新能源并網通信綜合解決方案研究

劉鵬

摘 要：文章分析了新能源并網特性及通信業務需求，根據相關技術規范，闡述了為快速滿足新能源并網對智能中低壓配電通信網的技術要求，通過技術方案研究，按新能源并網電壓等級，提出了新能源并網通信綜合解決方案。

關鍵詞：T新能源；并網；通信綜合解決方案

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0075-03

隨著全球經濟的快速發展，化石能源長期占全球能源消費統治地位，在一次能源消費比例中始終保持在80%左右。在保證經濟快速發展的同時，也帶來了溫室氣體濃度增加，全球氣候變暖，極端氣象災害事件頻頻發生。同時，我國目前尚處于工業化中期后半階段，如何發展綠色經濟，已成為中國乃至全球經濟發展面臨的首要問題。

為應對經濟發展與化石能源消費矛盾，在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中明確提出，到2015年，中國非化石能源占一次能源消費比重達到11.4%，到2020年非化石能源占一次能源消費比重將達到15%左右。

因此，分布式能源、新能源等項目在近幾年得以迅猛建設并接入電網運行。但是，由于分布式新能源如風力發電的反調峰特性、光伏發電在城市氣象突然變化時帶來的負荷大幅波動等特性，目前新能源并網工程設計中對電網二次尤其是通信專業設計并沒有成熟方案，研究新能源并網對智能中低壓配電網一二次影響，電網通信如何應對新能源、智能電網建設、配電自動化等通信需求已相當緊迫。

1 新能源及分布式項目定義

①新能源項目指太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能項目。

②分布式項目即利用以上新能源發電，位于用戶所在地附近，所生產的電能主要以用戶自用和就地利用為主，多余電力送入當地中低壓電網的項目。

2 新能源并網運行特性分析

新能源并網運行特性：

①風能發電出力的時空特性、調峰特性、風速風頻特性。

②光伏發電的正調峰特性，光伏發電在電源中比例不斷增大時，城市氣象突然變化時帶來的負荷大幅波動。

③生物質發電容量越大、效率越高特性。

④大量風電接入改變了電網原有的潮流分布、線路傳輸功率及整個系統的慣量。

⑤分布式能源接入將增加傳統樹狀放射形配電網故障點的短路電流，將可能導致配電網繼電保護通信通道向網絡通信發展。

⑥分布式能源具有安裝靈活、發展迅速、容量小、數量多、分散布局的特點。

⑦分布式能源可按容量大小靈活接入220（380） V低壓配電網、10（20、35、110） kV中壓配電網。

3 新能源項目并網管理

按照《南方電網公司關于進一步支持光伏等新能源發展的指導意見》，35 kV及以上電壓等級新能源項目和10（20） kV及以下非分布式新能源項目由電網企業對應公司相關管理規定提供并網服務（類似常規電源），10（20） kV及以下分布式新能源項目由各營業窗口統一受理并網申請，居民投資的分布式項目如220（380） V由電網企業免費提供系統接入方案。

4 新能源并網通信方案規范性引用文件

規范性引用文件包括：GB 50174-2008電子信息系統機房設計規范、GB/T 19963-2011風電場接入電力系統技術規定、國家經濟貿易委員會令第30號令電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定、國家電力監管委員會令第5號令電力二次系統安全防護規定、DL/T 5344-2006電力光纖通信工程驗收規范、DL/T 5391-2007電力系統通信設計技術規定、DL/T 548-2012電力系統通信站過電壓防護規程、南方電監市場[2012]10號南方區域發電廠并網運行管理實施細則（修訂稿）、南方電監市場[2012]146號南方區域風電場參加輔助服務及并網運行管理補充規定（試行）、Q/CSG 110005-2011南方電網應用公網通信技術規范、Q/CSG 110008-2011南方電網風電場接入電網技術規范、廣東電網公司通信管理辦法。

5 新能源并網通信業務需求分析

新能源并網通信業務需求分析見表1。

根據新能源并網生產業務特性的不同，其對通信通道的帶寬、時延、誤碼等性能要求也不同，見表2。

6 新能源并網通信綜合解決方案

新能源主要接入智能電網中低壓配電網，但配電網作為智能電網直接面向客戶需求的環節，需要實時監控客戶用電情況，動態轉移負荷，提高電網供電效率。由于配電網具有結構復雜、配電設備數量龐大、分布廣等特點，由此決定了新能源接入中低壓智能配電網的自動化、計量等二次系統業務具有終端站點數量多、工作環境惡劣、單點信息量少但數據庫信息量非常龐大的特征。

通過對智能配電通信網現狀和智能配電網自動化、計量業務需求進行綜合分析，采用EPON和工業以太網交換機設備的光纖通信技術、中壓載波技術和采用TD-LTE的4G無線通信技術混合組網的方式，可以靈活快速提供多種接口的通信通道，同時滿足配網供電質量監測、線損分析、負荷控制及轉移、配變監測、用電營銷等快速增長的業務需求。新能源并網通信綜合解決方案按電壓等級可分為以下幾種。

6.1 35 kV及以上電壓等級新能源項目和10（20） kV及以

下非分布式新能源項目

6.1.1 通信方式

按電廠等常規電源通信方案，要求采用與電網技術體制統一的SDH光傳輸設備和數據網設備的光纖通信方式。

6.1.2 設備配置

①建議隨線路敷設兩條不同路由光纜，220 kV及以上電壓等級的架空線路應采用OPGW光纜；110 kV及以下電壓等級架空線路視線路情況優先考慮采用OPGW，也可采用ADSS光纜。電廠采用電纜出線時，應隨電力管道敷設全非金屬型結構的管道光纜，110 kV及以下電壓等級接入系統電廠每條光纜的光纖數量宜采用12～24芯。

②為保證繼電保護、自動化等生產實時控制業務運行，要求配置光傳輸設備、接入設備、調度數據網設備、通信直流電源設備，要求各設備關鍵板卡及部件必須具備1？誜1或1？誜N冗余保護。

6.2 10（20） kV及以下分布式新能源項目

6.2.1 通信方式

按10 kV開關站等智能配電網通信方案，依托電網主干光纖通信網，采用EPON和工業以太網交換機設備的光纖通信技術、中壓載波技術和采用TD-LTE的4G等無線通信技術混合組網的通信方式。

6.2.2 設備配置

根據新能源項目建設地點周圍環境、中低壓一次線路條件，如采用光纖通信方式，要求隨線路敷設12～24芯ADSS、OPLC、全非金屬型結構的管道光纜，配置EPON和工業以太網交換機設備，如采用無線通信方式，要求配置GPRS或TD-LTE等無線通信終端設備，如市區光纜敷設困難或無線環境惡劣，可采用中壓載波設備提供通信通道。

6.3 居民投資的分布式項目如220（380） V新能源項目

6.3.1 通信方式

考慮項目點多面廣，單點通信數據量少等特點，建議采用GPRS、TD-LTE等無線通信技術。

6.3.2 設備配置

采用GPRS、TD-LTE等無線通信終端設備。

6.4 新能源接入中低壓配電通信網綜合解決方案

新能源接入中低壓配電通信網總體拓撲圖如圖1所示。

①自動化業務通信通道。自動化業務通道可采用專線通道（4WE/M模擬通道或64 K數據通道）和網絡通道（調度數據網通道）接入。

②計量自動化業務通信通道。計量自動化業務通道可采用專線通道（4線E/M模擬通道）和網絡通道（調度數據網通道）接入。

③風功率預測、PMU等生產業務網絡通信通道。風電場風功率預測系統經二次安全防護系統與調度數據網接入交換機連接，接入交換機采用光纜與接入路由器連接，通過調度數據網形成風電場風功率預測系統工作站至中調主站系統的網絡通道。

當主控室與通信機房距離較近時，可省略接入交換機，風功率預測系統經二次安全防護系統后直接與接入路由器連接。

④繼電保護、安穩業務通信通道。建議采用與電網主網相同通信方案，即采用專用光纖通道和復用光通信（2 M）通道接入方式。

⑤調度電話通信通道。建議采用與電網主網相同通信方案，即采用傳輸接入設備提供通信通道。

⑥光纖通信網承載的智能配電網自動化終端DTU通過FE接口與工業以太網交換機、ONU互聯，配網自動化主站與終端DTU采用104規約；

⑦電力無線寬帶專網承載的配網自動化終端DTU分兩種模式。

其一，采用RS232串口模式接入安全網關（232轉FE），安全網關采用FE接口與寬帶無線終端CPE互聯，配網自動化主站與終端DTU采用101規約。

其二，采用DTU終端的FE接口接入安全網關（兩端均為FE接口），安全網關采用FE接口與寬帶無線終端CPE互聯，配網自動化主站與終端DTU采用104規約。

⑧中壓載波承載的配網自動化終端DTU通過RS232接口與從載波互聯，配網自動化主站與終端DTU采用101規約。

⑨10 kV開關站計量自動化集中器，通過FE接口與無線寬帶終端CPE互聯，計量自動化主站與集中器采用104規約，接入網方式與配電自動化FE接口互聯模式相同。

參考文獻：

[1] 陳堂，趙祖康，陳星鶯，等.配電系統及其自動化技術[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2] 商國才.電力系統自動化[M].天津：天津大學出版社，1999.

[3] 劉健，倪建立，鄧永輝.配電自動化系統[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[4] [法]努爾丁.有源智能配電網[M].北京：中國電力出版社，2012.

[5] 李英姿.太陽能光伏并網發電系統設計與應用[M].北京：機械工業出版社，2013.