华东电网系统保护通信网建设
0 引言
华东区域电网目前已成为单一国内最大的区域电网和电压等级最高的交直流混联电网,共计有11条±500 kV及以上直流线路馈入,3条1 000 kV特高压线线路,覆盖调度点超过300个。随着复奉、锦苏及宾金三大特高压跨区直流输电线路输送电量的持续提升,华东电网已成为典型的受端电网,电网的系统特性从“以热稳定和短路电流超标矛盾为主”转变为“频率稳定和电压稳定问题突出、多类稳定问题并存且相互耦合”的特征,系统稳定和可靠运行保障要求不断提高。
国家电网公司提出的建设系统保护的新理念,是对传统的电网调度模式的一次重大突破。系统保护依托先进的信息通信技术,实时采集电网状态信息,整合广泛分布于全网的多种控制资源,根据预先设定的安全稳定控制策略,自动实现有序、分层的多资源协同控制,防止电网扰动和风险的进一步扩大化,能有效地提升电网防御的广度和深度,对电网安全稳定运行意义重大[1-5]。
随着2016年7月国家电网系统保护首期试点项目——华东电网频率紧急协调控制系统正式投入运行,电力通信网对大电网安全的基础支撑作用愈发显现,同时也对电力通信网的建设发展提出了新的要求[6-8]。
1 华东区域系统保护通道组织及存在的主要问题
1.1 华东电网频率紧急协调控制系统及通道现状
华东电网频率紧急协调控制系统包括华东电网协控运行总站、多直流协调控制主站、抽蓄协调控制主站和精准负荷控制四大部分。华东电网协控运行总站、多直流协调控制主站和抽蓄切泵控制主站设置在±800 kV苏州换流站,切负荷控制中心站设置在江苏500 kV木渎变。
华东频率协控系统的结构分为3层,第一层为协控总站;第二层为直流主站、抽蓄主站和快速切负荷控制中心站;第三层为各直流子站、各抽蓄子站和各切负荷控制子站和执行站,共包括8个直流子站、7个抽蓄子站以及江苏精准切负荷系统各切负荷控制子站及其相关切负荷执行站。各装置之间通过专用2 M通信通道相互联络。已投运的华东电网频率紧急协调控制系统结构如
图1 华东电网频率紧急协调控制系统结构（现状）Fig.1 Structure of East China power grid frequency emergency coordination control system
1.2 华东系统保护通道组织存在的主要问题
2016年建设的华东电网频率紧急协调控制系统业务通过国网一级、华东二级、各省三级通信传输网转接组织通道,路由组织复杂,各级通信设备品牌不一致,网管不统一,需协调各级通信运行部门组织通道,华东网管无法全程全网统一监控管理,不利于突发情况下故障的快速定位和处置。
以目前琅琊山抽蓄子站—苏州抽蓄主站的系统保护通道组织为例,需通过国网一级网朗讯设备、华东二级网爱立信设备、安徽三级网华为设备共同组织。通道开通和抢修需三地运维部门联合作业,不利于迅速响应和工作开展。琅琊山抽蓄子站—苏州抽蓄主站通道组织示意如
图2 琅琊山抽蓄子站—苏州抽蓄主站通道组织示意Fig.2 Schematic diagram of circuit organization between two pumped storage power plant
此外,结合区域内一、二、三级骨干光传输网分析,华东二级光传输网与国网一级传输网以及各省的三级传输网在部分传输段均承载在相同的500 kV线路光缆上,各级传输网络存在共用光缆、共用机房、共用电源问题。一旦相关光缆、站点基础设备出现故障,将同时影响各级传输网,且可能造成无备用传输链路可用的情况,直接影响系统保护业务的可靠性,威胁电网的安全运行[9-13]。
2 系统保护业务需求
2.1 业务带宽及流向分析
华东系统保护主用协控总站设置在苏州换流站,备用协控总站设置在绍兴换流站,直流协控主站、抽蓄协控主站设置在苏州换流站,上海、江苏、浙江、安徽的精准负控主站分别设置在省内500 kV枢纽变电站,福建暂无精准负控系统建设计划。
华东系统保护业务需求包括总站与直流主站、总站与抽蓄主站、总站与精准负控主站;直流主站与直流执行站、抽蓄主站与抽蓄执行站以及精准负控主站与省内终端站之间的通道。其中精准负控主站与省内终端由省公司网络承载,不在华东通道组织考虑范围。各子站之间、终端之间不需要直接通信。根据系统保护装置配置（所有站间均配置双套装置,且为A/B双口）,各站点装置间的通道需求均为4×2 M,且传输设备必须满足“双设备、双电源、双路由”的要求。华东电网频率紧急协调控制系统通道组织如
图3 华东电网频率紧急协调控制系统通道组织示意Fig.3 Circuit requirements of East China power grid frequency emergency coordination control system
由于系统保护架构呈星形汇聚,且华东区域协控总站与抽蓄协控主站、直流协控主站同在苏州换流站,本期华东系统保护通信通道带宽需求最大的断面集中在苏州换流站截面,其通道总需求为24×2×4×2 Mbps=384 Mbps。
2.2 时延要求
华东电网频率紧急控制系统采取多直流联合控制、抽蓄切泵及精准负荷紧急控制等多种措施,应对电网频率、电压等稳定问题,所有控制指令要求在事故后300 ms以内下达至执行子站。其中,控制通道时延应控制在50 ms内。紧急频率协调控制时延控制顺序及时延组成分析见
图4 频率紧急协调控制时延控制示意Fig.4 Frequency emergency coordination control system time delay control plan
图5 频率紧急协调控制时延组成分析示意Fig.5 Composition analysis of frequency emergency coordination control system time delay control
3 华东系统保护通信网建设方案
3.1 承载平面和技术体制的选择
现有华东二级光传输网主要基于区域内500 kV OPGW光缆、采用10 G/2.5 G SDH设备组网,已经覆盖了除浙江南部以外所有的华东调度点,且设备品牌集中度较高,由华东网管统一监视和管理,可以满足华东系统保护业务A通道的组网要求。建设系统保护通信网主要需要解决的是系统保护业务B通道的需求[15]。综合考虑系统保护业务对通道可靠性、时延要求,以及技术成熟度、建设/维护成本等因素,新建系统保护通信网仍采用SDH/MSTP平台组网。
新建系统保护通信网将全面覆盖华东系统保护各个站点,同时,对现有华东二级传输网进行局部扩容实现对浙江南部和福建相关站点的覆盖。上述网络建成后,将形成二级网双平面结构,分别用来承载华东系统保护的A、B通道,并实现系统保护业务通道全程统一网管监视管理。
3.2 网络组织
由于区域内各级通信网络设备共享光缆、机房等基础资源,在前期建设方案收资阶段已发现多个区段、多个站点存在纤芯、机房、电源等基础资源紧张的问题,同时,为了增强新建传输平面网络结构的可靠性以及减少与现有平面的关联性,新建传输网主环依托近年来建设的区域内交流特高压光缆组网,路由为：东吴站—练塘站—安吉站—芜湖站—古泉换—淮南站—盱眙站—泰州换—东吴站。同时,利用直流特高压光缆和省际500 kV联络光缆增加网格密度,提升网络的灵活性和健壮性。
新建系统保护通信网覆盖了华东调控分中心、主备用协控总站、各省精准负控主站、直流换流站、抽蓄电站及途经变电站,网络整体采用“特高压主环+分省支环”的结构,主环和支环均采用10 Gbit/s速率,抽蓄电站和浙江南部支链采用2.5 Gbit/s速率,共覆盖了88个节点。
4 结语
电信运营商网络发展已全面实现业务IP化,并向更高的带宽、多业务融合、智能化调度发展,力求降低成本、提升资源使用效率。反观电力通信,关注的重点始终围绕安全生产,对传输通道的时延、安全、稳定等方面有着更高的要求,力求简单可控,提升通信网的容灾能力。因此,SDH/MSTP技术在历经多年以后在电力专网中仍占据主流地位。但随着各级网络不断扩容、基于安全考量的设备堆叠,光缆纤芯以及机房基础设施已严重制约了电力通信网的进一步发展。在本次华东系统保护通信网建设方案收资过程中,多个区段的光缆资源、多个站点的机房屏位、电源容量告急,导致方案不断进行被动调整。同时由于缺乏基础资源冗余,也给各级通信网的长期安全稳定运行带来隐忧。在技术上尚未有重大突破,安全标准不断提升的背景下,当务之急是加快光缆等基础设施的建设和改造。同时,应进一步加强各级通信网的互联互通,以便在紧急情况下迅速组织业务迂回,提升各级通信网的应急处置能力。此外,应结合一、二级骨干传输网网管集中工作,为后续实现更加充分的一、二级通信网络资源共享奠定基础,逐步实现跨省传输网资源的优化和整合,缓解光缆及机房基础设施的瓶颈。
责任编辑：售电衡衡
