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打造可靠高效运行的电网“神经系统”——基于F5G的电力通信网创新实践

日期:2022-12-30    来源:国际能源网

国际电力网

2022
12/30
11:12
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关键词: 电力通信 配电自动化 电网数字化

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。

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。

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。

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。

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。

传统电表数据的传输主要采用无线公网的方式。但是电表通常安装在电井和地下室内,无线信号受建筑物遮挡,很不稳定,采集成功率不高。

联合创新小组进行了国内首次光纤到表的互通尝试。通过与电信运营商共建共享的合作模式,光纤从配电室延伸到电表,实现了电力计量数据的高效、可靠传输。

这项光纤到表的试点工作覆盖了8个台区的2600块电表。一年以来,所有的数据采集、传输没有发生一次失败,采集成功率达100%。

三、打开物理世界与数字空间实时交互的“新通道”

联合创新小组将合作的创新和实践成果进行了总结提炼,形成《F5G电力全光网架构与技术白皮书》,贡献给业界同行。白皮书中,提出了基于F5G技术的电力通信目标网架构,详述了在新型电力系统建设背景下通信网络的设计原则和关键技术。

F5G电力全光网架构融合的SDH、OTN、OSU多种技术,可以灵活承载各种业务,满足从2M~100G任意速率的业务接入的传输需求。未来,随着通信技术的不断成熟,接入网络将集通信、感知、计算能力于一身,通过亚毫秒级时延、厘米级定位、毫米级成像、光纤精密感知等关键技术,实现“通信感知融合”,打开物理世界与数字空间实时交互的“新通道”。

我们将秉持开放合作、创新进取的精神,与华为及业界同仁一起,为新型电力系统构建安全可靠、技术领先、面向未来的下一代电力通信网。(本文作者: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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