

3.4 通信电源设计方案

为保证数据信息传播的畅通性，保障光电通信系统运行安全性，某变电站信息通信电源采用持续供电的直流电源，电压标准为-48 V，采用双重优化配置方案。以蓄电池4 h 持续放电为标准，计算电源和蓄电池系统参数。配置2套-48 V/500 A高频开关电源，2 套直流配电屏，4 组500 Ah/-48 V 蓄电池和4 台蓄电池巡检仪，构成双重化电源系统，确保通信电源的可靠性。

3.5 通信机房布置

为保证整个电网系统的安全性和稳定性，某变电站信息通信工程采用独立通信机房和蓄电池室。在通信机房选择中，考虑后续运维和管理，将系统通信设备和行政通信设备统一合并布置在地面开关楼第5层的通信机房。这些设备主要包括程控交换机、调度交换机、光电通信设备、综合数据网设备以及通信电源等。通信机房总面积约为126 m2，采用活动底板保证后续调整的灵活性，底板下设置300 mm×200 mm网格桥架用于网络布线，提高布线美观性、便于管理。蓄电池室布置在地面开关楼第6 层，共有4 组蓄电池[6]。

4 应用电力信息通信技术实现的功能

4.1 调度自动化及电费计算

结合调度交换网拓扑结构，如图2 所示。变电站远动信息通过通信模块传输至调控中心。由调控中心的脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM），提供一个远动信息专用传输通道，以实现点对点通信。分别向调控中心提供一路拨号通道，用于传输电能计费系统数据信息。

图2 调度交换网拓扑图

4.2 语音与视频会议电视功能

在原有的通信模块基础上配置1 套与调控中心系统一体化的语音和视频会议电视系统，使用交换机接入话音与视频会议电视，采用综合数据网络与调控中心电网微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）连接。在运维中心布置小型会议室，借助信息通信通道实时传递视频信号，从而实现语音与视频会议功能，并监听传递的数据。