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近年来,随着新型电力系统建设的不断深入,电力通信网已成为与电力实体网同生共存的第二张网。如果将电力网比作电力系统的“血液系统”,电力通信网就是支撑电力系统可靠高效运行的“神经系统”——其已成为电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础,是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段,是电力系统的核心基础设施。
一、新型电力系统建设呼唤电力通信网升级
在“双碳”背景下,新能源飞速发展,如何确保电力系统安全稳定运行、新能源高比例消纳、提升运营效率、最大程度提升客户及员工的体验,电力系统面临巨大挑战。相比传统电力系统,新型电力系统突出表现在三个方面的变化。
从电力供给看,由传统以煤电、水电为主的大电厂集中式供应,逐步加入了风电、光电等可再生绿色能源的多样化供应主体。电力接入方式更加开放、灵活。
从电网结构看,由发输变配用单向逐级的链型网络,向以主干电网为核心,微电网、聚合商、储能等多种电网主体并存的网状网转变。传统的发电侧、供电侧和负荷侧的角色将动态变化。
从运行特征看,由源随荷动的实时平衡控制模式,向源网荷储一体化控制模式转变。调度控制系统需获取大量实时数据进行精准预判,才能实现电网运行动态平衡,提升电网运行效能。
随着电力体制改革深化,电网安全、优质运行的要求进一步提高,应用新的通信架构、应用模式和通信技术为新型电力系统服务,显得尤为迫切。
在电网数字化、智能化转型中,传统意义上的电网末端将转身成为数据源端,成为实际控制电网运行的出发点和落脚点。因此,通信接入网需深度感知电网态势,从业务支撑系统转变为核心业务系统,将沿着泛在联接、超大带宽、超高可靠、超低时延四个方向持续演进。
对比已经建成的以光纤通信为主要方式的“三纵四横”电力通信骨干网,通信接入网的建设还任重而道远。
两年来,我们就如何充分发挥光纤、5G、卫星等多种通信技术的优势,满足不同场景下电力终端接入需求,作为突破口,展开了重点研究与探索。
二、试点横向整合和与纵向打通
F5G作为新一代固定网络技术,具有超大带宽、全光接入和确定性体验三大特征,精确匹配新型电力系统建设对电力通信接入网的需求。
我们与华为公司组成联合创新小组,基于F5G技术在网络架构优化、配电自动化和用电信息采集三个重要场景实践出一套可行的方案,并且取得了阶段性成果。
以往,电力通信网架构为倒三角形,电压等级越低带宽越小。但是随着新型电力系统建设的深化,越来越多的智慧物联终端接入到电力系统。海量的终端必将产生海量的数据。目前,地市汇聚层网络带宽以155/622M为主,已经成为发展的瓶颈。
联合创新小组基于F5G技术,研发H-OTN新型通信设备,在地市汇聚层试点横向整合和纵向打通。
横向整合是指,H-OTN集成了SDH、OLT和OTN三种设备的能力,可同时作为配网的汇聚节点、地市SDH网络的备份以及主干OTN网络的延伸。相比以往采用设备堆叠的方式,可节省50%以上的机柜占用空间;H-OTN最大支持100G带宽,并且数据完全在设备内部处理,安全性和传输效率也得到大幅提升。
纵向打通是指,H-OTN作为连接骨干网和接入网的桥梁,实现两张网络的无缝衔接。传统方式下,视频流等业务数据在两张网络之间传输时,需要经过多次数据转换,实时性差,也存在安全风险。H-OTN支持OSU硬管道穿通技术,可直接一跳送达需求方。
联合创新小组在国网太原供电公司的三个变电站展开了试点工作。现在,变电站内20多个摄像机的带宽由512K提升到10M,已经可以满足高清视频传输需要。
配电自动化的目标是实现配电网的可观、可测、可调、可控。通过部署在配网的智能传感器、智能开关等电力终端设备,联合创新小组可以实时掌控配电网络的状态,第一时间发现故障并以最快的速度解决,把影响降至最低。
如何实现这些电力终端设备安全可靠的信息传输,是一大难题。
传统的通信方式有无线传输、电力载波、光纤通信三种方式。无线传输的安全性得不到保障;电力载波易受干扰,信号稳定性较差;光纤通信是安全性、稳定性最好的通信方式,但受限于光纤资源。
为了充分利用现有的光纤资源覆盖尽可能多的配网节点,我们创新的提出F5G电力接入网的解决方案。
相比传统的光纤网络,该解决方案具有两大创新点。
第一是多网合一。OSU硬管道技术为不同类型的业务分配独占的时隙,实现了不同业务之间的物理隔离,使“三遥”、风控、营销等业务可以通过一根光纤传输。
第二是安全可靠。由于采用了无损工业光网技术,仅用两根光纤就可以实现业务1+1保护。
经过近两年的努力,我们部署了1400多个光终端,配网站点的通信成功率达100%。今年上半年,户均停电时间相比去年同期降低了27.9%。
精准负荷控制是实现源网荷储一体化的重要手段。前提是可获取实时、准确的用电信息。
(作者系中国电机工程学会电力通信专委会委员、国网山西省电力公司数字化工作部主任 马万里)
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1月30日,天津公司配电通信网及卫星通信的规划建设方案顺利通过国网调控中心评审。本次配电通信网规划建设方案由经研院牵头,城南、城西和城东公司参与联合完成。报告分析了光纤、载波、无线等通信方式下配电自动化、分布式电源调控、负荷控制等业务承载情况,找出存在问题、给出优化建议,结合天津公
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