10 kV分布式电源通信接入方式研究

荀思超，沈雨生，徐 荣，刘晓玥，王海军

（国网江苏盐城供电公司，江苏 盐城 224000）

0 引 言

分布式能源包含多种形式，例如风电、光伏等，通常较为分散地布置于负荷/用户现场或邻近地点。通常情况下，分布式能源接入电压等级不超过35 kV的配电网，实现发电供能。分布式能源通常站址分布较为分散，与分散的资源分布和电力需求相适应，延长了输配电网升级换代周期，大大节省了投资。同时与大电网互为备用，提高配电网供电可靠性。

10 kV及以上分布式电源主要使用远动采集方案，通过网络直接采集、控制。目前江苏省盐城区域10 kV分布式光伏通信接入方式主要有无线公网接入、无线专网接入以及光纤专网接入，采集信息包含并网点的电压、电流、开关状态、有功功率、无功功率以及发电量等。如果采用光纤专网通信方式，实时数据直接接入调度自动化主站；如果采用无线专网、公网通信方式，实时数据通过安全接入区接入调度自动化主站[1]。10 kV及以上电压等级分布式电源典型信息采集架构如图1所示。

1 10 kV分布式电源光纤化改造背景

1.1 改造必要性

传统配电网在设计阶段未考虑分布式电源的接入需求，在分布式电源并网后对现有的网络结构产生了巨大影响，会将现有的单电源辐射状网络结构转变为双电源/多电源网络结构，配电网潮流方式愈发复杂多变。用户既是用电方，又是发电方。电流流向具有双向性，并且实时动态变化。

随着电力市场的开放，分布式能源、微电网等的接入量不断增加，用电需求逐渐多样化，对现有配电网的安全性、稳定性、适应性以及经济性的要求也在不断提高，传统配电网保护方式已无法满足配电网的自愈要求。电流差动保护以其优越的灵敏性、速动性以及可以实现配网故障区间的快速定位与隔离等特点而被广泛应用，但电流差动保护对于保护装置之间通信的时效性和可靠性要求较高。

新型电力系统在供需两侧均面临更多的不确定因素，电力平衡模式从发电/用电平衡向储能、多能转换参与缓冲的平衡转变，源网荷储间的互动愈加频繁。通信网的结构从树型升级为网格型，从而满足互动增多的需求。随着大量分布式电源、电力电子信息设备的接入，量测、采集、控制、互动等环节对通信时延、可靠性、通信带宽提出更高的要求。

1.2 光纤通信技术对比

目前，配电网广泛应用的光纤通信技术包括同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）技术、以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技术以及工业以太网技术，建成的光纤专网可管可控[2]。

1.2.1 SDH

SDH技术性能指标满足通信接入网各类业务的要求，目前在电力骨干通信网中已得到广泛应用。SDH网络具备多种保护方式，其中包括系统保护（如光口1+1等）、环形自愈网保护、设备保护以及不同路由保护等，满足电信级业务保护需求。

1.2.2 EPON

EPON是一种基于以太网的点到多点的光纤通信接入方式，由局侧的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）、用户侧的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）以及光分配网（Optical Distribution Network，ODN）组成。EPON的上行和下行数据传输流程不同：在下行方向，OLT以广播形式通过ODN发送信号至各ONU，ONU通过对分组头/信元头的匹配地址进行读取，以接收并处理其中的数据；在上行方向，则采用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式接入，ONU发送的信号直达OLT，而不会发送至其他ONU。典型的EPON拓扑中，OLT放在变电站机房，ONU放在开关站、环网柜和分支箱，可以组成星型、总线型以及手拉手结构，手拉手保护也可以连接到同一个变电站OLT不同的无源光网络（Passive Optical Network，PON）口上。

对于10 kV变电线路而言，一般可靠性要求较高，可以选择手拉手组网结构，双电源手拉手网络结构与EPON全链路保护组网结构相匹配。在站点两端分别新增OLT，通过无源光纤分路器（Passive Optical Splitter，POS）沿2个方向实现级联和延伸，双PON扣保障所有ONU上行链路都可实现1+1冗余保护，光纤保护倒换时间≤100 ms。若光纤发生了中断，每个ONU仍可以与某一个OLT完成通信，从而保证网络系统的高可靠性。

1.2.3 工业以太网

工业以太网交换机的组网架构通常采取环状结构，若不具备环状拓扑组网的条件，也可以选择星型或链式拓扑结构。对于网络可靠性，环形组网的可靠性高于链式组网，当网络中出现单台设备故障时，其他交换机仍可保持通信。

2 光纤通信典型接入方案

2.1 SDH方案

在分布式电源站点新增1台光端机设备，同时在对侧接入的系统变电站现有光端机上相应扩容光口，开通分布式电源站点至接入系统站点的光通信电路，将分布式电源站点的自动化业务、通信业务等接入系统，构成站点至系统的通信通道。SDH接入方案如图2所示。

2.2 设备共享方案

10 kV分布式电源调度自动化业务与配电自动化业务同属生产控制大区类业务，生产控制大区内的业务系统间需采取访问控制等安全防护措施，对系统之间的互通进行管控限制，承载网络需具备虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）、访问控制功能[3]。

2.2.1 OLT设备

在分布式电源点配置1台ONU设备，接入对侧变电站配网自动化/新建OLT设备，通过ONU设备将调度数据网业务传输至系统站OLT，将分布式电源点的自动化及通信等业务接入系统，构成站点至系统的通信通道。OLT接入方案如图3所示。

2.2.2 交换机设备

在分布式电源点新增1台工业以太网交换机设备，接入对侧站点现有配网自动化以太网交换机设备，开通GE光传输链路，将分布式电源点的自动化及通信等业务接入系统，构成站点至系统的通信通道。交换机接入方案如图4所示。

2.3 裸纤承载方案

在分布式电源点配置1台以太网交换机，并在接入的系统变电站现有光端机设备上新增GE以太网板卡，开通分布式电源点至系统站点的GE光通信链路，将分布式电源点的自动化业务、通信业务等接入系统，构成站点至系统的通信通道[4]。裸纤承载接入方案如图5所示。

3 方案比选

小型SDH接入方案能够满足分布式电源接入的物理隔离需求，新增设备接入现网设备网管能够实现全程监控通信传输链路，备品备件统一。但该方案需要增加光板，电源点需增加小型SDH设备，总体增加了投资。

配电自动化设备共享方案能够充分利用现有配电自动化设备资源，在接入变电站具备OLT设备情况下，电源点仅需增加ONU设备。但配电自动化数据和调度自动化数据仅满足逻辑隔离，自动化专业需根据自身要求进行设备升级与安全方案完善。同时，一机多用造成后续运维界面模糊，无法实时监控链路状态。

裸纤承载方案能够满足分布式电源接入的物理隔离需求，仅需在接入变电站扩容GE板卡，投资较少。但电源侧接入能力有限，仅能接入调度数据网，如果后续有其他接入需求，扩展接入灵活性较差。

从提高系统可靠性、业务安全隔离度、扩展能力等角度考虑，10 kV分布式电源通信接入可以采用小型SDH接入方案[5]。

4 结 论

分布式电源光纤化接入方式能够有效满足调度自动化可观、可测、可调、可控的需求，为更加频繁的互动、采集提供充裕带宽，为新型电力系统建设提供可靠的通信保障。结合江苏省盐城地区10 kV分布式电源通信接入现状，提出10 kV分布式电源光纤化改造方案，并针对不同的技术方案进行了比选，具有一定的参考意义。