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H3C智能电网之智能配用电解决方案

【发布时间:2007-12-05】

一、智能电网之配电自动化

坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体,是一个完整的智能电力系统。"坚强"是基础,"智能"是关键。坚强网架与智能化的高度融合,是我国电网发展的方向。

配电自动化是智能电网的重要基础之一,需要通过配电自动化系统采集尽可能多的配电信息,并向下延伸到低压用电信息的汇集。配电网络的构成有电缆和架空线路两种方式,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。架空网络以线路上的重合器、分段器和负荷开关为主,其中架空线路多使用双电源手拉手供电是最基本的形式。配电线路通常都是由电缆—架空线路两种配电网络混合而成,对线路上主干线分段的数量取决于对供电可靠性要求的选择。线路分段越多,故障停电的范围越小,但同时实现自动化的方案也越复杂。

配网综合自动化系统主要由主站系统、配变子站监控系统、通信系统、配电网现场监控单元(FTU/TTU等)组成。

二、智能电网之用电信息采集

智能用电包括两大部分,第一部分是为满足智能电网对用电的信息的掌控而建设的用电信息采集系统(简称集抄),第二部分是未来三/四网合一的基础PFTTH,即依电力复合光纤入户而建的电力光纤宽带互动网络。

电力用户用电信息采集系统的建设是为"SG186工程"营销业务应用提供电力用户实时用电信息数据,接入终端主要是集中器、采集器及网络化智能电表,从客户用电信息的源头提供数据支持,为分时电价、阶梯电价、全面预付费的营销业务策略的实施提供技术基础。它直接面向最终电力用户,是智能电网在客户方面的具体体现,它将极大地改进客户服务。人们会从日常生活中直接感受到它带来的许多益处。

三、智能配用电系统通信方式的选择

  通信系统是建设智能配用电系统的关键技术,通信系统的好坏从很大程度上决定了系统的优劣,配用电自动化要借助可靠的通信手段,将控制中心的控制命令下发到各执行机构或远方终端,同时将各远方监控单元(FTU/TTU/DTU/采集器)所采集的各种信息上传至控制中心。

随着通信手段的不断出新,目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。按照传统的分类方法,可简单地分为有线方式和无线方式,其中有线方式包括:架空明线或电缆、配电线载波、电信本地网、租用电话线、光纤、有线电视网(CATV)、现场总线和RS-485、专线等;无线方式包括:传统无线电通信(AM、FM、PM等)、GPRS/3G、数控电台等。配电自动化对通信系统的要求,取决于配电网的规模和要求实现的具体希望水平,总体比较各种通信方式的优劣应综合考虑如下几点:

(1)通信的可靠性

(2)通信技术的先进性

(3)可行性和使用维护的方便性

(4)配电通信的实时性

(5)通信系统的可扩充性。

通过分析对比我们不难看出,配电自动化使用的多种通信方式的特点:

(1)架空明线或电缆。其特点是建设简单,线路衰耗大,频带窄,容易受到干扰,电力系统自动化中只能做近距离传输信道。
(2)配电载波。从目前的技术水平上看,典型的配电载波机的传输率可达到150-300bit/s,可满足双向通信的要求,对远方抄表和监测线路数据比较经济。但对于停电区数据如何用配电载波上传仍然是一个技术难题,有待进一步研究。配电载波系统数据传输速率较低,容易受到干扰,由于反射使得配电载波在馈线的某些部分存在盲点,其优点是技术相对简单。  

(3)现场总线和RS-485。现场总线(FIELD BUS)是近二十年发展起来的新技术,它是连接智能化的现场设备和自动化系统的双向传输、多分支结构的通信网络,它适合于FTU和附近区域工作站的通信,以及变电站内部各个智能模块之间的内部通信,现场总线可分为CANBUS(Controller Area Network)、LON WORKS(Local Operating Networks)和PROFI BUS(process Field Bus)等,对于一些实时性要求不高的场合,可以利用RS-485代替现场总线进行数据信号的传输。

(4)无线通信。无线通信方式有:AM、FM、PM、GPRS等也可以应用到配电系统自动化的数据传输,但相对来讲,在数据通信速率、保密性上存在不足,目前主要做为有线通信的补充。

(5)光纤通信。光纤通信与其他通信比较有以下优点:光纤传输频带宽、通信容量大,传输损耗小,光电隔离,不受电磁干扰,组网方便、灵活。在配电自动化中,可以利用已建成的变电站到主控中心的光纤网络进行数据传输,可以无源光网络(EPON)或光纤自愈环网(工业交换机)来进行传输,这在许多地区都有成功的经验,是未来配网自动化数据通信发展方向。

以太无源光网络(EPON)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON(无源光网络)技术,光线路终端(OLT)与光网络单元(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件,无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员,因此,可有效节省建设和运营维护成本,尤其适应于配网线路配网结构,具备通信保护能力。目前的电力骨干网络已满足向配网线路延伸的基本条件,EPON技术非常适合于呈带状或链状分布的配网线路,系统建设成本低,易于维护,标准10/100BASE-T RJ-45以太网接口输出至终端,方便应用和扩展,485等接口也方便原有业务终端的接入。

以下就EPON和工业以太网技术进行这两种主流光纤通信方式进行比较。

下表是从各个维度对EOPN和工业交换机进行了比较,情况如下:

序号

传输方式

EPON

工业交换机

1

网络结构比较

无源串行组网结构

有源串行组网结构

每一次需要进行一次光电转换

2

带宽分配比较

独享带宽同时可动态分配

共享带宽

3

可靠性比较

有各种组网可靠性技术,组网可靠性高

可靠性相对低

4

网络规模比较

规模大,单端口最大64个终端

规模受限级联数和可靠性,相对小

5

可扩展性比较

扩展性好扩容方便,增加光方向只需更改光分路器。

扩展性相对差,扩容麻烦,增加光方向需要,增加光支路板。

6

资源利用比较

单纤,光纤资源利用率高

双纤,多占用一倍光纤资源

7

投资经济性比较

建设成本和维护成本低

建设成本和维护成本相对高

8

覆盖面比较

覆盖面广

覆盖面相对窄

9

维护成本

相对高

10

抗多点失效

能够抗多点失效。任何一个或多个ONU设备失效对网络中其他设备的工作不会造成任何影响

不能抗多点失效。任何一个设备失效会带来链路的中断

11

连接方式

并联,适于配电网频繁改造

串联,不适于配电网频繁改造

12

光/电和电/光转换

不需要,效率高。

需要,效率低。

通过以上对比和网络结构的分析,EPON无源光网络技术比工业交换机,在组网可靠性、带宽分配、维护成本低、网络可扩展性等方面均有优势,适于对可靠性要求较高的配用电接入应用。

四、H3C智能配用电通信解决方案

H3C针对电力行业的需求,结合自身产品优势提供的基于EPON的智能配用电数据通信解决方案。H3C智能配用电通信解决方案具有以下综合优势

电力专用终端设计

双PON冗余上行的可靠性设计

室外工作环境的宽温和良好的电磁兼容性设计

配电相适应的冗余电源设计

与电力二次设备对接的工业总线设计

高可靠

终端主备光纤<50ms + 子站RRPP环网技术<200ms + 可靠技术间的联动保证整网的快速收敛

主干光纤保护,手拉手保护(双PON),光纤环网(单PON)

可靠安全网络架构

端口隔离与限速,MAC绑定,终端绑定,OLT集成L3路由及安全插卡部署提高安全同时简化网络架构

安全的业务隔离

OLT支持MPLS VPN,满足电力生产业务安全隔离的规范要求

智能网络管理

统一网络管理包括用户、业务和资源的统一管理,实现EPON网络的拓扑管理、性能监控、告警管理和故障检测等强大功能

五、典型应用案例

海盐电力

从2006年开始,海盐电力采用H3C全套EPON解决方案陆续建成覆盖10KV变电站、城市环网柜、开关站及柱上配变开关的配电自动化光纤宽带通信平台,并向用电环节延伸,实现全覆盖、全采集、智能化控制的新一代智能配用电系统。

上海世博园智能用电示范工程

作为国家电网公司智能电网在用户端的示范项目,上海世博园智能用电项目采用H3C全套EPON解决方案,实现示范楼宇智能电网的网络化接入,实现全覆盖、全采集、全费控的新一代智能用电采集系统。同时采用一套EPON+BPLC网络实现智能宽带家庭信息互动,为未来的智能城市展现了美好的未来。

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