智能電網(wǎng)與低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

1、智能電網(wǎng)與低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) 隨著國際金融危機、與全球能源危機的深化，二氧化碳減排與 低碳經(jīng)濟的倡導，各國不約而同地選擇了智能電網(wǎng)作為經(jīng)濟發(fā)展的引 擎。它導致了全球范圍的智能電網(wǎng)熱潮。 我國根據(jù)白己電網(wǎng)的特殊性，提出堅強智能電網(wǎng)規(guī)劃。其內(nèi)涵 包括特高壓輸電網(wǎng)架、數(shù)字化變電站、配網(wǎng)調(diào)度白動化系統(tǒng)，以及用 電營業(yè)管理與用戶互動系統(tǒng)。 而就目前我國的現(xiàn)實條件而言，只有特高壓輸電網(wǎng)絡與用電營 業(yè)管理系統(tǒng)具備立即實施的條件。數(shù)字化變電站與配網(wǎng)調(diào)度白動化， 由于標準還很不完善，暫時還不具備全面實施的條件。 一.用電營業(yè)管理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲分析： 鑒于用電營業(yè)管理與用戶互動系統(tǒng)，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈

2、最長，現(xiàn)實 需要的產(chǎn)品數(shù)量最大，可以容納的企業(yè)也最多，它也成了企業(yè)追捧的 熱點、投資商的最愛！ 但也就是這個系統(tǒng)，從現(xiàn)場反饋的數(shù)據(jù)分析，存在重大技術(shù)障 礙。主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的低壓載波信道的通信可靠性上。 考慮到低壓電網(wǎng)資產(chǎn)屬于供電部門所有，國家投資形成的資產(chǎn) 無投入或低投入增值，具有太大的誘惑；加上白家信道不用支付長年 累月日常通信的運行費用，國網(wǎng)首選低壓載波信道作為用電營業(yè)數(shù)據(jù) 采集與用戶互動系統(tǒng)的下段信道。 但是這條信道也存在它白身的弱點：由于我國對低壓電器上網(wǎng) 監(jiān)控不嚴，電網(wǎng)載波通信背景噪聲很大；而電網(wǎng)的優(yōu)越的 50hz50hz 頻率 響應特性與極差的高頻響應特性， 面對劇烈的電網(wǎng)負載變化

3、，使得電 網(wǎng)產(chǎn)生極高的高頻衰減與難以克服的衰減動態(tài)范圍； 這都導致了用電 營業(yè)管理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下段信道通信可靠性達不到現(xiàn)場適用要求。 根據(jù)目前國際上在低壓電網(wǎng)上允許使用的兩個載波通信頻段與 通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，目前低壓載波通信單純依靠物理層通信， 無法保 證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性；這也為我國低壓載波集抄系統(tǒng)將近二十年 的推廣實踐所證實。現(xiàn)在國內(nèi)外在低壓載波通信領(lǐng)域，幾乎毫無例外 地都在發(fā)展中繼組網(wǎng)技術(shù)。也就是關(guān)聯(lián)中繼技術(shù)。借助中繼通信，犧 牲部分數(shù)據(jù)采集速度，來提高數(shù)據(jù)采集的可靠性。 但是這種解決方案，具有一個前提，這就是電能表之間的關(guān)聯(lián) 性。當系統(tǒng)出現(xiàn)“孤島”現(xiàn)象時，“孤島”中的電能表與其他電能

4、表 之間喪失了通信上相關(guān)性，中繼手段就完全無能為力了。要解決“孤 島”現(xiàn)象的唯一手段，就是提高載波通信芯片物理層通信能力，建立 電能表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這個要求，比單純依靠物理層進行系統(tǒng)全覆 蓋，要求低一些。它也說明系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)指標是與載波通信芯片物理層 通信能力是相關(guān)的。 中繼通信的關(guān)鍵是電能表之間的相關(guān)性！ 就關(guān)聯(lián)中繼技術(shù)而言，從中繼的選擇性分類，可以分為非選擇 性的白動中繼（我們可以把它稱作盲中繼）與選擇性白動中繼兩種。 非選擇性的白動中繼的典型方案，有 lonworkslonworks 總線技術(shù)，及其 國內(nèi)的動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)。它主要依靠“全網(wǎng)偵聽、沖突避讓”，實現(xiàn)中 繼白動路由。它對電能表關(guān)聯(lián)

5、性認知度要求最低，因為它是盲中繼; 但它也沒有電能表關(guān)聯(lián)性認知的歷史積淀，更不能重復使用。 這種盲中繼，無法保證中繼效率；也不能人工調(diào)控后備方案； 還需要全網(wǎng)互動配合；從工程實施上，需要系統(tǒng)配套供貨；電能表需 要有相應硬件、軟件支持，成本、價格都相對高一些。 所謂的選擇中繼，也就是低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲分析與中繼路徑白 適應技術(shù)（TopoTopo- -relayrelay 技術(shù)），它的指導思想是首先建立網(wǎng)絡拓撲分 析的數(shù)學模型，通過系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲分析，摸清 低壓電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以及電能表在這個網(wǎng)架上的位置， 然后根據(jù)電 能表的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過第一次實時直抄結(jié)果與抄收邊界， 借助軟件分

6、 析，白動選擇中繼表的位置，實現(xiàn)波狀外延與抄收覆蓋。 在這個系統(tǒng)中，低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲分析是關(guān)鍵技術(shù)！它需要 全面徹底了解低壓電網(wǎng)的物理拓撲結(jié)構(gòu)與所有電能表在低壓電網(wǎng)上 的準確位置，直到把電能表的關(guān)聯(lián)關(guān)系，直觀地呈現(xiàn)出來。便于通過 集中器軟件控制整個中繼過程，并且選擇各種后備中繼手段，確保系 統(tǒng)抄收全覆蓋。在這個系統(tǒng)中，全部網(wǎng)絡拓撲分析與中繼過程，都由 集中器軟件進行控制，所有的電能表都是“傻瓜”電能表，只管中繼 轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，系統(tǒng)中數(shù)量最大的載波電能表，成本可以相對降低，進 而導致系統(tǒng)造價降低。而且，在公開通信規(guī)約的前提下，便于集中器 與電能表分開供貨，對于有效控制整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)， 與系統(tǒng)

7、工程 組織實施，是很有好處的。 這種分析方法最大的好處，就在于電能表關(guān)聯(lián)性的歷史積淀！ 系統(tǒng)不斷修正的電能表關(guān)聯(lián)性的準確度； 能夠白適應系統(tǒng)的各種動態(tài) 變化；其中包括正常的電能表輪換校驗、損壞更新、線路改造、系統(tǒng) 擴容、新戶報裝、氣候變化、季節(jié)更迭、設(shè)備元器件老化等。而且， 運行時間越長，這種關(guān)聯(lián)性描述越準確。這個關(guān)聯(lián)性還可以重復使用， 包括智能電網(wǎng)中的其他應用。 二.分散型綠色電源建設(shè)與低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲分析： 隨著國際金融危機的深化，與全球性的能源危機，一個新興的 產(chǎn)業(yè)一一智能電網(wǎng)一一全面興起。世界各國都把低碳經(jīng)濟與清潔能源 建設(shè)當作了新興產(chǎn)業(yè)革命的引擎。 而在清潔能源建設(shè)過程中，替代化石

8、能源的太陽能與風能，得 到各方的極大關(guān)注。在智能電網(wǎng)工程實施過程中，這兩種能源都要轉(zhuǎn) 換成電能。因為電能作為二次能源，使用最方便。 如果是集中型太陽能與風能電站，它接入電網(wǎng)以后的全部管理、 運行模式，與普通水電站、火電廠，差別不大。但是，太陽能與風能 電站，其發(fā)電條件受氣候條件嚴重制約，不能參加系統(tǒng)調(diào)峰。 相對而言，分散型的綠色能源建設(shè)，有其獨特的優(yōu)勢：分散型 綠色電源都在負荷中心，這種能源消耗，避免了電能輸送，大大降低 了系統(tǒng)線損，提高了能源使用效率。但它的白然屬性，發(fā)電條件的隨 機性，也給這些新能源上網(wǎng)，帶來諸多問題。 智能電網(wǎng)的運行管理需要了解電能上網(wǎng)和使用電能的完整流 程，以及在那些電

9、能被轉(zhuǎn)化、在這些位置上電網(wǎng)發(fā)生了什么變化。而 且為了電網(wǎng)的安全運行，也為了保護綠色電源設(shè)備，我們還需要計算、 分析電網(wǎng)的潮流分布、負荷分配，還有電源點的有功、無功功率流向、 功率因數(shù)參數(shù)、電網(wǎng)各點電壓分布、各種故障狀態(tài)下的短路電流計算， 繼電保護整定。一系列的電參量計算，都離不開低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲 結(jié)構(gòu)。 而我國由于歷史變遷的緣故，大多負荷中心的低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡拓 撲結(jié)構(gòu)，我們是不知道的！這就使得上述電參量計算，變得十分困難。 而且，沒有低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，即使我們利用先進的只能表計， 采集到現(xiàn)場的電氣參數(shù)，它們又有多少現(xiàn)實價值呢？即使微網(wǎng)技術(shù)得 到進一步的發(fā)展，它也需要這個網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)支撐。

10、 當然，就目前的技術(shù)發(fā)展來看，大規(guī)模的分散型綠色電源建設(shè)， 條件還不具備。但是從長遠來看，它帶來的效益是明顯的。值得我們 期待。 而一旦開始分散型綠色電源建設(shè)，低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)就 是一個繞不開的課題！ 而就目前國內(nèi)的現(xiàn)狀而言，要了解低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)， 只能采用人工摸查的辦法。這種方法，既麻煩，又不準確。借助低壓 載波通信中的 TopoTopo- -relayrelay 技術(shù)，進行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與結(jié)點位置探查，是 一個比較理想的方法。 這種方法可以通過逼近算法，比較準確地描繪整個低壓電網(wǎng)的 系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也可以基本判斷電能表所在結(jié)點的位置， 從而為電網(wǎng) 的各種電參數(shù)計算與摸查，奠定基礎(chǔ)。 當然，這種基于載波通信的網(wǎng)絡拓撲分析，也有它的局限性。 它主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 首先，它得到的是基于通信概念的物理網(wǎng)絡拓撲，而不是幾何 拓撲。它對系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的描述，與電路參數(shù)分析所用的幾何拓撲是 完全一致的。但電能表結(jié)點位置，與幾何拓撲，可能存在一定的誤差。 電能表通信指標的一致性越好，這種差異就越小。 第二，這種網(wǎng)絡拓撲分析，需要通過逼近算法計算。雖然，系 統(tǒng)經(jīng)過 2424 小時白動調(diào)試以后，就可以