電力信息通信技術在電網中的應用

關 鵬

（國網北京市電力公司海淀供電公司，北京 100080）

1 電力信息通信技術的應用原則與功能需求

1.1 電力信息通信技術應用原則

結合目前智能電網發展趨勢，電力信息通信技術的應用需要滿足調控分中心主干通信網和省際通信網規劃要求。電力信息通信技術應用原則具體表現如下：為變電站提供到調控分中心和二級電力調度機構（以下簡稱中調）各路獨立語音信息通道；變電站遠動信息傳輸至調控分中心和中調可采用一路電力調度數據網通道，“一主一備”；變電站到調控分中心設定一條點對點專線，用于傳輸遠動信息[1]；滿足繼電保護信息傳送和指令下達的通信功能。

1.2 電力信息通信技術功能需求

為保證電網運行的安全性、經濟性，電力信息通信技術的應用具備以下功能：一是話音業務，包括調度、會議及生產管理等電話業務；二是數據業務，包括線路繼電保護、電網自動裝置數據、自動化調度數據、管理信息系統運行數據、電力市場營銷數據以及辦公自動化數據等；三是視頻業務，包括會議電視、電廠監控視頻以及變電站監控視頻；四是多媒體業務，包括信息檢索、信息處理與計算、E-mail、可視化圖文、視頻點播以及多媒體會議等。

后續相關業務量還會繼續增加，需要進一步擴大電網和變電站通信傳輸容量，以滿足多業務需求。

2 電網建設中常見的幾種電力信息通信技術

2.1 SV 通信技術

在智能電網中，通過組播傳遞信息的方式實現虛擬信道（Signaling Virtual，SV）與以太網物理層、數據鏈路層的通信，可細分為點對點網絡、交換機網絡。組網通信模式下，通過光纖連接微型單元（Miniature Unit，MU）接口和電力設備接口。交換機具備自主檢測功能，能夠分析傳輸信號的安全性，在檢測無異常情況下，整個交換機網絡正常傳輸信息，否則中斷傳輸信息。點對點網絡是一種直連網絡方案，直接將信息由信息傳輸點傳遞至信息接收點。

在通信記錄方面，通信單元和通信裝置通過光纖線路與交換機連接，交換機負責將通信單元數據傳輸給調控分中心，調控分中心根據所采集的數據信息生成調空指令，并由交換機下達給電力設備，實現相應動作。整個過程中，SV 通信記錄系統負責采集、上傳以及下發整個流程信息，包括信息完整性、采樣點間隔時間及信息傳遞延遲波動等[2]。SV 通信記錄系統憑借交換機實現信息記錄，可根據所采集的數據情況判斷信息通信網絡的運行狀態。在實際應用中，可在交換機上預留監聽端口，端口通過光纖與組網和監聽設備連接，從而監聽整個通信過程。

2.2 GOOSE 通信技術

面向通用對象的變電站事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）通信技術在電網通信領域應用十分廣泛。GOOSE 通信技術通過映射以太網物理層、數據鏈路層的方法，實現信息傳遞（組網模式）。GOOSE 通信技術同樣可分為點對點網絡和交換機網絡2 種形式。基于交換機的GOOSE 通信技術體系中包含重發機制，一旦通信模塊因故障需要系統自動重啟但沒有任何動作的情況下，GOOSE 通信網絡就會重發動作指令，確保整個電網系統運行的可靠性。GOOSE 系統發送報文中，按照時間順序從T0開始發送報文，逐漸按照T1,T2,…,Tn時間順序完成報文發送，一旦發送期間出現故障，系統就直接修復故障時間段內的故障，并重新從T0開始發送。基于點對點的GOOSE 通信模式由于流量小、傳輸信號類型單一，已逐漸淘汰，主要以交換機GOOSE 信息通信為主。

在通信監聽方面，GOOSE 通信監聽技術基于SV通信記錄技術改進，要求所有需要被監聽的數據，如網絡交換機數據、電力設備輸出端數據以及電力設備輸入端數據均連接交換機。多個電力設備同時在交換機網絡中傳遞信息，因此GOOSE 通信監聽系統負責同時記錄信息傳輸過程和網絡環境狀態，用戶從交換機中即可獲取所有通信數據。結合GOOSE 組網傳輸原理，通過交換機連接所有的電力設備和監聽裝置，從而實現全系統的通信監聽功能[3]。

2.3 點對點通信記錄技術

通信記錄技術采用直連方法連接通信單元與記錄裝置，中間不設置交換機，所記錄的信息內容與SV 通信記錄技術內容大致相同，但由于缺乏交換機作用，雖能獲取原始信息數據，但數據采樣會脫離網絡交換環境，只能獲取數據本身狀態信息，所有信息均要在兩“點”中獲取，需要分隔傳輸信號，將信號鏈路分為2 路，其中1 路信號負責獲取和記錄信息，另1 路信號負責監聽信號情況。

3 電力信息通信技術在電網中的應用方案

隨著可再生能源柔性直流電網示范工程建設，配套建設光纖通信工程。其中，柔性直流通信系統四端通信網絡的建設，與調控分中心光纖通信系統聯結，為變電站提供多通道信息通信模式，對保證變電站運行安全性、可靠性有著重要意義。

3.1 應用整體方案

結合“統一調度、分級管理”要求，某智能變電站由國家電網有限公司華北電力調控分中心（以下簡稱調控分中心）調度，接受調控分中心下達的自動發電控制和自動壓力控制指令，電場遠動信息傳送給調控分中心。同時，為滿足中調對某變電站運行狀況實時監控，電廠遠動信息還需要向中調傳送。為確保電網系統滿足信息傳輸要求，采用雙機冗余配置方案，信息采集設計遵循“直調直采、直采直送”的原則[4]。

光纖電路整體架構如圖1 所示。根據行業規定標準，某變電站配備2 套STM-16 光傳輸設備，一套設備配備2 塊STM-16 光接口板，另一套設備配備2塊STM-4 光接口板，將其接入調控分中心光纖網絡系統。另外，變電站配備2 套STM-16 光傳輸設備，每套設備配備2 塊STM-4 光接口板，接入中調光纖通信系統。這4 套設備根據換流站設備型號，與對側設備一一對接。

圖1 光纖電路整體架構

3.2 傳輸通道組織

某變電站作為公共電網和地區電網的重要電源點，具有非常重要的地位。因此，在電力信息通信技術應用中變電站至少要設置2 個獨立電路向調控分中心和中調傳輸信息。文章設計方案均不開設電力線載波通道，出線側A 相、B 相、C 相均不加裝線路阻波器。

3.3 信息通信設備配置

某變電站設計中的500 kV 光纖傳輸系統，共有4 套2.5Gb/s 設備，其中2 套設備用于接入調控分中心、另外2 套接入中調。設計采用1 套維護激光通信終端（Laser Communication Terminal，LCT），1 套數字程控調度交換機，該交換機共有48 個端口，并且交換機的信令、制式與電網交換網所用設備保持一致，是典型的GOOSE 通信系統模式。配置2 套觸摸屏調度操作臺、1 套錄音系統（16 通道）、1 套會議電視一體化終端及1 臺兩層交換機接入調控分中心視頻會議系統，業務交換機、路由器接入調控分中心和中調綜合數據網，1 套容災終端綜合接入設備（Integrated Access Device，IAD）接入中調容災系統，2 套廣播呼叫終端分別接入調控分中心和中調通信系統[5]。

3.4 通信電源設計方案

為保證數據信息傳播的暢通性，保障光電通信系統運行安全性，某變電站信息通信電源采用持續供電的直流電源，電壓標準為-48 V，采用雙重優化配置方案。以蓄電池4 h 持續放電為標準，計算電源和蓄電池系統參數。配置2套-48 V/500 A高頻開關電源，2 套直流配電屏，4 組500 Ah/-48 V 蓄電池和4 臺蓄電池巡檢儀，構成雙重化電源系統，確保通信電源的可靠性。

3.5 通信機房布置

為保證整個電網系統的安全性和穩定性，某變電站信息通信工程采用獨立通信機房和蓄電池室。在通信機房選擇中，考慮后續運維和管理，將系統通信設備和行政通信設備統一合并布置在地面開關樓第5層的通信機房。這些設備主要包括程控交換機、調度交換機、光電通信設備、綜合數據網設備以及通信電源等。通信機房總面積約為126 m2，采用活動底板保證后續調整的靈活性，底板下設置300 mm×200 mm網格橋架用于網絡布線，提高布線美觀性、便于管理。蓄電池室布置在地面開關樓第6 層，共有4 組蓄電池[6]。

4 應用電力信息通信技術實現的功能

4.1 調度自動化及電費計算

結合調度交換網拓撲結構，如圖2 所示。變電站遠動信息通過通信模塊傳輸至調控中心。由調控中心的脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation，PCM），提供一個遠動信息專用傳輸通道，以實現點對點通信。分別向調控中心提供一路撥號通道，用于傳輸電能計費系統數據信息。

圖2 調度交換網拓撲圖

4.2 語音與視頻會議電視功能

在原有的通信模塊基礎上配置1 套與調控中心系統一體化的語音和視頻會議電視系統，使用交換機接入話音與視頻會議電視，采用綜合數據網絡與調控中心電網微控制單元（Micro Controller Unit，MCU）連接。在運維中心布置小型會議室，借助信息通信通道實時傳遞視頻信號，從而實現語音與視頻會議功能，并監聽傳遞的數據。

4.3 數據通信網與安全調度功能

結合調度中心運行安全要求和某變電站實際情況，數據通信網與安全調度系統通過接口連接，變電站作通信系統經通信接口接入調度中心通信網節點，實現多網聯通。安全調度系統終端IAD 接入電網實現遠程調度。在通信機房統一布置通信網設備、交換機及IAD，根據需求在電站控制室內布設電話機和廣播呼叫終端。

4.4 調度廣播呼叫終端系統

調度廣播呼叫終端，接入調控中心的容災系統。采用終端桌面式安裝調度廣播，發起廣播呼叫后，會議終端自動檢測信號即會自動應答，并切換到外放廣播進行呼叫，如果需要遠程通話，則在工作人員拿起話筒后自動切換為對講模式，實現直接溝通。

5 結 論

電力信息通信技術在電網中的應用，不僅能進一步完善智能變電站的通信功能，而且能保障電網通信質量和效率，對推動智能電網建設進程、實現變電站“無人值守”的目標有著重要意義。因此，需要針對智能電網建設需求，積極應用智能技術和通信技術，組建智能電網完整的通信體系，加強電網日常運營管理綜合效益。