光伏電站通信接入建設(shè)方案現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究

黃楊+張明昭

【摘要】 隨著國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電的大力支持和鼓勵(lì)，現(xiàn)在的中小光伏電站以及分布式光伏電站越來越多。本文分析了主流的電站通信接入方案，以及目前配網(wǎng)通信建設(shè)方案，再結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)政策的技術(shù)規(guī)定，對(duì)各類光伏電站通信接入的主流技術(shù)方案及建設(shè)趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)及研究。

【關(guān)鍵詞】 中小光伏 分布式光伏 通信接入 光伏政策

一、概述

電力通信系統(tǒng)為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行提供全面的支撐，如調(diào)度和站用內(nèi)線電話，2M及光纖通信等。其主要作用是為保護(hù)、自動(dòng)化等設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)可用的通道，供站與站之間的設(shè)備進(jìn)行通信，并將站內(nèi)信號(hào)上傳到局端。

所有的發(fā)電以及受電項(xiàng)目都需要將升壓站或變電站的站內(nèi)信號(hào)通過電力通信系統(tǒng)接入至各供電公司局端，本文稱此為電力通信接入系統(tǒng)。

對(duì)光伏電站而言，通信接入系統(tǒng)也是光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。

二、光伏電站通信接入系統(tǒng)現(xiàn)狀

以往傳統(tǒng)地面光伏電站建有專門的升壓站，通信接入系統(tǒng)的建設(shè)方案一般參考主網(wǎng)變電站的建設(shè)方案，，即采用SDH光通信的方式接入至供電公司SDH光纖通信網(wǎng)，設(shè)備網(wǎng)管信息也傳入地調(diào)網(wǎng)管平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

與地面光伏電站不同，中小光伏以及分布式光伏面對(duì)的是廣大的用戶端市場(chǎng)，具有裝機(jī)量小、數(shù)量多、安裝便捷等特點(diǎn)，主要是通過10千伏及以下電壓等級(jí)接入當(dāng)?shù)毓╇姽镜呐渚W(wǎng)。

考慮到中小電站及分布式光伏電站投資小，數(shù)量多的特點(diǎn)，以及配網(wǎng)目前采用的主流通信技術(shù)（PON、工業(yè)以太網(wǎng)、電力載波通信、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)等）也不再包含SDH光纖通信技術(shù)，中小光伏及分布式光伏電站的通信接入系統(tǒng)的建設(shè)很難照搬地面光伏電站的建設(shè)方案。如果照搬SDH光通信的建設(shè)方案，將會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

1、SDH設(shè)備預(yù)算高，中小光伏以及分布式光伏項(xiàng)目難以承受。

2、如果所有的光伏電站的新建SDH設(shè)備全部納入現(xiàn)有的SDH通信設(shè)備網(wǎng)管，現(xiàn)有網(wǎng)管的網(wǎng)管節(jié)點(diǎn)將越來越多，給主網(wǎng)光傳輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行維護(hù)帶來干擾。

3、現(xiàn)在的SDH核心網(wǎng)容量難以滿足越來越多的站點(diǎn)接入要求。

綜上所述，由于分布式光伏發(fā)電站點(diǎn)眾多、分布廣泛、安置環(huán)境復(fù)雜，針對(duì)中小光伏電站以及分布式光伏電站的通信接入問題，單一通過新增SDH光傳輸設(shè)備的方式無(wú)法解決中小光伏電站及分布式光伏電站的通信接入問題。

三、配網(wǎng)通信接入主流技術(shù)說明

目前我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)中，省級(jí)、市級(jí)電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。相對(duì)而言，電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)還處于比較薄弱、落后的環(huán)節(jié)。

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)需要依靠通暢的通信管道將控制中心的命令準(zhǔn)確快速地傳送到眾多遠(yuǎn)方配電終端，并且將反映遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息反饋到控制中心，以便于集中監(jiān)控。而信息通道問題是目前實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的瓶頸，但傳統(tǒng)的通信解決方案又很難適應(yīng)大規(guī)模配電通信網(wǎng)絡(luò)的要求。

前幾年，關(guān)于配網(wǎng)通信接入技術(shù)的討論非常多，經(jīng)過幾年時(shí)間的沉淀和積累，目前業(yè)界認(rèn)可的主流配網(wǎng)通信接入技術(shù)有：PON、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、電力載波、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)。

以下就各類接入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。

PON 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)：具有帶寬大，系統(tǒng)可靠，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，目前工業(yè)PON 的建設(shè)成本已大幅降低，成為配網(wǎng)通信的主流技術(shù)。但由于配網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣泛，接入環(huán)境復(fù)雜，一些偏遠(yuǎn)站點(diǎn)不具備敷設(shè)光纜的管道資源，或單獨(dú)敷設(shè)光纜成本過高，需要其他通信方式作為有效補(bǔ)充。

工業(yè)以太網(wǎng)：以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于在國(guó)際范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，具備高帶寬、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、擴(kuò)展性好、容易安裝以及高可靠性等特點(diǎn)。但在配網(wǎng)自動(dòng)化通信中，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿足點(diǎn)到多點(diǎn)通信、擴(kuò)容性、抗多點(diǎn)失效等要求，不適于接入端大規(guī)模應(yīng)用。

電力載波通信：由于配電線路情況復(fù)雜，分支線路多，配電網(wǎng)開關(guān)、斷點(diǎn)眾多，電力線載波傳輸速率低，因此，配網(wǎng)電力線的傳輸特性時(shí)變性強(qiáng)，波動(dòng)較大，噪聲干擾復(fù)雜，信號(hào)衰減快，受上述技術(shù)的局限，基于配電線路的載波通信技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還比較少。

電力無(wú)線專網(wǎng)：無(wú)線通信技術(shù)架設(shè)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置安裝靈活，可以很好地解決配電網(wǎng)架變動(dòng)頻繁對(duì)配電通信系統(tǒng)建設(shè)造成的困難。但容易受到地形限制和環(huán)境影響，且無(wú)線專網(wǎng)投資較大。

無(wú)線公網(wǎng)：投資小、建設(shè)速度快。但安全性很低，長(zhǎng)期租用運(yùn)營(yíng)成本高，接入運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)，設(shè)備易被攻擊、數(shù)據(jù)易遭篡改；實(shí)時(shí)性差，由于與普通無(wú)線終端客戶共享帶寬，延時(shí)、擁塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重；可靠性不高。無(wú)線公網(wǎng)通信方式較適合作為配網(wǎng)通信的補(bǔ)充通信方式。

通過對(duì)幾種通信技術(shù)作了較詳盡的比較，可以看出不同的通信技術(shù)有其不同的性能、特點(diǎn)和應(yīng)用，其系統(tǒng)造價(jià)、工程維護(hù)等較敏感指標(biāo)也有差異，而這些對(duì)配網(wǎng)通信系統(tǒng)來說是很關(guān)鍵的問題。

四、中小光伏及分布光伏電站通信接入方案選擇

考慮到小中光伏電站及分布式光伏電站站點(diǎn)眾多、分布廣泛、安置環(huán)境復(fù)雜。在實(shí)際建設(shè)中，各類光伏電站的通信接入方案也需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況因地制宜，同時(shí)考慮應(yīng)用需求、經(jīng)濟(jì)成本、安全等因素，綜合采用最適宜的通信方案。

根據(jù)光伏接入容量不同及接入線路等級(jí)不同，可根據(jù)以下原則采用相應(yīng)的解決方案：

1、大中型光伏電站，仍舊沿用新增SDH光傳輸設(shè)備的方式進(jìn)行接入。

2、中小型光伏電站，可采用SDH與PCM設(shè)備合設(shè)的光端機(jī)設(shè)備，在不違背現(xiàn)有電網(wǎng)通信系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程的基礎(chǔ)上節(jié)約投資預(yù)算。

3、分布式光伏電站，可采用配網(wǎng)目前采用的主流通信技術(shù)如PON、工業(yè)以太網(wǎng)、電力載波通信、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)等因地制宜，靈活接入。

方案1在現(xiàn)網(wǎng)已有大量使用，方案3與對(duì)端配網(wǎng)設(shè)備配置一致即可，本文對(duì)方案2中用到的設(shè)備選型及組網(wǎng)方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

4.1中小光伏電站接入方案組網(wǎng)及說明

供電公司調(diào)度側(cè)：

地調(diào)配置1臺(tái)SDH與PCM合設(shè)的光端機(jī)設(shè)備，專用于接入中小型光伏電站的業(yè)務(wù)及設(shè)備網(wǎng)管信息，中間可通過155M光口或2M接口與傳輸?shù)腟DH光傳輸設(shè)備互聯(lián)互通。

各光伏電站的設(shè)備網(wǎng)管信息可以通過E1連接透?jìng)髦恋卣{(diào)側(cè)的光端機(jī)設(shè)備，從而對(duì)數(shù)量眾多的接入設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一網(wǎng)管。

光伏電站側(cè)：

（1）如果對(duì)端站的SDH設(shè)備有多余的光口可以擴(kuò)容，可以在光伏電站側(cè)配置1臺(tái)帶155M光接口的PCM設(shè)備，上行與現(xiàn)有的中興、華為等主流廠商的SDH設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通。下行可提供E1/語(yǔ)音/232/EM/以太網(wǎng)等各類需要上傳的數(shù)據(jù)接口供光伏電站的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入。

（2）如果對(duì)端站光口資源匱乏，可以在對(duì)端站及光伏電站各配置一臺(tái)PCM設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通，對(duì)端站的PCM設(shè)備與現(xiàn)有SDH光傳輸設(shè)備通過E1進(jìn)行對(duì)接，兩臺(tái)PCM設(shè)備之間通過光纖接口互聯(lián)。

目前主流的PCM設(shè)備都可提供SDH系統(tǒng)要求的155M光口，同時(shí)可提供E1/語(yǔ)音/232/EM/以太網(wǎng)等各類低速信號(hào)。相關(guān)設(shè)備的網(wǎng)管信號(hào)也可通過與SDH設(shè)備對(duì)接的E1接口透?jìng)髦凉╇姽镜卣{(diào)側(cè)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

4.2方案優(yōu)勢(shì)說明

上述組網(wǎng)方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、節(jié)約用戶投資。

2、中小電站及分布式光伏電站數(shù)量眾多，采用上述通信接入方案后可將數(shù)量眾多的相關(guān)設(shè)備單獨(dú)統(tǒng)一網(wǎng)管，以減輕現(xiàn)網(wǎng)SDH傳輸網(wǎng)管的運(yùn)維壓力。

3、如果采用在對(duì)端站2M落地再對(duì)接的方式，可以有效節(jié)約現(xiàn)有SDH核心環(huán)網(wǎng)的容量壓力和對(duì)端站SDH設(shè)備的光口擴(kuò)容壓力。

4、所有相關(guān)設(shè)備采用統(tǒng)一網(wǎng)管后，后期運(yùn)維過程中可全程網(wǎng)管，以減少運(yùn)維死角。

5、現(xiàn)有的SDH設(shè)備配置方案中，同時(shí)也配置有PCM設(shè)備，兩種設(shè)備也需要分開單獨(dú)設(shè)立網(wǎng)管，兩種設(shè)備合設(shè)后可減輕后期運(yùn)維壓力。

五、各類技術(shù)方案總結(jié)

針對(duì)20MW以上的大型光伏電站，可仍然采用SDH光傳輸設(shè)備的接入模式，以保證系統(tǒng)的兼容性、安全性、可靠性。

針對(duì)20MW及以下的中小光伏電站，可考慮采用可采用SDH與PCM設(shè)備合設(shè)的光端機(jī)設(shè)備，在不違背現(xiàn)有電網(wǎng)通信系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程的基礎(chǔ)上節(jié)約用戶投資預(yù)算。

針對(duì)小于6MW，接入等級(jí)在10KV及以下的分布式光伏電站，可采用配網(wǎng)目前采用的主流通信技術(shù)如PON、工業(yè)以太網(wǎng)、電力載波通信、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)等進(jìn)行接入。從通信的可靠性、安全性要求考慮，優(yōu)先采用光纖網(wǎng)絡(luò)，選用技術(shù)可根據(jù)具體情況采用PON或工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。在光纖不易到達(dá)的地區(qū)，采用無(wú)線專網(wǎng)或無(wú)線公網(wǎng)的方式進(jìn)行接入。

綜上所述，即在實(shí)際建設(shè)中，各類光伏電站的通信接入方案應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況因地制宜，同時(shí)考慮應(yīng)用需求、經(jīng)濟(jì)成本、安全等因素，綜合采用最適宜的通信方案，而不應(yīng)該一概而論，簡(jiǎn)單的一刀切。

當(dāng)然，無(wú)論以何種通信方式接入，通信設(shè)備下掛的二次安防設(shè)備的配置仍應(yīng)滿足電力監(jiān)控部門關(guān)于二次安防的配置要求，配置對(duì)應(yīng)的加密裝置及隔離裝置，從而保證電力通信系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鄭偉軍，馮曉真，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入配網(wǎng)通信技術(shù)，農(nóng)村電氣化，2014

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于促進(jìn)分布式電源并網(wǎng)管理工作的意見，國(guó)家電網(wǎng)，2013

[3]分布式電源接入配電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，國(guó)家電網(wǎng)，2013

[4]DLT 544-2012 電力通信運(yùn)行管理規(guī)程，2012

[5]DLT 547-2010 電力系統(tǒng)光纖通信運(yùn)行管理規(guī)程，2010

[6]汪潔，易予江.電力企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)安全分析與對(duì)策[J].電力信息化.2011（10）.