0 引言

華東區(qū)域電網(wǎng)目前已成為單一國內最大的區(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,覆蓋調度點超過300個。隨著復奉、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)定和短路電流超標矛盾為主”轉變?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)定和可靠運行保障要求不斷提高。

國家電網(wǎng)公司提出的建設系統(tǒng)保護的新理念,是對傳統(tǒng)的電網(wǎng)調度模式的一次重大突破。系統(tǒng)保護依托先進的信息通信技術,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)預先設定的安全穩(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)擾動和風險的進一步擴大化,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)定運行意義重大^[1-5]。

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

 1 華東區(qū)域系統(tǒng)保護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)調控制系統(tǒng)及通道現(xiàn)狀

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

華東頻率協(xié)控系統(tǒng)的結構分為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荷控制中心站;第三層為各直流子站、各抽蓄子站和各切負荷控制子站和執(zhí)行站,共包括8個直流子站、7個抽蓄子站以及江蘇精準切負荷系統(tǒng)各切負荷控制子站及其相關切負荷執(zhí)行站。各裝置之間通過專用2 M通信通道相互聯(lián)絡。已投運的華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

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

1.2 華東系統(tǒng)保護通道組織存在的主要問題

2016年建設的華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調控制系統(tǒng)業(yè)務通過國網(wǎng)一級、華東二級、各省三級通信傳輸網(wǎng)轉接組織通道,路由組織復雜,各級通信設備品牌不一致,網(wǎng)管不統(tǒng)一,需協(xié)調各級通信運行部門組織通道,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)保護通道組織為例,需通過國網(wǎng)一級網(wǎng)朗訊設備、華東二級網(wǎng)愛立信設備、安徽三級網(wǎng)華為設備共同組織。通道開通和搶修需三地運維部門聯(lián)合作業(yè),不利于迅速響應和工作開展。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,結合區(qū)域內一、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)絡存在共用光纜、共用機房、共用電源問題。一旦相關光纜、站點基礎設備出現(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)保護業(yè)務的可靠性,威脅電網(wǎng)的安全運行^[9-13]。

 2 系統(tǒng)保護業(yè)務需求

2.1 業(yè)務帶寬及流向分析

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

華東系統(tǒng)保護業(yè)務需求包括總站與直流主站、總站與抽蓄主站、總站與精準負控主站;直流主站與直流執(zhí)行站、抽蓄主站與抽蓄執(zhí)行站以及精準負控主站與省內終端站之間的通道。其中精準負控主站與省內終端由省公司網(wǎng)絡承載,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)保護裝置配置（所有站間均配置雙套裝置,且為A/B雙口）,各站點裝置間的通道需求均為4×2 M,且傳輸設備必須滿足“雙設備、雙電源、雙路由”的要求。華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調控制系統(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)保護架構呈星形匯聚,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、抽蓄切泵及精準負荷緊急控制等多種措施,應對電網(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以內下達至執(zhí)行子站。其中,控制通道時延應控制在50 ms內。緊急頻率協(xié)調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)保護通信網(wǎng)建設方案

3.1 承載平面和技術體制的選擇

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

新建系統(tǒng)保護通信網(wǎng)將全面覆蓋華東系統(tǒng)保護各個站點,同時,對現(xiàn)有華東二級傳輸網(wǎng)進行局部擴容實現(xiàn)對浙江南部和福建相關站點的覆蓋。上述網(wǎng)絡建成后,將形成二級網(wǎng)雙平面結構,分別用來承載華東系統(tǒng)保護的A、B通道,并實現(xiàn)系統(tǒng)保護業(yè)務通道全程統(tǒng)一網(wǎng)管監(jiān)視管理。

3.2 網(wǎng)絡組織

由于區(qū)域內各級通信網(wǎng)絡設備共享光纜、機房等基礎資源,在前期建設方案收資階段已發(fā)現(xiàn)多個區(qū)段、多個站點存在纖芯、機房、電源等基礎資源緊張的問題,同時,為了增強新建傳輸平面網(wǎng)絡結構的可靠性以及減少與現(xiàn)有平面的關聯(lián)性,新建傳輸網(wǎng)主環(huán)依托近年來建設的區(qū)域內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)絡光纜增加網(wǎng)格密度,提升網(wǎng)絡的靈活性和健壯性。

新建系統(tǒng)保護通信網(wǎng)覆蓋了華東調控分中心、主備用協(xié)控總站、各省精準負控主站、直流換流站、抽蓄電站及途經(jīng)變電站,網(wǎng)絡整體采用“特高壓主環(huán)+分省支環(huán)”的結構,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。

 4 結語

電信運營商網(wǎng)絡發(fā)展已全面實現(xiàn)業(yè)務IP化,并向更高的帶寬、多業(yè)務融合、智能化調度發(fā)展,力求降低成本、提升資源使用效率。反觀電力通信,關注的重點始終圍繞安全生產(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)的容災能力。因此,SDH/MSTP技術在歷經(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)絡不斷擴容、基于安全考量的設備堆疊,光纜纖芯以及機房基礎設施已嚴重制約了電力通信網(wǎng)的進一步發(fā)展。在本次華東系統(tǒng)保護通信網(wǎng)建設方案收資過程中,多個區(qū)段的光纜資源、多個站點的機房屏位、電源容量告急,導致方案不斷進行被動調整。同時由于缺乏基礎資源冗余,也給各級通信網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運行帶來隱憂。在技術上尚未有重大突破,安全標準不斷提升的背景下,當務之急是加快光纜等基礎設施的建設和改造。同時,應進一步加強各級通信網(wǎng)的互聯(lián)互通,以便在緊急情況下迅速組織業(yè)務迂回,提升各級通信網(wǎng)的應急處置能力。此外,應結合一、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)絡資源共享奠定基礎,逐步實現(xiàn)跨省傳輸網(wǎng)資源的優(yōu)化和整合,緩解光纜及機房基礎設施的瓶頸。