0 引言

華東區(qū)域電網(wǎng)目前已成為單一國內(nèi)最大的區(qū)域電網(wǎng)和電壓等級最高的交直流混聯(lián)電網(wǎng),共計有11條±500 kV及以上直流線路饋入,3條1 000 kV特高壓線線路,覆蓋調(diào)度點(diǎn)超過300個。隨著復(fù)奉、錦蘇及賓金三大特高壓跨區(qū)直流輸電線路輸送電量的持續(xù)提升,華東電網(wǎng)已成為典型的受端電網(wǎng),電網(wǎng)的系統(tǒng)特性從“以熱穩(wěn)定和短路電流超標(biāo)矛盾為主”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定問題突出、多類穩(wěn)定問題并存且相互耦合”的特征,系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠運(yùn)行保障要求不斷提高。

國家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)系統(tǒng)保護(hù)的新理念,是對傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度模式的一次重大突破。系統(tǒng)保護(hù)依托先進(jìn)的信息通信技術(shù),實時采集電網(wǎng)狀態(tài)信息,整合廣泛分布于全網(wǎng)的多種控制資源,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的安全穩(wěn)定控制策略,自動實現(xiàn)有序、分層的多資源協(xié)同控制,防止電網(wǎng)擾動和風(fēng)險的進(jìn)一步擴(kuò)大化,能有效地提升電網(wǎng)防御的廣度和深度,對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大^[1-5]。

隨著2016年7月國家電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)首期試點(diǎn)項目——華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正式投入運(yùn)行,電力通信網(wǎng)對大電網(wǎng)安全的基礎(chǔ)支撐作用愈發(fā)顯現(xiàn),同時也對電力通信網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展提出了新的要求^[6-8]。

 1 華東區(qū)域系統(tǒng)保護(hù)通道組織及存在的主要問題

1.1 華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及通道現(xiàn)狀

華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括華東電網(wǎng)協(xié)控運(yùn)行總站、多直流協(xié)調(diào)控制主站、抽蓄協(xié)調(diào)控制主站和精準(zhǔn)負(fù)荷控制四大部分。華東電網(wǎng)協(xié)控運(yùn)行總站、多直流協(xié)調(diào)控制主站和抽蓄切泵控制主站設(shè)置在±800 kV蘇州換流站,切負(fù)荷控制中心站設(shè)置在江蘇500 kV木瀆變。

華東頻率協(xié)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為3層,第一層為協(xié)控總站;第二層為直流主站、抽蓄主站和快速切負(fù)荷控制中心站;第三層為各直流子站、各抽蓄子站和各切負(fù)荷控制子站和執(zhí)行站,共包括8個直流子站、7個抽蓄子站以及江蘇精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)各切負(fù)荷控制子站及其相關(guān)切負(fù)荷執(zhí)行站。各裝置之間通過專用2 M通信通道相互聯(lián)絡(luò)。已投運(yùn)的華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（現(xiàn)狀）Fig.1 Structure of East China power grid frequency emergency coordination control system

1.2 華東系統(tǒng)保護(hù)通道組織存在的主要問題

2016年建設(shè)的華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)通過國網(wǎng)一級、華東二級、各省三級通信傳輸網(wǎng)轉(zhuǎn)接組織通道,路由組織復(fù)雜,各級通信設(shè)備品牌不一致,網(wǎng)管不統(tǒng)一,需協(xié)調(diào)各級通信運(yùn)行部門組織通道,華東網(wǎng)管無法全程全網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)控管理,不利于突發(fā)情況下故障的快速定位和處置。

以目前瑯琊山抽蓄子站—蘇州抽蓄主站的系統(tǒng)保護(hù)通道組織為例,需通過國網(wǎng)一級網(wǎng)朗訊設(shè)備、華東二級網(wǎng)愛立信設(shè)備、安徽三級網(wǎng)華為設(shè)備共同組織。通道開通和搶修需三地運(yùn)維部門聯(lián)合作業(yè),不利于迅速響應(yīng)和工作開展。瑯琊山抽蓄子站—蘇州抽蓄主站通道組織示意如圖2所示。

圖2 瑯琊山抽蓄子站—蘇州抽蓄主站通道組織示意Fig.2 Schematic diagram of circuit organization between two pumped storage power plant

此外,結(jié)合區(qū)域內(nèi)一、二、三級骨干光傳輸網(wǎng)分析,華東二級光傳輸網(wǎng)與國網(wǎng)一級傳輸網(wǎng)以及各省的三級傳輸網(wǎng)在部分傳輸段均承載在相同的500 kV線路光纜上,各級傳輸網(wǎng)絡(luò)存在共用光纜、共用機(jī)房、共用電源問題。一旦相關(guān)光纜、站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障,將同時影響各級傳輸網(wǎng),且可能造成無備用傳輸鏈路可用的情況,直接影響系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)的可靠性,威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行^[9-13]。

 2 系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)需求

2.1 業(yè)務(wù)帶寬及流向分析

華東系統(tǒng)保護(hù)主用協(xié)控總站設(shè)置在蘇州換流站,備用協(xié)控總站設(shè)置在紹興換流站,直流協(xié)控主站、抽蓄協(xié)控主站設(shè)置在蘇州換流站,上海、江蘇、浙江、安徽的精準(zhǔn)負(fù)控主站分別設(shè)置在省內(nèi)500 kV樞紐變電站,福建暫無精準(zhǔn)負(fù)控系統(tǒng)建設(shè)計劃。

華東系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)需求包括總站與直流主站、總站與抽蓄主站、總站與精準(zhǔn)負(fù)控主站;直流主站與直流執(zhí)行站、抽蓄主站與抽蓄執(zhí)行站以及精準(zhǔn)負(fù)控主站與省內(nèi)終端站之間的通道。其中精準(zhǔn)負(fù)控主站與省內(nèi)終端由省公司網(wǎng)絡(luò)承載,不在華東通道組織考慮范圍。各子站之間、終端之間不需要直接通信。根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)裝置配置（所有站間均配置雙套裝置,且為A/B雙口）,各站點(diǎn)裝置間的通道需求均為4×2 M,且傳輸設(shè)備必須滿足“雙設(shè)備、雙電源、雙路由”的要求。華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通道組織如圖3所示。

圖3 華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通道組織示意Fig.3 Circuit requirements of East China power grid frequency emergency coordination control system

由于系統(tǒng)保護(hù)架構(gòu)呈星形匯聚,且華東區(qū)域協(xié)控總站與抽蓄協(xié)控主站、直流協(xié)控主站同在蘇州換流站,本期華東系統(tǒng)保護(hù)通信通道帶寬需求最大的斷面集中在蘇州換流站截面,其通道總需求為24×2×4×2 Mbps=384 Mbps。

2.2 時延要求

華東電網(wǎng)頻率緊急控制系統(tǒng)采取多直流聯(lián)合控制、抽蓄切泵及精準(zhǔn)負(fù)荷緊急控制等多種措施,應(yīng)對電網(wǎng)頻率、電壓等穩(wěn)定問題,所有控制指令要求在事故后300 ms以內(nèi)下達(dá)至執(zhí)行子站。其中,控制通道時延應(yīng)控制在50 ms內(nèi)。緊急頻率協(xié)調(diào)控制時延控制順序及時延組成分析見圖4、圖5。

圖4 頻率緊急協(xié)調(diào)控制時延控制示意Fig.4 Frequency emergency coordination control system time delay control plan

圖5 頻率緊急協(xié)調(diào)控制時延組成分析示意Fig.5 Composition analysis of frequency emergency coordination control system time delay control

 3 華東系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)建設(shè)方案

3.1 承載平面和技術(shù)體制的選擇

現(xiàn)有華東二級光傳輸網(wǎng)主要基于區(qū)域內(nèi)500 kV OPGW光纜、采用10 G/2.5 G SDH設(shè)備組網(wǎng),已經(jīng)覆蓋了除浙江南部以外所有的華東調(diào)度點(diǎn),且設(shè)備品牌集中度較高,由華東網(wǎng)管統(tǒng)一監(jiān)視和管理,可以滿足華東系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)A通道的組網(wǎng)要求。建設(shè)系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)主要需要解決的是系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)B通道的需求^[15]。綜合考慮系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)對通道可靠性、時延要求,以及技術(shù)成熟度、建設(shè)/維護(hù)成本等因素,新建系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)仍采用SDH/MSTP平臺組網(wǎng)。

新建系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)將全面覆蓋華東系統(tǒng)保護(hù)各個站點(diǎn),同時,對現(xiàn)有華東二級傳輸網(wǎng)進(jìn)行局部擴(kuò)容實現(xiàn)對浙江南部和福建相關(guān)站點(diǎn)的覆蓋。上述網(wǎng)絡(luò)建成后,將形成二級網(wǎng)雙平面結(jié)構(gòu),分別用來承載華東系統(tǒng)保護(hù)的A、B通道,并實現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)業(yè)務(wù)通道全程統(tǒng)一網(wǎng)管監(jiān)視管理。

3.2 網(wǎng)絡(luò)組織

由于區(qū)域內(nèi)各級通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享光纜、機(jī)房等基礎(chǔ)資源,在前期建設(shè)方案收資階段已發(fā)現(xiàn)多個區(qū)段、多個站點(diǎn)存在纖芯、機(jī)房、電源等基礎(chǔ)資源緊張的問題,同時,為了增強(qiáng)新建傳輸平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性以及減少與現(xiàn)有平面的關(guān)聯(lián)性,新建傳輸網(wǎng)主環(huán)依托近年來建設(shè)的區(qū)域內(nèi)交流特高壓光纜組網(wǎng),路由為：東吳站—練塘站—安吉站—蕪湖站—古泉換—淮南站—盱眙站—泰州換—東吳站。同時,利用直流特高壓光纜和省際500 kV聯(lián)絡(luò)光纜增加網(wǎng)格密度,提升網(wǎng)絡(luò)的靈活性和健壯性。

新建系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)覆蓋了華東調(diào)控分中心、主備用協(xié)控總站、各省精準(zhǔn)負(fù)控主站、直流換流站、抽蓄電站及途經(jīng)變電站,網(wǎng)絡(luò)整體采用“特高壓主環(huán)+分省支環(huán)”的結(jié)構(gòu),主環(huán)和支環(huán)均采用10 Gbit/s速率,抽蓄電站和浙江南部支鏈采用2.5 Gbit/s速率,共覆蓋了88個節(jié)點(diǎn)。

 4 結(jié)語

電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已全面實現(xiàn)業(yè)務(wù)IP化,并向更高的帶寬、多業(yè)務(wù)融合、智能化調(diào)度發(fā)展,力求降低成本、提升資源使用效率。反觀電力通信,關(guān)注的重點(diǎn)始終圍繞安全生產(chǎn),對傳輸通道的時延、安全、穩(wěn)定等方面有著更高的要求,力求簡單可控,提升通信網(wǎng)的容災(zāi)能力。因此,SDH/MSTP技術(shù)在歷經(jīng)多年以后在電力專網(wǎng)中仍占據(jù)主流地位。但隨著各級網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)容、基于安全考量的設(shè)備堆疊,光纜纖芯以及機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施已嚴(yán)重制約了電力通信網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。在本次華東系統(tǒng)保護(hù)通信網(wǎng)建設(shè)方案收資過程中,多個區(qū)段的光纜資源、多個站點(diǎn)的機(jī)房屏位、電源容量告急,導(dǎo)致方案不斷進(jìn)行被動調(diào)整。同時由于缺乏基礎(chǔ)資源冗余,也給各級通信網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱憂。在技術(shù)上尚未有重大突破,安全標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的背景下,當(dāng)務(wù)之急是加快光纜等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和改造。同時,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)各級通信網(wǎng)的互聯(lián)互通,以便在緊急情況下迅速組織業(yè)務(wù)迂回,提升各級通信網(wǎng)的應(yīng)急處置能力。此外,應(yīng)結(jié)合一、二級骨干傳輸網(wǎng)網(wǎng)管集中工作,為后續(xù)實現(xiàn)更加充分的一、二級通信網(wǎng)絡(luò)資源共享奠定基礎(chǔ),逐步實現(xiàn)跨省傳輸網(wǎng)資源的優(yōu)化和整合,緩解光纜及機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的瓶頸。