適應新型電力系統的地區光傳輸網建設策略

馬世峰，金 越，范 波，張連平

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200333）

0 引言

構建以新能源為主體的新型電力系統，是我國政府基于保障國家能源安全、實現可持續發展、推動碳達峰、碳中和目標實施作出的重大決策部署。為構建清潔低碳、安全高效的能源體系，新型電力系統中可再生能源的比重將越來越高。

地區光傳輸網是地區電網各類站點進行電力數據和信息交互的重要承載平臺。在新型電力系統中，一方面越來越多的風電、光伏、儲能等站點接入電網，各類接線方式將對地區光傳輸網帶來各方面影響；另一方面，隨著新型電力系統“源網荷儲”互動的加深和大數據的深度應用，電力大數據將朝著“容量大、類型多、速度快、精度準、價值高”的特征方向發展，這均對地區光傳輸網提出了更高要求。

本文從新能源T接接入場景、精準負荷控制系統場景入手，結合2種場景中新型信息業務特點、對現有通信傳輸的影響進行分析，提出了地區光傳輸網的適應性策略。

1 地區光傳輸網發展現狀

1.1 地區光傳輸網概述

地區光傳輸網按照調度運行管理屬于四級傳輸網絡，是電力系統重要的通信網絡基礎設施。

地區光傳輸網主要涵蓋地區調度機構、220 kV變、110 kV變、35 kV變、各類大用戶站、傳統發電廠、新能源電站等各類站點，是新型電力系統實現源網荷儲互動的重要通信承載平臺。目前地區光傳輸網以SDH技術體制為主，少數地區已建設部署更為寬帶的OTN傳輸網絡。

1.2 地區光傳輸網業務類型

地區光傳輸網目前主要包括電網生產和管理等業務，電網生產業務包括線路保護、穩定控制、調度電話、調度數據網、生產監控等，管理業務包括綜合數據網、行政電話等。電網站點與各類型電廠間的業務主要包括線路保護、穩定控制、調度電話和調度數據網業務等。

2 地區光傳輸網在新能源T接接入場景適應性分析

2.1 新能源接入電網新方式

近年來，隨著風電、光伏等新能源的增多，因其電源接入特點也越來越多出現T接接入電網的方式，比如風電送出采用以2個或多個風電場共用一回線路的送出方式。另外隨著500 kV網架的加強和220 kV電網分層分區規劃的實施，為提高220 kV線路的利用率，在220 kV線路上也出現T接的方式。站點T接接網方式示意圖如圖1所示。

圖1 線路T接接網方式示意圖

2.2 線路T接接網保護通道配置要求

本文選擇配置方式較為復雜的220 kV架空線路為例進行分析。就220 kV線路常用的線路保護來說，從原理上主要分為：①距離保護及配合通道構成的距離縱聯保護(高頻距離保護)；②方向縱聯保護(高頻方向保護)；③線路差動縱聯保護(光纖差動保護)。

在220 kV線路T接方式下，保護通道主要配置為三端光纖電流差動保護。以單回線T接入單回線的保護配置為例，3個站點的繼電保護設備配置如圖2所示。

圖2 線路T接方式繼電保護配置示意圖(單回線單T)

該線路保護配置方式對通信通道的要求為：通信網資源(光纜、傳輸設備等)發生單點故障的情況下最多只允許三站之間3個繼電保護通道的一路中斷，但是不允許其中2個通道同時中斷。

2.3 T接接入電網對地區光傳輸網影響

1)影響已有線路光纜

線路T接已有線路，會將新建光纜開斷接入已有線路的光纜，使原有站點間的光纜可使用芯數減少；線路T接在工程建設階段，線路T接可能會開斷已有運行光纜，可能會中斷運行的光纜一定時間。

2)影響已有傳輸電路

線路T接已有線路一般會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T接原有線路時，應詳細分析對各級傳輸電路的影響，制定合理的光纜改造方案。

3)新增光纜纖芯需求和各類業務

新建T接已有線路，接入的站點會新增繼電保護、調度電話、自動化等業務，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 地區光傳輸網適應策略

2.4.1 線路保護通道選擇

根據線路T接情況下繼電保護設備配置原則，除新能源多T式匯集接入情況以外，線路保護均優先配置三端光纖電流差動保護。

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

復用2M數字通道方式包括復用直達2M數字通道方式和復用迂回2M數字通道方式。兩種復用2M數字通道方式的連接圖如圖3～圖4所示。

圖3 復用直達2M數字通道方式

圖4 復用迂回2M數字通道方式

2.4.2 光纜建設策略

1)站點單T或雙T至原有線路，為防止單點光纜故障引起三點之間保護設備2個通道中斷，站點至T接點的線路應架設兩根OPGW(新建站點至原有2個站點無其他方向光纜路由)。新建站點至對側2個站點的保護通道應組織在不同的光纜上(專用纖芯和復用通道方式)。

2)原有2個站點之間的光纜建設：如果無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骨干傳輸網電路，則建議改造為雙根OPGW光纜。

2.4.3 光傳輸網建設策略

1)線路T接情況下主要采用保護專用纖和2M復用通道方式(包括直達和迂回)。建議接入站點光傳輸網配置方案不影響原有地區光傳輸網拓撲結構，以雙點接入方式組織為支環結構。

2)考慮到220 kV站點一般配置2套SDH傳輸設備，因此T接線路3個站點的光纖通道不建議均采用復用2M數字通道方式(單套SDH傳輸設備故障會造成2個光纖通道中斷)。

3)一個站點至另外2個方向的繼電保護通道采用復用2M通道方式，2個方向的通道應承載在不同的SDH傳輸設備上，防止單套SDH設備故障引起雙方向繼電保護通道故障。

4)地區傳輸網應結合各類站點T接的多少，選擇是否配置保護專用傳輸設備。如果站點T接應用場景較多，則建議配置保護專用傳輸設備，減少T接線路新增業務對原有傳輸電路的壓力，實現分級業務管理。

3 地區光傳輸網在精準負荷控制系統場景適應性分析

3.1 精準負荷控制系統概述

精準負荷控制系統屬于省級電網控制系統，屬于電網頻率緊急協調控制系統的子系統，該系統可實現毫秒級頻率緊急協調控制。該系統根據供電公司與大用戶簽署的合作協議為基礎，根據協議內容，在電網緊急情況下，通過對客戶負荷的遠程自動切除，實現負荷側與電源、電網有效聯動，共同保障電力有序供應。

精準負荷控制系統由控制中心站、控制子站、用戶就近接入變電站和用戶變4類功能站點構成，4類站點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 精準負荷控制系統對通信傳輸網要求

精準負荷控制系統4個層級的響應時間應控制在幾百毫秒以內。響應時間控制在毫秒級有助于電網頻率和緊急狀態的快速恢復，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濟損失。

精準負荷控制通信系統可分為骨干層和接入層。精準負荷控制系統通信組網方案如圖5所示。

圖5 精準負荷控制系統通信組網方案

3.3 地區光傳輸網適應策略

精準負荷控制系統屬于省級大電網控制系統，對于通信傳輸網的延時性、可靠性都更高。與常規點對點的線路保護通道不同的是，精準負荷控制通道的站點跨度較大，從各類大用戶站點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，各級控制通道均需要聯動，共同實現精準負荷控制功能。

1)接入層網絡

目前大用戶與電網的變電站通信資源相對較少，很多用戶負控信息利用電力線載波、無線公網等方式接入，業務信息顆粒度均很小。

精準負荷控制系統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光纜資源，通過二層網絡方式接入大用戶接入變電站的轉換裝置，大用戶接入變電站利用現有地區光傳輸網組織控制通道。

圖6 大用戶站通信接入方式圖

2)骨干層網絡

精準負荷控制通道的站點跨度較大，僅僅通過地區四級光傳輸網無法實現全程通道組織。因此采用三級光傳輸網和四級光傳輸互聯轉接方式實現。

4 結論

通過以上2個場景可以看出，新型電力系統中，新能源和儲能等站點會采用新的接線方式接入，這對地區光傳輸網的物理層光纜資源產生影響，并且線路保護方式為三端保護方式。隨著新型電力系統中“源網荷儲”互動逐漸加深，各類控制系統、交易系統會新增大量的電力數據和信息業務。因此建議地區光傳輸網應采取積極有效的建設策略，以適應新型電力系統的發展趨勢。

1)緊密結合電網規劃，優化地區骨干光纜網資源

電網線路T接中對通信運行中的光纜和傳輸電路會產生需求和影響，因此在規劃階段應重視T接線路的光纜規劃，地區骨干光纜應盡量實現雙OPGW、72芯以上；各類T接線路應核對光纜運行情況和纖芯資源，提前做好光纜改造方案，制定詳細的傳輸電路過渡和割接方案，這樣不僅為各類新能源站點的接入提供較好的通信條件，還將加強和完善現有傳輸網絡的可靠性。

2)重點跟蹤和關注新型業務發展需求

本文僅分析了220 kV線路T接方式下保護通道對通信傳輸網的需求。另外風電、光伏等新能源發電并網中還有將3個或3個以上的風電場或光伏電站集中匯聚接入系統側變電站的方式，目前階段對于這種多端的光纖差動保護還沒有相應的產品。光傳輸網應關注各類新型業務需求，提前分析業務特性和需求，選擇優化合理的傳輸網建設方案。

3)重視各級傳輸網資源互聯互通

結合精準負荷控制系統應用場景，可以看出，大電網控制系統對各級傳輸網資源互聯互通提出了更高的要求。

地區光傳輸網規劃和設計階段，應重視省級、地區和縣級SDH網絡的融合，減少設備重復配置。各級傳輸網絡以本級業務為主，并通過加強層級間互聯，提高傳輸電路互補互備能力。

地區傳輸網應結合節點在網絡中的功能定位，兼顧業務帶寬需求和可靠性需求，將地區傳輸網節點分類管理，以適應新型電力系統控制業務發展需要。

總之，新型電力系統發展是個長期漸進的過程，地區光傳輸網建設堅持“保障電力系統運行安全、適應靈活互動發展趨勢”，重視需求分析和新技術應用，不斷演進和優化網絡結構，適應新型電力系統發展。