荀思超，沈雨生，徐 榮，劉曉玥，王海軍

（國網(wǎng)江蘇鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引 言

分布式能源包含多種形式，例如風電、光伏等，通常較為分散地布置于負荷/用戶現(xiàn)場或鄰近地點。通常情況下，分布式能源接入電壓等級不超過35 kV的配電網(wǎng)，實現(xiàn)發(fā)電供能。分布式能源通常站址分布較為分散，與分散的資源分布和電力需求相適應，延長了輸配電網(wǎng)升級換代周期，大大節(jié)省了投資。同時與大電網(wǎng)互為備用，提高配電網(wǎng)供電可靠性。

10 kV及以上分布式電源主要使用遠動采集方案，通過網(wǎng)絡(luò)直接采集、控制。目前江蘇省鹽城區(qū)域10 kV分布式光伏通信接入方式主要有無線公網(wǎng)接入、無線專網(wǎng)接入以及光纖專網(wǎng)接入，采集信息包含并網(wǎng)點的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)、有功功率、無功功率以及發(fā)電量等。如果采用光纖專網(wǎng)通信方式，實時數(shù)據(jù)直接接入調(diào)度自動化主站；如果采用無線專網(wǎng)、公網(wǎng)通信方式，實時數(shù)據(jù)通過安全接入?yún)^(qū)接入調(diào)度自動化主站[1]。10 kV及以上電壓等級分布式電源典型信息采集架構(gòu)如圖1所示。

1 10 kV分布式電源光纖化改造背景

1.1 改造必要性

傳統(tǒng)配電網(wǎng)在設(shè)計階段未考慮分布式電源的接入需求，在分布式電源并網(wǎng)后對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大影響，會將現(xiàn)有的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p電源/多電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)潮流方式愈發(fā)復雜多變。用戶既是用電方，又是發(fā)電方。電流流向具有雙向性，并且實時動態(tài)變化。

隨著電力市場的開放，分布式能源、微電網(wǎng)等的接入量不斷增加，用電需求逐漸多樣化，對現(xiàn)有配電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、適應性以及經(jīng)濟性的要求也在不斷提高，傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護方式已無法滿足配電網(wǎng)的自愈要求。電流差動保護以其優(yōu)越的靈敏性、速動性以及可以實現(xiàn)配網(wǎng)故障區(qū)間的快速定位與隔離等特點而被廣泛應用，但電流差動保護對于保護裝置之間通信的時效性和可靠性要求較高。

新型電力系統(tǒng)在供需兩側(cè)均面臨更多的不確定因素，電力平衡模式從發(fā)電/用電平衡向儲能、多能轉(zhuǎn)換參與緩沖的平衡轉(zhuǎn)變，源網(wǎng)荷儲間的互動愈加頻繁。通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)從樹型升級為網(wǎng)格型，從而滿足互動增多的需求。隨著大量分布式電源、電力電子信息設(shè)備的接入，量測、采集、控制、互動等環(huán)節(jié)對通信時延、可靠性、通信帶寬提出更高的要求。

1.2 光纖通信技術(shù)對比

目前，配電網(wǎng)廣泛應用的光纖通信技術(shù)包括同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技術(shù)、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，建成的光纖專網(wǎng)可管可控[2]。

1.2.1 SDH

SDH技術(shù)性能指標滿足通信接入網(wǎng)各類業(yè)務(wù)的要求，目前在電力骨干通信網(wǎng)中已得到廣泛應用。SDH網(wǎng)絡(luò)具備多種保護方式，其中包括系統(tǒng)保護（如光口1+1等）、環(huán)形自愈網(wǎng)保護、設(shè)備保護以及不同路由保護等，滿足電信級業(yè)務(wù)保護需求。

1.2.2 EPON

EPON是一種基于以太網(wǎng)的點到多點的光纖通信接入方式，由局側(cè)的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）以及光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）組成。EPON的上行和下行數(shù)據(jù)傳輸流程不同：在下行方向，OLT以廣播形式通過ODN發(fā)送信號至各ONU，ONU通過對分組頭/信元頭的匹配地址進行讀取，以接收并處理其中的數(shù)據(jù)；在上行方向，則采用時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式接入，ONU發(fā)送的信號直達OLT，而不會發(fā)送至其他ONU。典型的EPON拓撲中，OLT放在變電站機房，ONU放在開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜和分支箱，可以組成星型、總線型以及手拉手結(jié)構(gòu)，手拉手保護也可以連接到同一個變電站OLT不同的無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）口上。

對于10 kV變電線路而言，一般可靠性要求較高，可以選擇手拉手組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雙電源手拉手網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與EPON全鏈路保護組網(wǎng)結(jié)構(gòu)相匹配。在站點兩端分別新增OLT，通過無源光纖分路器（Passive Optical Splitter，POS）沿2個方向?qū)崿F(xiàn)級聯(lián)和延伸，雙PON扣保障所有ONU上行鏈路都可實現(xiàn)1+1冗余保護，光纖保護倒換時間≤100 ms。若光纖發(fā)生了中斷，每個ONU仍可以與某一個OLT完成通信，從而保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高可靠性。

1.2.3 工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)交換機的組網(wǎng)架構(gòu)通常采取環(huán)狀結(jié)構(gòu)，若不具備環(huán)狀拓撲組網(wǎng)的條件，也可以選擇星型或鏈式拓撲結(jié)構(gòu)。對于網(wǎng)絡(luò)可靠性，環(huán)形組網(wǎng)的可靠性高于鏈式組網(wǎng)，當網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)單臺設(shè)備故障時，其他交換機仍可保持通信。

2 光纖通信典型接入方案

2.1 SDH方案

在分布式電源站點新增1臺光端機設(shè)備，同時在對側(cè)接入的系統(tǒng)變電站現(xiàn)有光端機上相應擴容光口，開通分布式電源站點至接入系統(tǒng)站點的光通信電路，將分布式電源站點的自動化業(yè)務(wù)、通信業(yè)務(wù)等接入系統(tǒng)，構(gòu)成站點至系統(tǒng)的通信通道。SDH接入方案如圖2所示。

2.2 設(shè)備共享方案

10 kV分布式電源調(diào)度自動化業(yè)務(wù)與配電自動化業(yè)務(wù)同屬生產(chǎn)控制大區(qū)類業(yè)務(wù)，生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)間需采取訪問控制等安全防護措施，對系統(tǒng)之間的互通進行管控限制，承載網(wǎng)絡(luò)需具備虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）、訪問控制功能[3]。

2.2.1 OLT設(shè)備

在分布式電源點配置1臺ONU設(shè)備，接入對側(cè)變電站配網(wǎng)自動化/新建OLT設(shè)備，通過ONU設(shè)備將調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸至系統(tǒng)站OLT，將分布式電源點的自動化及通信等業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)，構(gòu)成站點至系統(tǒng)的通信通道。OLT接入方案如圖3所示。

2.2.2 交換機設(shè)備

在分布式電源點新增1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機設(shè)備，接入對側(cè)站點現(xiàn)有配網(wǎng)自動化以太網(wǎng)交換機設(shè)備，開通GE光傳輸鏈路，將分布式電源點的自動化及通信等業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)，構(gòu)成站點至系統(tǒng)的通信通道。交換機接入方案如圖4所示。

2.3 裸纖承載方案

在分布式電源點配置1臺以太網(wǎng)交換機，并在接入的系統(tǒng)變電站現(xiàn)有光端機設(shè)備上新增GE以太網(wǎng)板卡，開通分布式電源點至系統(tǒng)站點的GE光通信鏈路，將分布式電源點的自動化業(yè)務(wù)、通信業(yè)務(wù)等接入系統(tǒng)，構(gòu)成站點至系統(tǒng)的通信通道[4]。裸纖承載接入方案如圖5所示。

3 方案比選

小型SDH接入方案能夠滿足分布式電源接入的物理隔離需求，新增設(shè)備接入現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)管能夠?qū)崿F(xiàn)全程監(jiān)控通信傳輸鏈路，備品備件統(tǒng)一。但該方案需要增加光板，電源點需增加小型SDH設(shè)備，總體增加了投資。

配電自動化設(shè)備共享方案能夠充分利用現(xiàn)有配電自動化設(shè)備資源，在接入變電站具備OLT設(shè)備情況下，電源點僅需增加ONU設(shè)備。但配電自動化數(shù)據(jù)和調(diào)度自動化數(shù)據(jù)僅滿足邏輯隔離，自動化專業(yè)需根據(jù)自身要求進行設(shè)備升級與安全方案完善。同時，一機多用造成后續(xù)運維界面模糊，無法實時監(jiān)控鏈路狀態(tài)。

裸纖承載方案能夠滿足分布式電源接入的物理隔離需求，僅需在接入變電站擴容GE板卡，投資較少。但電源側(cè)接入能力有限，僅能接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，如果后續(xù)有其他接入需求，擴展接入靈活性較差。

從提高系統(tǒng)可靠性、業(yè)務(wù)安全隔離度、擴展能力等角度考慮，10 kV分布式電源通信接入可以采用小型SDH接入方案[5]。

4 結(jié) 論

分布式電源光纖化接入方式能夠有效滿足調(diào)度自動化可觀、可測、可調(diào)、可控的需求，為更加頻繁的互動、采集提供充裕帶寬，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供可靠的通信保障。結(jié)合江蘇省鹽城地區(qū)10 kV分布式電源通信接入現(xiàn)狀，提出10 kV分布式電源光纖化改造方案，并針對不同的技術(shù)方案進行了比選，具有一定的參考意義。