我国特高压直流输电通信技术的巴西工程本地化通道设计方案，cosr

巴西美丽山水电站特高压直流输电项目是中国首项海外特高压技术输出项目,是贯彻落实国家“一带一路”战略,构建全球能源互联网的示范工程,对中国特高压输电技术、装备和标准走向国际具有重要战略意义[1-2]。换流站间电力通信通道建设是直流工程重要组成部分,是支撑工程安全、稳定、经济运行的基石[3-5]。一方面中国丰富的电力专用通信网实践为海外直流工程提供了有力的技术支撑,同时,中国和巴西两国电力及通信技术管理体系及理念差异也为工程通信通道本地化设计、建设和实施带来诸多挑战。分析巴西输电系统组织体制和调度体系、电力通信基础设施、通信业务网络配置、通信技术规程和标准方面的特点,研究巴西特高压直流输电工程本地化通信通道组织方案有助于满足工程高效率、大容量的数据、图像、语音等多种信息通信传输的要求,确保工程顺利推进。

1 工程概况

巴西±800 kV欣古(Xingu)—里约(Rio)直流输电工程规划2019年投产,输送规模4000 MW,直流输电线路起于北部亚马逊地区欣古换流站,途经Pará、Tocantins、Goiás、Minas Gerais、Rio de Janeiro等5个州,落点为东南部里约换流站,线路全长2518 km。该工程与2018年底投产的±800 kV欣古—艾斯特雷图(Estreito)直流输电工程均是世界第4大、巴西第2大美丽山(Belo Monte)水电工程配套电力送出工程,共同承担北部亚马逊地区水电资源直送东南部负荷中心的任务,是巴西北电南送的重要输电通道[1-2]。

根据巴西电网建设规划,里约换流站共建设6回500 kV交流出线,其中,2回至500 kV新伊瓜苏(Nova Iguasu)变电站,线路长约30 km;2回ΠΠ接入 500 kV阿德里亚诺波利斯变电站(Adrianopolis,简称A变电站)—500 kV雷森迪(Resende,简称R变电站)1回线,ΠΠ开段线路长1 km;2回ΠΠ接入 500 kV A变电站—500 kV 保利斯塔变电站(C. Paulista,简称P变电站)1回线,ΠΠ开段线路长1 km。A、R和P变电站均属于Furnas电力公司的500 kV输电网[2],见图1。

图1 工程接入系统示意图

2 巴西输电及其通信系统特点分析

巴西执行私有化输电管理体制,已建立完备的核心管理机构和经济机构[6]。与中国典型的电力专用通信网相比,巴西输电网通信在基础设施、业务网络、技术规程和标准等方面具有自身的发展理念和系统特征。工程通信通道的组织方案需充分考虑上述因素。

2.1 巴西输电系统概述

2.1.1 组织体制

巴西输电网分为骨干输电网(Rede Básica,RB)和其他未联网输电网络(Demais Instalãões de Transmissão,DIT),其中前者占巴西输电网的98.3%。巴西输电网的核心管理机构和经济机构共同支撑巴西输电网运营。巴西输电网的核心管理机构一是电力监管局(Agencia Nacional de Energia Elétrica,ANEEL),其为政府独立监管机构,按照政府政策、方针管理和监督发电、输电、配电和电力交易等;二是国家电力调度中心(Operador Nacional do Sistema Elétrico,ONS),其为私有非盈利机构,协调巴西互联骨干输电网(Rede Básica,RB)运行[6-7]。

巴西输电网的核心经济机构是特许经营公司(Sociedade de Propósito Especí-fico,SPE),受联邦政府委托和监管,代表政府运营输电资产,提供输电服务。一系列输电合同协议是协调、规范输电特许权公司与监管机构和其他骨干输电网用户(包括发电和输配电公司)间运营活动的主要手段,包括：输电设施共享协议(Contratos de Compartilhamento de Instalaçõs,CCI)、输电设施连接协议(Contratos de Conexão de Sistema de Transmissão,CCT)、输电服务协议(Contratos de Pretação de Serviços de Transmissão,CPST)、输电系统使用协议(Contratos de Uso do Sistema de Transmissão,CUST)等。截至2017年底,巴西共有115家输电公司,188项输电特许权经营合同,预计2017年度总输电年许可收入(annual permitted revenue,RAP)190亿雷亚尔 (BRL)[6-8]。

2.1.2 调度体系

巴西国家电力调度中心(ONS)拥有1个国家电力运行中心(Centro Nacional de Operação do Sistema, CNOS)、4个区域电力运行中心(Centros Regionais de Operação do Sistema,COSR)及其他电网运行协调相关的资产[2,6-8]。国家电力运行中心和输电公司通过逐级下放管理权限,构建电力运行网(operative network,ROP),实现层次化协调、监督和控制输电网运行。第一级是国家电力运行中心(CNOS),管理全国互联系统(Sistema Interligado Nacional,SIN)和跨国联网运营。第二级是区域电力运行中心(COSR),包括南部(COSR-S,Florianópolis),东南部(COSR-SE,Rio),东北部(COSR-NE,Recife)和北部/中西部(COSR-NCO,Brasília)管理本地区设备运营。第三级是输电公司体系。各输电公司建立符合各自运营特点的运行管理体系,实现输电资产逐级管控[6-8],见图2。

图2 巴西国家电力运行管理组织结构

巴西美丽山水电站特高压直流输电项目是中国首项海外特高压技术输出项目,是贯彻落实国家“一带一路”战略,构建全球能源互联网的示范工程,对中国特高压输电技术、装备和标准走向国际具有重要战略意义[1-2]。换流站间电力通信通道建设是直流工程重要组成部分,是支撑工程安全、稳定、经济运行的基石[3-5]。一方面中国丰富的电力专用通信网实践为海外直流工程提供了有力的技术支撑,同时,中国和巴西两国电力及通信技术管理体系及理念差异也为工程通信通道本地化设计、建设和实施带来诸多挑战。分析巴西输电系统组织体制和调度体系、电力通信基础设施、通信业务网络配置、通信技术规程和标准方面的特点,研究巴西特高压直流输电工程本地化通信通道组织方案有助于满足工程高效率、大容量的数据、图像、语音等多种信息通信传输的要求,确保工程顺利推进。

1 工程概况

巴西±800 kV欣古(Xingu)—里约(Rio)直流输电工程规划2019年投产,输送规模4000 MW,直流输电线路起于北部亚马逊地区欣古换流站,途经Pará、Tocantins、Goiás、Minas Gerais、Rio de Janeiro等5个州,落点为东南部里约换流站,线路全长2518 km。该工程与2018年底投产的±800 kV欣古—艾斯特雷图(Estreito)直流输电工程均是世界第4大、巴西第2大美丽山(Belo Monte)水电工程配套电力送出工程,共同承担北部亚马逊地区水电资源直送东南部负荷中心的任务,是巴西北电南送的重要输电通道[1-2]。

根据巴西电网建设规划,里约换流站共建设6回500 kV交流出线,其中,2回至500 kV新伊瓜苏(Nova Iguasu)变电站,线路长约30 km;2回ΠΠ接入 500 kV阿德里亚诺波利斯变电站(Adrianopolis,简称A变电站)—500 kV雷森迪(Resende,简称R变电站)1回线,ΠΠ开段线路长1 km;2回ΠΠ接入 500 kV A变电站—500 kV 保利斯塔变电站(C. Paulista,简称P变电站)1回线,ΠΠ开段线路长1 km。A、R和P变电站均属于Furnas电力公司的500 kV输电网[2],见图1。

图1 工程接入系统示意图

2 巴西输电及其通信系统特点分析

巴西执行私有化输电管理体制,已建立完备的核心管理机构和经济机构[6]。与中国典型的电力专用通信网相比,巴西输电网通信在基础设施、业务网络、技术规程和标准等方面具有自身的发展理念和系统特征。工程通信通道的组织方案需充分考虑上述因素。

2.1 巴西输电系统概述

2.1.1 组织体制

巴西输电网分为骨干输电网(Rede Básica,RB)和其他未联网输电网络(Demais Instalãões de Transmissão,DIT),其中前者占巴西输电网的98.3%。巴西输电网的核心管理机构和经济机构共同支撑巴西输电网运营。巴西输电网的核心管理机构一是电力监管局(Agencia Nacional de Energia Elétrica,ANEEL),其为政府独立监管机构,按照政府政策、方针管理和监督发电、输电、配电和电力交易等;二是国家电力调度中心(Operador Nacional do Sistema Elétrico,ONS),其为私有非盈利机构,协调巴西互联骨干输电网(Rede Básica,RB)运行[6-7]。

巴西输电网的核心经济机构是特许经营公司(Sociedade de Propósito Especí-fico,SPE),受联邦政府委托和监管,代表政府运营输电资产,提供输电服务。一系列输电合同协议是协调、规范输电特许权公司与监管机构和其他骨干输电网用户(包括发电和输配电公司)间运营活动的主要手段,包括：输电设施共享协议(Contratos de Compartilhamento de Instalaçõs,CCI)、输电设施连接协议(Contratos de Conexão de Sistema de Transmissão,CCT)、输电服务协议(Contratos de Pretação de Serviços de Transmissão,CPST)、输电系统使用协议(Contratos de Uso do Sistema de Transmissão,CUST)等。截至2017年底,巴西共有115家输电公司,188项输电特许权经营合同,预计2017年度总输电年许可收入(annual permitted revenue,RAP)190亿雷亚尔 (BRL)[6-8]。

2.1.2 调度体系

巴西国家电力调度中心(ONS)拥有1个国家电力运行中心(Centro Nacional de Operação do Sistema, CNOS)、4个区域电力运行中心(Centros Regionais de Operação do Sistema,COSR)及其他电网运行协调相关的资产[2,6-8]。国家电力运行中心和输电公司通过逐级下放管理权限,构建电力运行网(operative network,ROP),实现层次化协调、监督和控制输电网运行。第一级是国家电力运行中心(CNOS),管理全国互联系统(Sistema Interligado Nacional,SIN)和跨国联网运营。第二级是区域电力运行中心(COSR),包括南部(COSR-S,Florianópolis),东南部(COSR-SE,Rio),东北部(COSR-NE,Recife)和北部/中西部(COSR-NCO,Brasília)管理本地区设备运营。第三级是输电公司体系。各输电公司建立符合各自运营特点的运行管理体系,实现输电资产逐级管控[6-8],见图2。

图2 巴西国家电力运行管理组织结构

2.1.3 通信体系

区域运营中心(COSR)接收本地区各输电机构监管数据,并发送至国家电力运行中心。国家电力调度中心采用多种手段提高运行网络可用率和业务连续性：1)各区域运营中心同时设置主/备站点,实现冗余备份;2)各站点与电力运行网(ROP)间配置多重化通信链路;3)采用高可靠性MPLS技术通信网络,24 h×7 d主动管理。目前,国家电力运行中心(ONS)与248个电力机构(包含发、输、配等领域)、396个SCADA系统互联,共建立486条专用电信通道和554条热线调度电话,见表1。国家电力运行中心监控系统采用SAGE开放式能源管理系统平台(Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia,SAGE),支持多种通信协议,包括：ICCP,DNP3,IEC 101和IEC 104等[9-11]。

表1 巴西国家电力运行中心通信系统规模

2.2 中国和巴西电力通信特点比对

分析中国和巴西两国电力通信管理和技术现状对顺利推进中国特高压技术在巴西工程顺利落地非常重要。

2.2.1 通信基础设施

中国输电网线路资源丰富,截至2016年底,220 kV及以上输电线路达633 338 km。依托各等级输电线路等,国网公司已建成主干、省级和市级三级电力专用光纤通信网,光纤通信覆盖26个省市,光缆总长度1 232 000 km,设备184 180套,基本实现地域和功能全覆盖,电力通信通道资源丰富,见表2。换流站通常接入骨干通信网。

表2 国家电网公司电力光通信设施概况

巴西国土面积与中国接近,电网规模约为中国1/10,截至2016年,建成230 kV及以上输电线路135 000 km,光纤在输电网通信中总占比不高,载波等通信方式仍占较大比重,电信网络也在发展过程中。与中国统一的电力专用光纤通信网思路不同,巴西未建设输电专用通信光纤网。众多输电机构根据自身特点和需求,通过不同方式灵活组织输电系统通信通道,包括：利用自有通信通道、通过签署输电系统使用协议(Contratos de Uso do Sistema de Transmissão,CUST)租用其他输电机构通信通道、租用社会机构通信通道等。鉴于此,巴西电力通信通道组织一方面具有灵活、建设成本低的特点,另一方面,也面临通信通道资源不足(北、中部偏远地区尤其明显)、组织困难、有效掌控质量困难、外部影响因素多等(如外部公司破产)诸多挑战[12]。

2.2.2 通信业务网络

中国电网公司通常建立调度数据网(operative network)和综合数据网(corporative network)相互独立的通信业务网,全面支撑电力系统安全稳定运行,见图3。调度数据网主要承载实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理业务。综合数据网主要承载ERP、邮件、协同办公、电话、视频会议等信息化等业务[3-4],见图3。中国电网公司已建立电力通信频率同步网,致力推动电力频率同步网与时间同步网两网合一[13-15]。已建立北京、上海和西安3个电力数据容灾中心,实现相互备用。

图3 中国国家电网公司通信业务网

巴西输电公司数量众多,资产分布、经营管理架构、地域分布关系复杂。巴西输电业务数据网路组织主要以各输电机构为主体规划建设,各输电项目需要充分利用电网和公网资源等自行灵活组织业务数据通道,自行组织通信同步业务,满足规范及合同等规定。巴西电力调度中心未直接统一管理全部各层级电力业务数据网络,未建设全国范围的数据容灾中心,未开展电力通信频率同步和时间同步网建设工作[11-12]。

2.2.3 技术规程及标准

电力通信业务包括：语音业务、数据业务、视频业务和多媒体业务4种,按照功能分为生产控制和管理信息两大类,对通信可靠性、安全性、实时性方面的需求不同。生产控制包括线路继电保护、调度自动化、安稳系统、电能量计量系统、电力市场运营系统等。管理信息类典型业务包括雷电定位监测系统、变电站视频监视系统、视频会议系统和行政电话等。中国典型的国网公司电力通信业务性能见表3[3-5]。

巴西电网规程(Grid Procedures Book)(包含26部分)是ONS与输电机构共同编制,由ANEEL批准后执行,共同规范输电网设计建设和运行。其中,规程2.6、2.7和13分别规范输电网保护/通信系统、调度自动化监控系统、通信系统等基本技术性能。该规程将语音和数据业务的通信通道划分为3个等级,即：1)A类通道,延迟小于140 ms,抖动小于20 ms,数据包丢失小于1%,可用率99.98%,不可用时间不超过1 h 45 min/12月,至少使用2条不同且独立的通道,每条通道可用率不低于99%。2)B类通道,可用率99%,不可用时间不超过87 h 36 min/12月。3)C类通道,可用率95%,不可用时间不超过438 h/12月。此外,巴西技术标准协会(Associação Brasileira de Normas Técnicas,ABNT)标准,IEC、IEEE 有关标准、ITU-T有关建议等也是输电工程通信系统参考的最低标准。若投运的输电系统未满足上述通信可用性要求,输电机构将收到ONS通知,并受到ANEEL处罚。巴西各输电公司通常制定各自公司企业标准[7,9-10]。此外,针对各输电工程,ANEEL发布的工程招标文件和业主及EPC承包商合同等,具有最高优先级[2]。总体而言,中国国家电网公司执行的通信专业标准高于巴西执行的技术标准。

表3 典型中国输电工程通信业务性能要求

3 工程实施方案

分析特高压直流工程系统通信通道技术需求,提出优化的工程换流站间通信通道组织方案,包括：明确建设2条换流站间主、备通信通道、采用超长距光纤技术、优化通信业务和链路配置方案、直流备用通道改造和组织、工程至调度端通道组织、通信同步等。

3.1 技术需求分析

特高压直流工程系统通信通道具有以下特点。1)通道需求数量多。一回特高压直流线路配置2 Mbit/s数字通道通常超过20个。2)通道传输距离长,通道组织复杂。通常沿直流输电线路建设SDH光传输电路主用通信传输通道。利用沿交流出线建设的光传输电路以及电网原有电路组织备用通信通道。各通道采用相互独立的通信设备及光缆路由。3)通道传输时延长。由于直流线路较长,站间直流控制保护信息通道需关注时延满足规程要求[3,16]。

3.2 换流站间通信通道数量

在中国,换流站间通信通道通常承载继电保护、安全稳定控制等重要业务的电力通信网须满足多方面性能要求：1)可靠性,包括延迟、抖动、数据丢包率、可用率等;2)冗余性,即任意2节点应至少有2条独立物理路由连通;3)满足N-1原则,并尽量满足N-2原则,即任意网络节点失效断开,应保持电力业务稳定运行,且其他节点不发生通信质量劣化和通道阻塞,在任意2网络节点断开时,尽量保证不影响其他节点的正常通信[3-5,16]。例如：国网公司特高压直流工程通常设置3条换流站站间光纤链路通信通道,传输直流控制保护等信号。例如,±800 kV宜宾–金华直流输电工程第1通道为宜宾换流站—复龙换流站—含山站、凤仪、双龙—金华换流站光缆链路;第2通道为宜宾换流站—板桥变、吴宁变—金华换流站;第3通道利用国网和网省公司已有链路组织。

巴西国家调度中心(ONS)颁布的电网规程2.6子章节中第8章规定：如有条件,高于345 kV线路保护主、备用通道应使用独立的物理通道,从而确保1条通道中断不会影响另一通道[6,10,17]。参考中国建设管理经验,结合巴西执行规范和通信通道组织实际情况,提出两换流站间建设2条物理独立的直流主、备通信通道方案。

3.3 超长距光纤技术

近年来,中国特高压交直流输电网发展迅速,客观上推动同步建设的光纤通信工程中不断研究应用超长站距光传输技术[18-20]。提高光传输站距需要从改善损耗、色散、光信噪比多方面着手。

1)采用光放大器和受激布里渊散射抑制等技术(stimulated brillouin scattering,SBS)提升光输出功率;2)采用超低损耗光缆产品降低光损耗;3)通过色散补偿技术改善色散特性;4)采用拉曼放大器、前向纠错编码(forward error correction,FEC)技术或加强前向纠错编码(enhanced forward error correction,EFEC)技术改善系统光信噪比[18-20]。综合应用上述技术,中国电力专用光纤通信网中电力光纤通信中继距离不断提高,见表4[3-5]。

与中国相似,该特高压工程直流线路长度2518 km,超过世界上所有在运输电工程,跨越5个州,沿线大部分地区,尤其是北部亚马逊雨林地区地广人稀,自然条件恶劣,光纤通信中继站选址、建设和维护困难,因此,提高光通信中继距离、减少中继站数量的需求迫切[2,9]。综合考虑工程需求及巴西本地供货及施工能力现实情况,提出改善光纤传输特性的系统解决方案。1)优化光纤光缆选型。提出纤芯衰耗0.19 dB/km、48芯、2.5 Gbit/s单通道,OPGW光缆,采用2Mbit/s复用通道方式,优点是可利用传输带宽增加,中间复用环节少,降低通道传输时延,利用自愈环提高通信通道可靠性。2)改善光纤传输特性。综合应用前置放大(PA)、功率放大(BA)、拉曼放大(RFA)和遥泵(ROPA)等技术改善光纤损耗;采用掺饵光纤放大器(EDFA)与波长转换器配合改善功率和色散指标;采用前向纠错(FEC等)技术降低误码率。3)优化系统再生段长度计算。考虑衰减受限和色散受限长度,按照最坏值设计法优化再生段长度计算[21]。通过工程实地考察,综合考虑环境、征地、交通和电源等因素,沿工程直流线路同步建设OPGW光缆通道,采用8个中继站设置方案,中继站间距离在265~336 km之间。欣古换流站—里约换流站直流控制保护通道第一通道站点数量10个,时延约18 ms,满足技术规范要求。工程光缆和中继站设计建设方案可借鉴丰富的中国电力工程经验,同时,工程在巴西实施面临建设、施工技术和管理方面的挑战。为确保通信工程电路的顺利开通及稳定运行,工程建设将充分借鉴国内光缆熔接及施工等工艺,加强产品、施工等技术质量指导、管理和监控。

表4 中国输电工程超长距电力光纤通信中继距离

3.4 通信业务及其链路配置

中国高压直流工程送、受端换流站间通信通道传输的信息主要包括4类：1)直流系统控保信息;2)调度自动化信息;3)数据业务;4)话音信息。后3者数据业务通道要求与交流变电站基本相同[16]。直流控制保护信息通道要求与常规交流线路保护通道差别较大,是换流站系统通信设计的重点。直流控制保护站间通信系统主要包括两站极控、直流站控、直流保护和直流故障定位系统间通信,采用冗余配置。直流极控和保护信息通道数量设置需综合考虑如下情况。

1)直流极控和保护采用专用或共用通信链路。根据不同设计理念,直流极控和保护系统既可分别采用专用通道,也可共用通道。例如,天广、高肇和楚穗直流极控和保护采用独立通道,接入A和B主干通信网;兴安直流极控和保护共用站间通信通道,接入A和B主干通信网[16]。提出采用直流极控和保护共用站间主、备通信通道方案。

2)主、备通信通道切换。不同工程采用不同极控和保护主、备通信通道切换方式。通常,每极极控配置主、备两条冗余通信通道传送站间主用信号,可进行切换。高肇和兴安直流工程,直流保护执行主备通信通道切换方案。天广直流保护,每套直流保护配置独立的主、备站间通信通道,无需主、备用通道切换。提出采用直流保护主备通信通道切换方案。

3)信息复用或网络数据格式。直流控制保护信号接入电网主干通信传输网可采用不同方式：

①分插复用设备;②采用网络数据格式经路由器接入。天广、高肇和兴安直流工程采用前者;楚穗直流采用后者。提出直流控制保护信号的站间通信采用2 M电接口,接入SDH光纤通道传输方案。

综合考虑,工程OPGW共48芯光纤,自用4芯光纤,即辛古—里约站间通信采用2组SDH(1+0)通道,每组占用2芯光纤,共4芯。其余44芯光纤拟安排承担其他业务或对外出租。

3.5 直流备用通道设置

欣古换流站—里约换流站备用通道建设思路如下：利用已有欣古换流站—艾斯特雷图换流站间同步建设的OPGW光缆电路、改造艾斯特雷图换流站—里约换流站(属于Furnas电力公司)交流线路OPGW光缆电路,组织建设欣古换流站—艾斯特雷图(Estreito)换流站—里约换流站的光缆电路,该备用通道沿线共包括13个站点(含6座中继站、5座变电站、2座换流站)、12段站间光缆通道,涉及5家电力公司和更多公司的通信资产,协调和改造面临严峻挑战。其中,欣古换—艾斯特雷图换的美丽山I期直流光缆线路全长2084 km,沿线设置6座中继站。详情如图4所示。

图4 工程主备通信通道配置方案

C—里约换流站间通信通道改造方案如下。通过里约换分别ΠΠ型接入原A—R和A—P变电站OPGW光缆,分别形成2回OPGW光缆：A变电站(1#光纤)—里约换—R变电站;A变电站—里约换—P变电站。同时,通过改造原A变电站—ΠΠ接点的1根地线为OPGW光缆(2#光纤),增加1条A变电站—里约换OPGW光缆。在里约换(FURNAS主控楼)、R变电站、A变电站配置1套SDH设备,新建A变电站—里约换—R变电站2条SDH 2.5Gbit/s(1+0)光缆电路。通过A变电站光纤跳接等最终建立艾斯特雷图换~里约换流站的光缆链路：艾斯特雷图换流站—P变电站—R变电站—里约换流站(2#光纤)—A变电站(1#光纤)—里约换流站。

目前,正联系备用通道涉及的其他各输电公司,组织开展各站点设备及运行情况现场调研。从目前初步调研结果来看,通道时延满足工程招标文件要求,并有足够裕度。后续设计和工程实施将详细计算和测试通信类型(光纤或微波等)、通道长度、经过SDH设备数量等对站间通信时延的影响。

4 结论

分析巴西输电系统组织体制、调度体系和通信系统现状,阐述中国和巴西两国电力通信特点,研究巴西特高压直流输电工程本地化通信通道组织方案,对中国特高压直流输电技术巴西顺利落地至关重要。

1)巴西已建立以电力监管局(ANEEL)及国家电力调度中心(ONS)为核心的管理机构,以输电特许经营权公司为核心的经济机构共同支撑巴西输电网有序运营。国家电力调度中心已建立与众多输电机构的通信联络。

2)与中国统一的电力专用光纤通信网思路不同,巴西未建设输电专用通信光纤网,电力通信通道组织具有灵活、建设成本低的特点,同时,也面临通信通道资源不足、组织困难、有效掌控质量困难、外部影响因素多等挑战。

3)巴西电网规程、巴西技术标准协会标准,IEC、IEEE有关标准、ITU-T有关建议、输电公司企业标准、ANEEL发布的工程招标文件等共同规范输电工程通信系统设计、建设和运行。中国国家电网公司执行的通信专业标准总体高于巴西执行的技术标准。

4)与工程同步、同走廊建设OPGW光缆第一通道,包括采用超长距光纤技术(最大336 km)设置10个站点,选用48芯低损耗光缆、2.5 Gbit/s单通道,时延约18 ms,满足技术规范要求。

5)备用通道建设利用已有另一特高压直流输电工程通信通道和交流线路OPGW光缆电路建设,共包括13个站点、12条站间光缆通道,涉及5家电力公司和更多公司的通信资产,协调和改造面临挑战。

6)通过里约换流站数据中心,3座新建变电/换流站接入2个区域电力运行中心和国网巴西公司本地的集控中心。

7)沿袭巴西本地工程惯例,在两换流站分别设置BITS主、备时钟跟踪GPS信号,为工程设备提供满足规范和标准要求的授时时间基准。

随着工程建设的推进,我国特高压直流输电电力通信技术的巴西工程本地化通信实施方案将进一步优化。

致 谢

巴西美丽山特高压直流输电工程得到国家电网公司海外直流工程领导小组、特高压直流建设部、国网国际发展有限公司、中国电力技术装备有限公司、中国电力科学研究院有限公司、北京国网经济技术研究院、南瑞集团、国网信通公司、中南电力设计院等单位的大力支持,在此表示衷心感谢!

参考文献

[1] 刘振亚. 全球能源互联网[M].北京:中国电力出版社,2015.

[2] 刘云. 我国特高压直流输电技术的巴西本地化工程实施方案[J].电网技术,2017,41(10):3323-3229.

[3] 余文杰. 通信系统对电力系统稳定控制的影响硏究[D].南京:东南大学,2016.

[4] 于昊. 电力系统省级骨干传输网建设方案[D].长春:吉林大学,2016.

[5] 邓博仁. 电力通信网风险分析[D].北京:华北电力大学,2016.

[6] Tolmasquim M.Power sector reform in Brazil[M].Brazil:EPE Press,2012:73-102.

[7] ONS-Operador Nacional do Sistema Elétrico.Procedimento de rede-módulo 2.5[EB/OL].[2017-05-02]..

[8] Faugstad K,Magg T,Damgaard P,et al.HVDC environment planning guidelines[J].Electra,2012(264):39.

[9] ANEEL-Agência Nacional de Energia Elétrica.Edital de Leilão NO 007/2015-ANEEL,Anexo 6[Z].

[10] Operador Nacional do Sistema Elétrico.Submódulo 13.Telecomunicaçóes.2011[Z].

[11] Osvaldo Foroni Junior,André Luis FranceschettRodrigo Alves Benes Ferreira.Utilização De Mpls (Multi Protocol Label Switch) Para Troca De Dados Entre Relés Em Subestações Diferentes[C]//XXIV SNPTEE Seminário Nacional De Produção E Transmissão de Energia Elétrica,Curitiba - PR,Brazil,2017.

[12] Dos Santos C R,Vianna L F G,Bonequini A.Redundância de Rede Ethernet Para a Solução de Comunicações,Proteção E Controle Do Bipolo1,da Lt Xingú Estreito ±800 kV HVDC[C]//XXIV SNPTEE Seminário Nacional De Produção E Transmissão de Energia Elétrica,Curitiba - PR,Brazil,Oct.2017.

[13] 滕玲,高强,汪洋,等.电力频率同步网与时间同步网两网合一可行性研究[J].电网技术,2015,39(1):294-298.

[14] 李道圣,周晓燕,王玉东,等.电力通信系统频率同步网模型架构研究[J].信息通信,2015(6):26-28.

[15] 孙蕴杰. 国家电网骨干时间同步网的技术探讨[J].电力系统通信,2006,27(12):31-35.

[16] 刘航. 高压直流输电系统通信通道研究[D].广州:华南理工大学, 2014.

[17] ONS.Performance,indicators of management for the basic network,and busbar transformers border,and its components[R].Brazil:ONS,2011.

[18] 国家能源局.电力通信超长站距光传输工程设计技术规程:DL/T 5734—2016[S].北京:中国电力企业联合会,2016.

[19] 程细海,徐健,殷天峰,等.基于遥泵技术的超长距系统研究与应用[J].光通信技术,2015(6):23-26.

[20] 程细海,王羿,邓黎,等.超长站距光传输工程应用及建设探讨[J].电力信息与通信技术,2015,13(4):59-63.

[21] 杜娜,李铁臣.国家电网公司频率同步网优化改造思路[J].电力信息与通信技术,2017,15(6):88-94.

[22] IEEE.IEEE C37.238—2011, IEEE standard profile for use of IEEE Std.1588 precision time protocol in power system applications[S].

3.6 至调度端的通道组织

在里约换流站设置工程数据中心。欣古换流站、里约换流站、新伊瓜苏变电站的信息经数据中心一是转送北/中-西区域电力运行中心(COSR- NCO)及东南区域电力运行中心(COSR-SE)的当地数据采集系统,二是发送国网巴西公司本地的集控中心见图5[2]。

图5 至调度端的通道组织方案

1)欣古换流站至调度端通道组织方案是欣古换—里约换—调度端,其中里约换—调度端电路拟租用当地电信公司带宽。

2)里约换流站至调度端通道拟租用当地电信公司带宽。

3)里约换流站至国网巴西公司本地的集控中心通道组织方案拟租用当地电信公司带宽。

3.7 通信同步系统

中国高度重视电力通信专网同步系统的建设和优化。以国网公司为例,已建立树形结构频率同步网,设置全国5大基准时钟(primary reference clock,PRC)并逐级向下辐射。骨干层设置区域基准时钟(local primary reference,LPR),以2种方式连接至2个PRC。地区局和变电站设置3级大楼综合定时供给系统(building integrated timing(supply) system,BITS)时钟。频率同步网实现信号频率跟踪基准频率,且长期保持一致。在换流站、电厂和调度机构内建立时间同步系统,通常采用主备方式,实现频率和相位一致,即信号的起始时刻与协调世界时(coordinated universal time,UTC)保持一致。目前,中国国家电网公司正在提升电力通信频率同步和时间同步网范围和质量,致力于实现电力频率同步网与时间同步网两网合一,进一步提高定时基准[13-15,21-22]。

目前,巴西未建立统一的电力专用通信网,ONS并未向巴西电网运营商提供统一的主时钟源,各工程或输电机构自行组织通信同步系统。巴西通常做法是工程设置自身通信时钟,并保持与GPS同步,确保满足技术规范要求。该工程在欣古换、里约换流站各配置1套二级BITS晶体时钟设备,由高稳晶体钟组成,布设在变电站通信机房内。欣古换BITS跟踪GPS信号时钟为主用,里约换流站BITS跟踪主时钟为备用。

3.8 通信通道管理及维护

与中国输电企业组建电力专用通信网,实现与其他通信网络物理层隔离并独立运行的惯例不同,巴西未建设电力专用通信网,并采用不同通信通道维护和安全策略。

工程主通信通道采用工程自有光纤通道,无需额外付费。关于通信备用通道,本工程正联系各相关输电和通信公司,全力推进通道调研、合同谈判、工程设计和建设工作。输电特许权公司正在与各公司分别协商CCI、CCT、CPST、CUST等一系列合同和协议,明确划分通信通道建设、运营和维护权力及责任,确定通道租用技术要求和费用等,保证通信通道可用率。

工程沿用巴西输电系统通信通道安全管理和组织惯例：1)主用、备用通道物理层隔离,实现相互独立;2)同一通信通道内的不同公司间设备实现链路层隔离;3)不同节点间设置防火墙,防止非正常入侵,在IP网络层实现隔离。