適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的地區(qū)光傳輸網(wǎng)建設(shè)策略

馬世峰，金 越，范 波，張連平

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200333）

0 引言

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是我國(guó)政府基于保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)施作出的重大決策部署。為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，新型電力系統(tǒng)中可再生能源的比重將越來(lái)越高。

地區(qū)光傳輸網(wǎng)是地區(qū)電網(wǎng)各類站點(diǎn)進(jìn)行電力數(shù)據(jù)和信息交互的重要承載平臺(tái)。在新型電力系統(tǒng)中，一方面越來(lái)越多的風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等站點(diǎn)接入電網(wǎng)，各類接線方式將對(duì)地區(qū)光傳輸網(wǎng)帶來(lái)各方面影響；另一方面，隨著新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)的加深和大數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用，電力大數(shù)據(jù)將朝著“容量大、類型多、速度快、精度準(zhǔn)、價(jià)值高”的特征方向發(fā)展，這均對(duì)地區(qū)光傳輸網(wǎng)提出了更高要求。

本文從新能源T接接入場(chǎng)景、精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)場(chǎng)景入手，結(jié)合2種場(chǎng)景中新型信息業(yè)務(wù)特點(diǎn)、對(duì)現(xiàn)有通信傳輸?shù)挠绊戇M(jìn)行分析，提出了地區(qū)光傳輸網(wǎng)的適應(yīng)性策略。

1 地區(qū)光傳輸網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 地區(qū)光傳輸網(wǎng)概述

地區(qū)光傳輸網(wǎng)按照調(diào)度運(yùn)行管理屬于四級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，是電力系統(tǒng)重要的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

地區(qū)光傳輸網(wǎng)主要涵蓋地區(qū)調(diào)度機(jī)構(gòu)、220 kV變、110 kV變、35 kV變、各類大用戶站、傳統(tǒng)發(fā)電廠、新能源電站等各類站點(diǎn)，是新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)的重要通信承載平臺(tái)。目前地區(qū)光傳輸網(wǎng)以SDH技術(shù)體制為主，少數(shù)地區(qū)已建設(shè)部署更為寬帶的OTN傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1.2 地區(qū)光傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)類型

地區(qū)光傳輸網(wǎng)目前主要包括電網(wǎng)生產(chǎn)和管理等業(yè)務(wù)，電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)包括線路保護(hù)、穩(wěn)定控制、調(diào)度電話、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、生產(chǎn)監(jiān)控等，管理業(yè)務(wù)包括綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、行政電話等。電網(wǎng)站點(diǎn)與各類型電廠間的業(yè)務(wù)主要包括線路保護(hù)、穩(wěn)定控制、調(diào)度電話和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)等。

2 地區(qū)光傳輸網(wǎng)在新能源T接接入場(chǎng)景適應(yīng)性分析

2.1 新能源接入電網(wǎng)新方式

近年來(lái)，隨著風(fēng)電、光伏等新能源的增多，因其電源接入特點(diǎn)也越來(lái)越多出現(xiàn)T接接入電網(wǎng)的方式，比如風(fēng)電送出采用以2個(gè)或多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)共用一回線路的送出方式。另外隨著500 kV網(wǎng)架的加強(qiáng)和220 kV電網(wǎng)分層分區(qū)規(guī)劃的實(shí)施，為提高220 kV線路的利用率，在220 kV線路上也出現(xiàn)T接的方式。站點(diǎn)T接接網(wǎng)方式示意圖如圖1所示。

圖1 線路T接接網(wǎng)方式示意圖

2.2 線路T接接網(wǎng)保護(hù)通道配置要求

本文選擇配置方式較為復(fù)雜的220 kV架空線路為例進(jìn)行分析。就220 kV線路常用的線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，從原理上主要分為：①距離保護(hù)及配合通道構(gòu)成的距離縱聯(lián)保護(hù)(高頻距離保護(hù))；②方向縱聯(lián)保護(hù)(高頻方向保護(hù))；③線路差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)(光纖差動(dòng)保護(hù))。

在220 kV線路T接方式下，保護(hù)通道主要配置為三端光纖電流差動(dòng)保護(hù)。以單回線T接入單回線的保護(hù)配置為例，3個(gè)站點(diǎn)的繼電保護(hù)設(shè)備配置如圖2所示。

圖2 線路T接方式繼電保護(hù)配置示意圖(單回線單T)

該線路保護(hù)配置方式對(duì)通信通道的要求為：通信網(wǎng)資源(光纜、傳輸設(shè)備等)發(fā)生單點(diǎn)故障的情況下最多只允許三站之間3個(gè)繼電保護(hù)通道的一路中斷，但是不允許其中2個(gè)通道同時(shí)中斷。

2.3 T接接入電網(wǎng)對(duì)地區(qū)光傳輸網(wǎng)影響

1)影響已有線路光纜

線路T接已有線路，會(huì)將新建光纜開斷接入已有線路的光纜，使原有站點(diǎn)間的光纜可使用芯數(shù)減少；線路T接在工程建設(shè)階段，線路T接可能會(huì)開斷已有運(yùn)行光纜，可能會(huì)中斷運(yùn)行的光纜一定時(shí)間。

2)影響已有傳輸電路

線路T接已有線路一般會(huì)π接或T接原有線路OPGW光纜，這將間接影響原有線路OPGW光纜所承載的傳輸電路。新能源站點(diǎn)T接原有線路時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析對(duì)各級(jí)傳輸電路的影響，制定合理的光纜改造方案。

3)新增光纜纖芯需求和各類業(yè)務(wù)

新建T接已有線路，接入的站點(diǎn)會(huì)新增繼電保護(hù)、調(diào)度電話、自動(dòng)化等業(yè)務(wù)，另外為了組織傳輸通道還將占用已有OPGW光纜的纖芯資源。

2.4 地區(qū)光傳輸網(wǎng)適應(yīng)策略

2.4.1 線路保護(hù)通道選擇

根據(jù)線路T接情況下繼電保護(hù)設(shè)備配置原則，除新能源多T式匯集接入情況以外，線路保護(hù)均優(yōu)先配置三端光纖電流差動(dòng)保護(hù)。

根據(jù)DL/T 364—2019《光纖通道傳輸保護(hù)信息通用技術(shù)條件》[1]，線路保護(hù)通道方式主要有保護(hù)專用纖和2M復(fù)用通道方式(包括直達(dá)和迂回)?？紤]到迂回專用纖芯方式占用現(xiàn)網(wǎng)資源較多，并且通道可靠性較差，不建議采用該方式。

復(fù)用2M數(shù)字通道方式包括復(fù)用直達(dá)2M數(shù)字通道方式和復(fù)用迂回2M數(shù)字通道方式。兩種復(fù)用2M數(shù)字通道方式的連接圖如圖3～圖4所示。

圖3 復(fù)用直達(dá)2M數(shù)字通道方式

圖4 復(fù)用迂回2M數(shù)字通道方式

2.4.2 光纜建設(shè)策略

1)站點(diǎn)單T或雙T至原有線路，為防止單點(diǎn)光纜故障引起三點(diǎn)之間保護(hù)設(shè)備2個(gè)通道中斷，站點(diǎn)至T接點(diǎn)的線路應(yīng)架設(shè)兩根OPGW(新建站點(diǎn)至原有2個(gè)站點(diǎn)無(wú)其他方向光纜路由)。新建站點(diǎn)至對(duì)側(cè)2個(gè)站點(diǎn)的保護(hù)通道應(yīng)組織在不同的光纜上(專用纖芯和復(fù)用通道方式)。

2)原有2個(gè)站點(diǎn)之間的光纜建設(shè)：如果無(wú)其他方向的迂回光纜或通道，建議將原有線路的光纜改造為雙OPGW。

3)對(duì)于具備改造條件的線路光纜，均建議改造為72芯以上，滿足線路T接和已有傳輸通道的需求。如果原有線路光纜承載地區(qū)骨干傳輸網(wǎng)電路，則建議改造為雙根OPGW光纜。

2.4.3 光傳輸網(wǎng)建設(shè)策略

1)線路T接情況下主要采用保護(hù)專用纖和2M復(fù)用通道方式(包括直達(dá)和迂回)。建議接入站點(diǎn)光傳輸網(wǎng)配置方案不影響原有地區(qū)光傳輸網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以雙點(diǎn)接入方式組織為支環(huán)結(jié)構(gòu)。

2)考慮到220 kV站點(diǎn)一般配置2套SDH傳輸設(shè)備，因此T接線路3個(gè)站點(diǎn)的光纖通道不建議均采用復(fù)用2M數(shù)字通道方式(單套SDH傳輸設(shè)備故障會(huì)造成2個(gè)光纖通道中斷)。

3)一個(gè)站點(diǎn)至另外2個(gè)方向的繼電保護(hù)通道采用復(fù)用2M通道方式，2個(gè)方向的通道應(yīng)承載在不同的SDH傳輸設(shè)備上，防止單套SDH設(shè)備故障引起雙方向繼電保護(hù)通道故障。

4)地區(qū)傳輸網(wǎng)應(yīng)結(jié)合各類站點(diǎn)T接的多少，選擇是否配置保護(hù)專用傳輸設(shè)備。如果站點(diǎn)T接應(yīng)用場(chǎng)景較多，則建議配置保護(hù)專用傳輸設(shè)備，減少T接線路新增業(yè)務(wù)對(duì)原有傳輸電路的壓力，實(shí)現(xiàn)分級(jí)業(yè)務(wù)管理。

3 地區(qū)光傳輸網(wǎng)在精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)場(chǎng)景適應(yīng)性分析

3.1 精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)概述

精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)屬于省級(jí)電網(wǎng)控制系統(tǒng)，屬于電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)頻率緊急協(xié)調(diào)控制。該系統(tǒng)根據(jù)供電公司與大用戶簽署的合作協(xié)議為基礎(chǔ)，根據(jù)協(xié)議內(nèi)容，在電網(wǎng)緊急情況下，通過(guò)對(duì)客戶負(fù)荷的遠(yuǎn)程自動(dòng)切除，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)與電源、電網(wǎng)有效聯(lián)動(dòng)，共同保障電力有序供應(yīng)。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)由控制中心站、控制子站、用戶就近接入變電站和用戶變4類功能站點(diǎn)構(gòu)成，4類站點(diǎn)按功能層次分別為控制中心站層，控制子站層，大用戶就近變電站層以及大用戶終端層。

3.2 精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)對(duì)通信傳輸網(wǎng)要求

精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)4個(gè)層級(jí)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在幾百毫秒以內(nèi)。響應(yīng)時(shí)間控制在毫秒級(jí)有助于電網(wǎng)頻率和緊急狀態(tài)的快速恢復(fù)，降低因大功率失去而造成的大面積停電的概率，間接挽回由于停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制通信系統(tǒng)可分為骨干層和接入層。精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)通信組網(wǎng)方案如圖5所示。

圖5 精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)通信組網(wǎng)方案

3.3 地區(qū)光傳輸網(wǎng)適應(yīng)策略

精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)屬于省級(jí)大電網(wǎng)控制系統(tǒng)，對(duì)于通信傳輸網(wǎng)的延時(shí)性、可靠性都更高。與常規(guī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線路保護(hù)通道不同的是，精準(zhǔn)負(fù)荷控制通道的站點(diǎn)跨度較大，從各類大用戶站點(diǎn)到大用戶接入變電站(110 kV和35 kV為主)，從大用戶接入變電站到控制子站，從控制子站再到控制中心站，各級(jí)控制通道均需要聯(lián)動(dòng)，共同實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)負(fù)荷控制功能。

1)接入層網(wǎng)絡(luò)

目前大用戶與電網(wǎng)的變電站通信資源相對(duì)較少，很多用戶負(fù)控信息利用電力線載波、無(wú)線公網(wǎng)等方式接入，業(yè)務(wù)信息顆粒度均很小。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)大用戶站通信接入方式如圖6所示。該方式大用戶站至就近接入變電站需新敷設(shè)光纜資源，通過(guò)二層網(wǎng)絡(luò)方式接入大用戶接入變電站的轉(zhuǎn)換裝置，大用戶接入變電站利用現(xiàn)有地區(qū)光傳輸網(wǎng)組織控制通道。

圖6 大用戶站通信接入方式圖

2)骨干層網(wǎng)絡(luò)

精準(zhǔn)負(fù)荷控制通道的站點(diǎn)跨度較大，僅僅通過(guò)地區(qū)四級(jí)光傳輸網(wǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全程通道組織。因此采用三級(jí)光傳輸網(wǎng)和四級(jí)光傳輸互聯(lián)轉(zhuǎn)接方式實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過(guò)以上2個(gè)場(chǎng)景可以看出，新型電力系統(tǒng)中，新能源和儲(chǔ)能等站點(diǎn)會(huì)采用新的接線方式接入，這對(duì)地區(qū)光傳輸網(wǎng)的物理層光纜資源產(chǎn)生影響，并且線路保護(hù)方式為三端保護(hù)方式。隨著新型電力系統(tǒng)中“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”互動(dòng)逐漸加深，各類控制系統(tǒng)、交易系統(tǒng)會(huì)新增大量的電力數(shù)據(jù)和信息業(yè)務(wù)。因此建議地區(qū)光傳輸網(wǎng)應(yīng)采取積極有效的建設(shè)策略，以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1)緊密結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃，優(yōu)化地區(qū)骨干光纜網(wǎng)資源

電網(wǎng)線路T接中對(duì)通信運(yùn)行中的光纜和傳輸電路會(huì)產(chǎn)生需求和影響，因此在規(guī)劃階段應(yīng)重視T接線路的光纜規(guī)劃，地區(qū)骨干光纜應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)雙OPGW、72芯以上；各類T接線路應(yīng)核對(duì)光纜運(yùn)行情況和纖芯資源，提前做好光纜改造方案，制定詳細(xì)的傳輸電路過(guò)渡和割接方案，這樣不僅為各類新能源站點(diǎn)的接入提供較好的通信條件，還將加強(qiáng)和完善現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2)重點(diǎn)跟蹤和關(guān)注新型業(yè)務(wù)發(fā)展需求

本文僅分析了220 kV線路T接方式下保護(hù)通道對(duì)通信傳輸網(wǎng)的需求。另外風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電并網(wǎng)中還有將3個(gè)或3個(gè)以上的風(fēng)電場(chǎng)或光伏電站集中匯聚接入系統(tǒng)側(cè)變電站的方式，目前階段對(duì)于這種多端的光纖差動(dòng)保護(hù)還沒(méi)有相應(yīng)的產(chǎn)品。光傳輸網(wǎng)應(yīng)關(guān)注各類新型業(yè)務(wù)需求，提前分析業(yè)務(wù)特性和需求，選擇優(yōu)化合理的傳輸網(wǎng)建設(shè)方案。

3)重視各級(jí)傳輸網(wǎng)資源互聯(lián)互通

結(jié)合精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，可以看出，大電網(wǎng)控制系統(tǒng)對(duì)各級(jí)傳輸網(wǎng)資源互聯(lián)互通提出了更高的要求。

地區(qū)光傳輸網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，應(yīng)重視省級(jí)、地區(qū)和縣級(jí)SDH網(wǎng)絡(luò)的融合，減少設(shè)備重復(fù)配置。各級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)以本級(jí)業(yè)務(wù)為主，并通過(guò)加強(qiáng)層級(jí)間互聯(lián)，提高傳輸電路互補(bǔ)互備能力。

地區(qū)傳輸網(wǎng)應(yīng)結(jié)合節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的功能定位，兼顧業(yè)務(wù)帶寬需求和可靠性需求，將地區(qū)傳輸網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分類管理，以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)控制業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

總之，新型電力系統(tǒng)發(fā)展是個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程，地區(qū)光傳輸網(wǎng)建設(shè)堅(jiān)持“保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、適應(yīng)靈活互動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)”，重視需求分析和新技術(shù)應(yīng)用，不斷演進(jìn)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展。