電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

荊仲毅，張 琳

（1.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012；2.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司，北京 100033）

0 引 言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們的電力需求不斷增長。因此，需大力建設(shè)智能電網(wǎng)，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理，以降低發(fā)電成本，提高發(fā)電質(zhì)量。根據(jù)規(guī)劃，我國將在“十三五”期間建設(shè)8 000多座智能變電站。智能電網(wǎng)中安裝了大量的電子設(shè)備和智能設(shè)備，對通信技術(shù)要求較高，故傳統(tǒng)的通信技術(shù)已無法滿足智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

1 電力通信技術(shù)與智能電網(wǎng)概述

電力通信技術(shù)是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號的一種通信方式。它是整個電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，可為整個電網(wǎng)提供通信服務(wù)。電力系統(tǒng)中，電力發(fā)送、傳輸及供給等環(huán)節(jié)均需要電力通信技術(shù)的支持。在電力生產(chǎn)階段，電力通信技術(shù)可管理電力生產(chǎn)，確保整個系統(tǒng)的集中管理和統(tǒng)一調(diào)度；在電力輸送階段，電力通信技術(shù)可降低電能的輸送線損率，提高通信質(zhì)量，降低發(fā)電成本[1]。電力通信技術(shù)可為整個電力系統(tǒng)提供安全、可靠的通信系統(tǒng)和通信方式，確保整個電力系統(tǒng)有效運行。

智能電網(wǎng)采用數(shù)字化傳輸和網(wǎng)絡(luò)化通信以實現(xiàn)信息共享。它具有自動完成信息數(shù)據(jù)采集、測量、控制及保護等功能，并全天候自動分析、調(diào)節(jié)、控制及管理電網(wǎng)。智能變電站實現(xiàn)了無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控的運行模式。同時，智能變電站保護裝置的電流和電壓采用SV接口，開關(guān)輸入采用GOOSE接口，大大增加了通信接口數(shù)量。其中，光纖接口易發(fā)熱，影響通信的質(zhì)量[2]。

2 智能電網(wǎng)對電力通信技術(shù)的要求

2.1 電能計量功能

為了更好地實現(xiàn)電能管理，電網(wǎng)公司開始利用智能電表。智能電表可采集電力相關(guān)數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)預(yù)付電費、記憶、自動抄表、防竊電及顯示等功能。通過智能電表的調(diào)價模式，供電企業(yè)可智能調(diào)節(jié)用電較多的用戶。例如，用戶用電量超過一定值時，可通過提高電費達到節(jié)能的目的。智能電表對電能計算精度有更高要求，需具備自動采集、分析及處理數(shù)據(jù)的功能，故通信技術(shù)必須滿足智能電表的計量功能要求。

2.2 即時通信功能

智能電表自動采集、分析、處理及存儲電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，可及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中存在的問題，并向電力調(diào)度中心發(fā)出警報信息。工作人員根據(jù)警報信息，立即鎖定故障范圍，從而防止電力故障的進一步擴大。因此，智能電網(wǎng)必須具備即時通信要求。即時通信技術(shù)分析和處理電網(wǎng)運行情況，實時采集和傳輸數(shù)據(jù)信息，從而確保整個電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

2.3 實時監(jiān)測功能

智能電網(wǎng)可實現(xiàn)電網(wǎng)的無人化值守，降低電力工人的工作強度。復(fù)雜的電網(wǎng)運行環(huán)境、電力設(shè)備的自身缺陷和自然因素等，均可造成電力設(shè)備絕緣性能下降、電力電纜松動及設(shè)備故障等問題[3]。通過檢測電力設(shè)備，確保各項性能滿足電力運行要求。利用可視化技術(shù)將各個監(jiān)控設(shè)備的信息實時傳輸?shù)诫娏φ{(diào)度中心，實現(xiàn)電力調(diào)度中心實時監(jiān)控全網(wǎng)重要電力設(shè)備的功能，從而確保智能電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行。

3 智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)存在的問題

我國智能電網(wǎng)的發(fā)展時間較短，相關(guān)技術(shù)還不夠完善。電網(wǎng)的通信傳輸系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等不是同時建設(shè)完工，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容現(xiàn)象，導(dǎo)致無法共享電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息或者及時轉(zhuǎn)換相關(guān)傳輸符號而影響通信系統(tǒng)的正常運行。此外，我國智能電網(wǎng)中應(yīng)用的各種電子設(shè)備、通信設(shè)備及運營商不是同一家，存在系統(tǒng)差異，影響電力電子設(shè)備的正常運行。由于我國智能電網(wǎng)發(fā)展速度較快，原有的通信系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)有的通信要求，導(dǎo)致通信質(zhì)量較差，傳輸速度較慢，無法實時傳達信息。

4 電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1 電力通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)傳輸

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，原有的通信系統(tǒng)已無法滿足智能電網(wǎng)通信質(zhì)量和速度的要求。光纖通信技術(shù)是以光波為傳輸載波、以光纖為傳輸媒介來傳輸信息的一種方式。光纖通信技術(shù)在發(fā)送端將傳遞信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并將其調(diào)制到激光器的光束上。光束的信號強度隨電信號的頻率發(fā)生變化，并通過光芯將電信號發(fā)送出去。接收端接收到電信號后，經(jīng)過調(diào)制恢復(fù)到原來的信號。光纖通信技術(shù)與傳統(tǒng)的微波通信技術(shù)相比，具有三方面優(yōu)勢[4]。第一，光纖通信技術(shù)容量大。光纖通信技術(shù)由光纖電纜傳輸信號，光纖的光波頻率比電纜的頻率高，且傳輸中信號的損耗較低，故光纖通信技術(shù)的傳輸容量比微波通信技術(shù)大。第二，光纖電纜的抗電磁干擾性強。光纖外層是由石英制成的絕緣體，不易受環(huán)境的腐蝕和污染，且不易受到雷電、電磁及太陽黑子活動釋放的電磁干擾的影響，可與高壓線平行設(shè)置。第三，光纖通信技術(shù)的保密性好。光纖通信技術(shù)的光波信號被限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，各個通道獨立存在，不受其他通道的干擾。

4.2 電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)運營管理中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)建立在高速、雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，利用傳感技術(shù)、測量技術(shù)、控制技術(shù)以及支持決策系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全、可靠及高效運行。智能電網(wǎng)安裝了大量傳感設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備以及電力電子設(shè)備，可實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理。智能電網(wǎng)對電力通信技術(shù)要求較高，只有高質(zhì)量的通信技術(shù)可實現(xiàn)自動采集、自動存儲、自動分析以及自動記錄功能。將通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)運營管理，可實現(xiàn)智能化管理和檢修電網(wǎng)。通過SCD可視化技術(shù)，可在線監(jiān)控智能變電站二次回路、不可見的虛端子等情況，并以圖形、圖像的形式予以呈現(xiàn)，便于運維管理人員快速分析存在的問題，提高變電站的運行管理效率[5]。

4.3 電力通信技術(shù)在光伏發(fā)電中的應(yīng)用

近年來，國家大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，給予其政策和財政支持，極大地促進了光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。分布式光伏電源一般包括電力部門、電力用戶以及第三方[6]。為更好地實現(xiàn)分布式能源的管理，需利用通信技術(shù)自動化管理分布式電源電壓和電功率。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量具有較大的隨機性和波動性，輸出功率范圍波動較大，需量程較寬的計量表滿足精度要求。實際運行中，電流和電壓互感器是非線性運行，電子電流表在低額度范圍內(nèi)計量精度較低，在25%～100%的額定范圍內(nèi)計量精度較高[7]。因此，需進一步加大通信技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用中的研究。

5 結(jié) 論

智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)發(fā)展的主流，并建立在高效通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上。因此，簡單概述智能電網(wǎng)與電力通信技術(shù)，闡述智能電網(wǎng)對電力通信技術(shù)的要求，并重點介紹了電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。