Download - 電力通信 於電力監控 之應用 - t-saudi.org.t電力技術專欄 54 力電 人 第 十 七 期 2 0 1 5 年 6 月 壹、前言 台電公司依電業法暨電信法規定得設置
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壹、前言
台電公司依電業法暨電信法規定得設置
「專用電信」系統,即所謂「電力通信」,
係以「調度供電保障安全」為目的;對於台
電電力網運轉調度、電力系統控制自動化、
營運管理運作(包括:企業資訊網路、大電
腦應用作業、營業區處服務所停限電及運轉
圖資管理)、以及業務連絡通信等作業之順
利推動與否,皆扮演著關鍵支援角色。本文
將針對電力通信系統運用於電力網監控之各
項應用現況,提出概要性整理介紹。
貳、電力通信系統設置之目的
電力通信系統係專為支援電力系統運轉
及電力生產過程等相關服務之通信系統,其
建置目的乃為確保電力運轉之安全、穩定,
同時滿足電力生產與服務過程中各種通信需
求;因此電力通信系統為電力公司重要基礎
設施之一。電力通信在台電公司的營運上扮
演著有如人體神經傳導系統之角色,舉凡發
電廠、變電所、調度中心之各種自動化運作、
電力監控、資訊傳輸、保護電驛、長途電話
暨搶修聯絡等各項作業,無不依靠完整可靠
的電力通信網路達成各項任務。
參、台電電力通信系統簡介
我國電信市場雖已臻自由化,然而因電
力通信之特殊屬性,公共電信網路仍無法完
全因應電力系統之需要,此現象乃世界各國
皆然。電力通信系統發展軌跡,一方面跟著
電力系統之成長而逐步擴展,另一方面亦隨
著通信科技的進步而不斷演進。台電電力通
信歷經有線電話 (民國 40年代 )、載波電話
(民國 50年代 )、微波無線通信 (民國 60年
代 )、光纖通信 (民國 70年代 )、數位通信 (民
國 80年代 )、寬頻網路通信 (民國 90年代 )、
以至當今面對通信 /資訊技術整合等幾個階
段,大約每隔十年通信技術即昇級一次。通
信網路也從點對點專線發展到了交換式電話
網路及階層式互連的通信傳輸網。
台電電力通信系統以有線通信 (光纖網
路 )為主,無線通信 (微波 /VHF)為輔;截
至民國 103年底,電力通信站所共計 921站,
光纖通信設備共計 2975套,微波通信設備共
計 229套,光纜總長逾 9000公里。圖 1顯
示台電光纖幹線系統圖,圖 2為台電微波幹
線系統圖,圖 3則為台中地區 (台中、彰化、
南投等 )光纖區域系統圖。現階段電力通信
系統主力為甫於民國 103年底完工啟用之
「新世代同步數位階層 (NG-SDH)光纖通信
撰▓李副處長
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之應用
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圖 1. 台電光纖幹線系統圖 圖 2. 台電微波幹線系統圖
圖 3. 台中地區光纖區域系統圖 圖 4. NG-SDH系統 骨幹拓樸圖
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系統」,該系統共設置塞取多工機 (ADM)958
套,包括:STM-64(容量為 10Gbps)多工機
共計 113 套,STM-16( 容量為 2.5Gbps) 多
工機共計 357套,STM-6(容量為 622Mbps)
多 工 機 共 計 488 套。NG-SDH 塞 取 多 工
機所支援提供的電路型態包括:E1(電介
面 / 頻寬 2Mbps) 目前共提供 2367 路;
DS3(電介面 /頻寬 45Mbps) 目前共提供 5
路;以及 Ethernet(電介面 /頻寬 2Mbps~
100Mbps;光介面 /頻寬 1000 Mbps) 目前
共提供 1419路;另透過 E1多工機提供逾
9000路 DS0電路。圖 4為 NG-SDH光纖通
信系統骨幹拓樸圖,圖 5則為 NG-SDH區域
拓樸圖。
肆、電力監控之通信需求
一般而言,電力通信系統於電力網所支
援之各類型應用包括:
一、電力網運轉調度與監控相關電路服務
包含:電能管理系統、電力調度控制自
動化系統、配電自動化系統、配電饋線自動
化系統、以及偏遠電廠遙控運轉等。
二、電力系統保護相關電路服務
包含:輸電線路保護音頻傳輸信號 /數
位傳輸信號 /光纖芯線直接傳輸信號、保護
電驛資料管理系統 (設備監控資訊傳送 )、以
及特殊保護系統等。
三、營運管理業務通信電路服務
包含:大電腦連線、停限電作業、運轉
圖資管理、客戶服務中心、企業網路通信平
台 (電子採購、物料管理、人事行政管理系
統、公文電子系統 )、辦公自動化系統、及其
他資料傳輸通信等。
四、業務連絡通信服務應用
包括:業務語音交換系統和行政電話、
傳真、視訊會議、電力工程工務連繫通信、
電力系統線路及設備定期巡檢、維護及事故
搶修時的通信等。
五、其他應用服務的通信電路
包括:低壓智慧電表廣域 (WAN)通信電
路、電力品質監測、水文資料之蒐集傳遞、
防情通信以及系統保全等。
圖 5. NG-SDH系統區域拓樸圖 (台中地區 )
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以下針對「輸電線路保護電驛系統」、
「保護電驛資料管理系統」、「電力品質監
測系統」暨「配電饋線自動化系統」等項目
就運用電力通信系統電路現況提供簡介。
*輸電線路保護電驛系統 台電公司自民國 90年起於各級輸電線路
(345/161/69kV)陸續建置數位差流電驛 (87L
電驛 )作為輸電線路主保護系統。87L電驛採
成對方式於輸電線路兩端設置電驛設備與通
信多工機 (69kV系統採用以 1310nm波長單
模光纖直接引接方式,不使用通信多工機 ),
其基本工作原理係由電驛設備所分別讀取之
電流值透過通信頻道交換並進行相關差流運
算。當輸電線路遭遇雷擊或短路時,其電流
差值將超過臨界值,保護系統即判斷輸電線
路發生異常,電驛啟動跳脫動作,將異常輸
電線路自既有電網隔離。由於電流差值為跳
脫判斷依據,除相關計算之正確性外,電流
值的傳輸延遲時間必須加以補償,因此即時
通信的要求至為關鍵。
圖 6為 87L電驛通信架構圖。其中 87L
電驛設備為資料終端設備 (DTE),87L電驛
通信多工機為資料通信設備 (DCE),兩者間
藉由 RS-530電介面或 IEEE C37.94光介面
連接,傳輸頻寬為 64Kbps,採同步通信模
式。基本上 C37.94光介面的傳輸品質優於
RS-530電介面,目前台電電力通信系統已提
供 643路 C37.94電路,RS-530電路則已提
供 544路。
*保護電驛資料管理系統
台電公司於建置 87L電驛的同時,進一
步建立保護電驛資料管理系統;其特性:
1. 該系統採專用網路系統,與公司企業網
路不互連;
2. 採用階層式架構,分層管理;(參考圖
7)
3. 建立完整健全之網路安全管理機制,包
括:管制連線登入之硬體連接埠、電驛
標置之變更需透過防寫密碼、以及無法
跨區讀取及變更資料等。
配合圖 7所規劃的階層式管理系統架構,
台電電力通信系統利用 NG-SDH光纖系統所
配 備 的 ISA(Integrated Service Adapter)
卡片之乙太網路介面電路串連各個站所交換
器,如總管理處 (供電處 )之 L3交換器、各
供電區營運處的 L3交換器、暨各級變電所
的 L2交換器);圖 8顯式 NG-SDH光纖通
信系統提供本資料管理系統所需乙太網路電
路之拓樸示意圖。目前台電電力通信支援保
護電驛資料管理系統之乙太網路電路數量為
510路,且配合新增變電所持續增加中。
圖 6. 87L電驛通信架構圖
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圖 7. 保護電驛資料管理系統 階層式架構
圖 8. 電路拓樸示意圖
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*電力品質監測系統
本系統建置目的:
1. 建立電力品質長期監測設備及分析技
術,有效監測科學園區電力狀況;
2. 提供規劃供電網路以及安裝改善設備之
選擇方案;
3. 提供高科技產業電力品質改善之依據;
4. 人機介面與網路應用之研究;
圖 9為本系統電力品質監測位置分佈圖;
圖 10則為本系統架構圖。
目前電力通信系統支援電力品質監測應
用所需電路共計 345路 (DS0電路 237路、
E1電路 102路、Ethernet電路 6路 )。
*配電饋線自動化系統
台電公司推動建置「配電饋線自動化」,
係希望達成以下目標:
1. 縮短故障偵測及隔離之時間,加速事故
搶修(但減少事故次數非自動化功能);
2. 自動操作正常線路迅速恢復供電,增加
售電量;
3. 遙控操作開關,節省操作時間與人力;
4. 掌握饋線運轉資訊,有助於減少線路損
失及提高供電品質;
台電公司配電饋線自動化系統型態共分
為三種:
1. 常閉環路自動化系統其功能為線路開
關自動操作與 SCADA;
2. 常開環路自動化系統其功能為 SCADA
+ FDIR(Fault Detection Isolation and
Service Restoration);
3. 簡易自動化系統功能為簡易 SCADA,
運用於偏遠地區架空饋線;
有關配電饋線自動化控制中心至 FRTU
間光纜通信設計之原則如下:
1. 規劃及繪製控制中心與變電所間之「光
圖 9. 電力品質監測位置分布圖
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纜網路規劃圖」;
2. 由通信處提供各變電所間光纜芯線;
3. 若通信處無既設光纜,則區處可考量於
饋線自動化工程內規劃新設該等區間之
光纜 (無金屬充膠單模光纜 );
4. 如有需區處配合提供配電管路 (6吋之配
電高壓管路 ),區處應配合提供,另管
中管可視實際需要協調電力通信處一併
建置或由區處提供;
圖 11為區處配電饋線自動化變電所間
路徑架構圖 (以北市區處第四期規劃為例 )。
電力通信系統支援各區營業處配電饋線自動
化,多數提供控制中心 (區處 )至 FRTU(變
電所 )站所間 2~ 4芯光纜芯線;近期為提
升通信資源之使用效率,陸續改以 NG-SDH
光纖系統提供 E1或 Ethernet電路,以保留
更珍貴的光纜芯線。目前饋線自動化已使用
E1電路 77路,Ethernet電路 110路。
伍、電力通信系統未來發展方向
台電電力通信系統雖已邁入寬頻網路技
術層級,惟本系統建置乃為確保電力系統運
轉之安全、穩定,因此通信系統本身即須具
備技術成熟與穩定可靠之特性。NG-SDH系
統因結合分時多工 (TDM)核心技術之成熟穩
定,以及 Ethernet傳輸功能的使用彈性,除
了延續 SDH系統的優點外,再輔以完整強大
的網路管理功能,仍將是近年電力通信領域
中之主流傳輸技術。
SDH分時多工核心技術固然具有穩定可
靠之特性,然而在另一方面也抑制了頻寬運
用的使用效率,值此智慧電網已成為大多數
圖 10. 電力品質監測系統架構圖
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電力公司邁向 2020年最重要的發展策略與
方向,電力通信在智慧電網應用上更將扮演
關鍵角色,NG-SDH所支援的通信電路已漸
不敷所需。由於智慧電網相關應用在通信需
求已趨向介面單一化 (即 Ethernet介面 ),
加上頻寬需求範圍更廣,且同時要求動態因
應頻寬需求的變化 (配合雲端應用與虛擬化
概念 ),為此,結合 Carrier Ethernet與光傳
輸網路而衍生的新世代封包傳輸網路 (PTN,
Packet Transport Network),以及整合軟體
定義網路 /網路功能虛擬化 (SDN/NFV)等概
念,將可配合應用需求彈性動態調整頻寬供
應,改善傳統傳輸網路無法快速反應應用頻
寬需求的功能限制。PTN網路技術自 2010
年起開始發展,系統製造商亦持續累積網路
運轉與運用的實務經驗;預期 PTN+SDN/
圖 11. 配電饋線自動化架構圖
NFV將成為下世代 (2020 Decade)電力通信
網路的主流技術。
陸、結語
電力監控對於電力網運轉的安全與穩定
扮演舉足輕重的角色,而電力通信則是確保
監控系統確實運作的關鍵。本文簡述台電公
司現有之電力通信系統,以及支援四項電力
監控應用之電路提供現況。未來電力通信之
技術與應用演進將與智慧電網相關實務需求
緊密結合,台電公司也將持續建構堅實妥適
之電力通信系統,以滿足各項電力監控應用
之通信需求。
( 作者現服務台電公司電力通訊處 )
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