面向智能電網(wǎng)的電力通信

第一講：面向智能電網(wǎng)的電力通信華北電力大學(xué)通信技術(shù)研究所第一講：面向智能電網(wǎng)的電力通信第一部分：從智能電網(wǎng)的起源看智能電網(wǎng)通信第二部分：智能電網(wǎng)新形勢下的電力通信第三部分：智能電網(wǎng)-電力通信的機遇與挑戰(zhàn)第一部分：從智能電網(wǎng)的起源看智能電網(wǎng)通信1.1智能電網(wǎng)的起源美國能源新政開采國內(nèi)資源開發(fā)利用可再生能源提高能源的使用效率使美國逐步擺脫對石油和化石燃料的進口依賴。能源的更替胡錦濤總書記指出：“縱觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替?！毙履茉蠢玫年P(guān)鍵問題新能源發(fā)電把電能作為主要的能源終端消費模式微電網(wǎng)技術(shù)分布式發(fā)電儲能蓄能技術(shù)智能電網(wǎng)發(fā)展的背景電網(wǎng)企業(yè)的需求智能電網(wǎng)7用戶的需求智能電網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力自然保護氣候變化京都協(xié)議一次能源的匱乏供電可靠性和電能質(zhì)量供電能力環(huán)境問題供電安全電力市場壟斷規(guī)程修改創(chuàng)新和提高競爭力低廉電價和提高能效1.2智能電網(wǎng)概念的提出這種新型電網(wǎng)，是在大量交互式數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的精細化管理、智能化運營的電網(wǎng)，這就是智能電網(wǎng)的基本特征。智能電網(wǎng)貫穿發(fā)電、輸變電、配電、用電全過程，通過智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力系統(tǒng)各領(lǐng)域都將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。發(fā)電輸變電配電用電傳統(tǒng)電網(wǎng)架構(gòu)居民小區(qū)大型辦公建筑火電電力網(wǎng)絡(luò)水電風(fēng)電實時負荷發(fā)電控制電力調(diào)控中心工廠現(xiàn)有電網(wǎng)的弊端單向潮流跨區(qū)域電能調(diào)度電網(wǎng)的輸配電效率線路與設(shè)備運行狀態(tài)不能實時了解用戶用電變化不能快速響應(yīng)電網(wǎng)和用戶互動——需求響應(yīng)平抑電網(wǎng)波動，節(jié)約用戶費用分布能源的利用智能電網(wǎng)新架構(gòu)主力發(fā)電廠升壓變壓器配電站降壓站配電站配電站

商業(yè)

工廠

商業(yè)住宅內(nèi)燃機微燃機內(nèi)燃機燃料電池風(fēng)電光電小水電儲能燃氣輪機儲能系統(tǒng)智能電網(wǎng)智能燃氣智能氣象沼氣電動汽車1.3智能電網(wǎng)的本質(zhì)智能電網(wǎng)：是在現(xiàn)代電網(wǎng)中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)電能從電源到用戶的傳輸、分配、管理和控制，以達到節(jié)約能源和成本的新一代電力網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)的本質(zhì)：就是能源替代和兼容利用。它主要是通過終端傳感器將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成即時連接的網(wǎng)絡(luò)互動，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的效果，整體性提高電網(wǎng)的綜合效率。信息技術(shù)革命成就倒逼能源革命科技進步智能電網(wǎng)信息技術(shù)新能源技術(shù)電子技術(shù)計算機技術(shù)通信技術(shù)分布電源蓄能技術(shù)微網(wǎng)技術(shù)利用信息技術(shù)和新能源技術(shù)對傳統(tǒng)電網(wǎng)進行改造1.4智能電網(wǎng)的特點開放提供電源及用戶接入的智能化管理，既適應(yīng)大電源接入，也適應(yīng)分布式電源，特別是可再生能源的接入，實現(xiàn)“即插即用”，無擾接入、有序退出。安全更好地對人為或自然發(fā)生的擾動作出辨識與反應(yīng)，在自然災(zāi)害、外力破壞和計算機攻擊等不同情況下保證人身、設(shè)備、電網(wǎng)的安全。高效采用先進的實時監(jiān)測、在線控制技術(shù)和需求側(cè)引導(dǎo)，實現(xiàn)電網(wǎng)的優(yōu)化運行、電力設(shè)施檢修智能化管理和削峰填谷，增強電網(wǎng)輸送能力，延長設(shè)備使用年限，提高能源利用效率。清潔支持風(fēng)能、太陽能等可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，為用戶提供更豐富的清潔能源。自愈通過對電網(wǎng)的實時監(jiān)測、在線分析預(yù)測及自動控制，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，快速診斷、隔離、消除故障，自我恢復(fù)，避免發(fā)生大面積停電，提高電網(wǎng)運行的可靠性。中國電網(wǎng)的特點：統(tǒng)一、堅強、智能國外智能電網(wǎng)的特點（歐洲、美國）：理念：綠色、清潔、環(huán)保、分布式；形式：配電網(wǎng)（無源-有源），用戶（被動-主動）。中國的特殊性負荷、資源的逆向分布：西電東送。主要區(qū)別：大風(fēng)電、光伏發(fā)電，遠距離輸送，以特高壓骨架為基礎(chǔ)。2023/2/5NCEPU18國網(wǎng)公司：中國統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的四個特征1.數(shù)字化：數(shù)字化電網(wǎng)、數(shù)字化電表與數(shù)字化用電設(shè)備；2.信息化：市場信息、電網(wǎng)信息、用戶信息與寬帶通信形成的信息平臺；3.自動化：大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制(高級智能調(diào)度)，變電站自動化與用戶用電系統(tǒng)智能控制；4.互動化：電網(wǎng)、發(fā)電與用戶以信息為基礎(chǔ)的互動和決策。智能電網(wǎng)建設(shè)關(guān)系到國計民生，關(guān)系到國家能源戰(zhàn)略，作為支撐智能電網(wǎng)的電力通信專網(wǎng)將實現(xiàn)所有電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)的全覆蓋，實現(xiàn)與用戶的雙向互動。智能電網(wǎng)電力通信專網(wǎng)建設(shè)也是一項關(guān)系到國家安全及能源戰(zhàn)略的一項重大基礎(chǔ)設(shè)施工程。信息技術(shù)革命成就倒逼能源革命信息技術(shù)革命將與新的能源革命進行深度整合，并依附于能源系統(tǒng)影響整合經(jīng)濟社會。和訊：IT產(chǎn)業(yè)的深度革命和能源革命將成為孿生兄弟，智能電網(wǎng)改革將推動能源革命的深度裂變。1.5智能電網(wǎng)中信息通信的重要性智能電網(wǎng)中信息通信的重要性’高速、實時、雙向的信息通信精細化、智能化管理與決策數(shù)據(jù)采集與控制智能電網(wǎng)信息通信、智能管理和采集控制構(gòu)成了智能電網(wǎng)不可或缺的三個要素。而高速、實時、雙向的信息通信是智能電網(wǎng)首先要解決的基本要素。第二部分：

智能電網(wǎng)新形勢下的電力通信生產(chǎn)自動化網(wǎng)絡(luò)視頻會議網(wǎng)電話網(wǎng)光纖/SDH/PDHMIS/OA/ERP網(wǎng)ATM網(wǎng)部分通道由微波補充實現(xiàn)傳輸網(wǎng)交換網(wǎng)IP網(wǎng)營銷自動化網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)2.1電力通信網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

應(yīng)用業(yè)務(wù)Services數(shù)字專線PSTNIP網(wǎng)寬帶交換網(wǎng)ATM電路交換circuitswitching數(shù)據(jù)包交換Datagram虛電路Virtualcircuit分組交換Packetswitching模擬Analog/頻分復(fù)用

FDM時分復(fù)用和數(shù)字交叉連接TDM/DXC數(shù)字Digital/準(zhǔn)同步和同步數(shù)字系列PDH/SDH電纜Cables光纜Optic微波Microwave衛(wèi)星Satellite其它

媒體Media

傳輸信道Transmissionchannel

交換技術(shù)Switchingtechnology

網(wǎng)絡(luò)NetworksPCM:RS232E&M自動化繼電保護行政電話遠程抄表ERP負荷控制視頻監(jiān)控營銷自動化視頻會議生產(chǎn)、調(diào)度通信部門行政、信息部門電力營銷部門無線230M數(shù)傳電臺無線蜂窩網(wǎng)無線蜂窩網(wǎng)無線蜂窩網(wǎng)智能電網(wǎng)中通信平臺不僅僅是通信通道，而是智能電網(wǎng)的一部分，需要與智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)配合進行統(tǒng)一規(guī)劃；電力通信平臺需要開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，統(tǒng)一通用的通信標(biāo)準(zhǔn)。電力通信網(wǎng)要能夠延伸到相關(guān)發(fā)電、送變電和終端用電設(shè)備等電網(wǎng)末端，智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取、保護和控制業(yè)務(wù)都需要有效通信網(wǎng)絡(luò)加以支撐；電力通信平臺要求保證業(yè)務(wù)可靠性、保密性，能抵御黑客或非法攻擊，私密性強，需要專網(wǎng)專用。瓶頸：缺乏大容量、雙向、實時的專用通信接入網(wǎng)支持2.2智能電網(wǎng)對電力通信特殊需求配電通信網(wǎng)的建設(shè)一直是困擾著廣大電力通信工作者的難題；隨著智能電網(wǎng)研究與建設(shè)，配電通信網(wǎng)的建設(shè)顯得越來越重要。建設(shè)一個電力專用配電通信網(wǎng)絡(luò)？開關(guān)TVFTU

城區(qū)配網(wǎng)上無合適的通信方式瓶頸問題：配電通信網(wǎng)（通信接入網(wǎng)）的建設(shè)智能電網(wǎng)中電力通信的特點：缺的不是算法，而是數(shù)據(jù)！少的不是終端，而是通道！薄弱的不是骨干網(wǎng)，而是接入網(wǎng)！通信接入網(wǎng)的建設(shè)問題信息通信通道采集控制終端數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)通信接入網(wǎng)技術(shù)的對比選擇智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)要求：具備雙向性、實時性、可靠性特征，出于安全性靠慮理論上應(yīng)是與公網(wǎng)隔離的電力通信專網(wǎng)具備技術(shù)先進性，能夠承載智能電網(wǎng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)和未來擴展業(yè)務(wù)最好具備自主知識產(chǎn)權(quán)，可具有面向智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的定制開發(fā)和業(yè)務(wù)升級能力智能電網(wǎng)中通信接入網(wǎng)技術(shù)的對比選擇公網(wǎng)與專網(wǎng)：專網(wǎng)！寬帶網(wǎng)與窄帶網(wǎng)：寬帶網(wǎng)！光纖網(wǎng)還是寬帶無線接入網(wǎng)：OPPC+EPON.vs.BWA？EPON技術(shù)是一種點到多點的光纖接入技術(shù)，它由局側(cè)的OLT（光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成?？梢造`活組成樹型、星型、總線型等拓撲結(jié)構(gòu)。所謂“無源”指ODN中不含有任何有源電子器件。無源光網(wǎng)絡(luò)EPON無線接入技術(shù)的演進1G（Analog）2G（Digital）3G（IMT2000）

3G＋（LTE/AIE）2.4GHz5.8GHzWLAN高速WLANWPANWiMAX802.16eIMT-advanced4GCDMA2000EVDOTD-SCDMA/HSPAWCDMA/HSPAIS95/CDMA2000-1x/GSMAMPSETACSJTACSNMTRFIDZigBeeMANetPAN802.11a/g/b～14.4kbps144kbps384kbps<50Mbps<100Mbps數(shù)據(jù)速率移動性低速中速高速1995200020052010+泛在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)SCDMASCDMA寬帶無線BluetoothWiMAX802.16dSCDMA技術(shù)是第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的技術(shù)起源和核心技術(shù)組成之一。McWiLL寬帶無線接入網(wǎng)CPE

IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)BS認證與計費系統(tǒng)InternetPCMCIA卡視頻編碼器攝像頭CPEIP視頻服務(wù)器業(yè)務(wù)平臺業(yè)務(wù)服務(wù)器MEMRTU傳感器數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控調(diào)度服務(wù)器IPPBXPBXPRIPBXPRIPBXIPPBXPBXIPPBXPBXBSIP無線寬帶專用通信網(wǎng)：一次性解決配電網(wǎng)通信問題電力通信塔SAC及網(wǎng)管服務(wù)器其它工作站負控工作站配變監(jiān)控工作站LAN終端信道主站系統(tǒng)McWiLL基站電力通信塔McWiLL基站電力通信塔McWiLL基站居民電表遠程集中抄表終端居民電表居民電表MEM160配電自動化終端FTUTTUDTUMEM160負控開關(guān)負控開關(guān)臺區(qū)電表負荷管理終端MEM160無線頻率資源數(shù)字蜂窩GSM： 890-915/935-960MHz數(shù)字蜂窩DCS-1800：1710-1785/1805-1880MHz數(shù)字蜂窩IS-95： 824-849/869-894MHzWiMax:暫無可用的頻率資源寬帶無線接入SCDMA：1785-1805MHz模擬集群 350MHz（公安系統(tǒng)專用）數(shù)字集群： 806-821/851-866MHz數(shù)傳電臺：頻譜范圍223.525---231.650MHz；信道帶寬25KHz；15個全雙工信道，10個半雙工信道McWiLL頻率資源SCDMA專用頻段1785-1805MHz，該頻段在全世界范圍內(nèi)可用并且與ITU的第三代頻率規(guī)劃不沖突microwave1.9-2.3G2GFDDwirelessaccess1.96-1.98Microwavecommunication1.7-1.9G1.7G1.8G1.9GGSM18001.71-1.755GSM18001.805-1.850SCDMA1.785—1.805FDD1.92—1.982.11—2.17TDD2.01—2.025補充2.3—2.4MSSFDDwirelessaccess1.88-1.9DECT&PHS1.9-1.92CDMA1.945-1.96CDMA1.865-1.88FutureusageCurrentusageTDD1.88—1.92補充FDD1.755—1.785補充FDD1.85—1.88附：國內(nèi)頻率使用情況McWiLL電力無線寬帶解決方案PCMCIA卡PDA電力移動寬帶移動OA移動ERP移動MIS移動視頻會議MEMRTU傳感器城區(qū)配電網(wǎng)通信遠程抄表負荷控制配電網(wǎng)自動化CPE移動售電營業(yè)所聯(lián)網(wǎng)電力移動營銷

IP網(wǎng)絡(luò)BSIPIP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)平臺Internet網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)各業(yè)務(wù)服務(wù)器調(diào)度服務(wù)器視頻服務(wù)器BS可移動視頻集群電話電力應(yīng)急指揮通信工程搶險線路巡視應(yīng)急通信保障農(nóng)村電網(wǎng)通信農(nóng)網(wǎng)自動化移動語音農(nóng)村售電電力無線備用通信行政語音視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)采集寬帶接入車輛定位高壓線路視頻監(jiān)視其它應(yīng)用無線調(diào)度IPPBXPBXPRIEPON.vs.McWiLL?技術(shù)可行性：光纜鋪設(shè)是否全部可行？寬帶無線方案是否可行？經(jīng)濟可行性：一次性投資？分期逐步建設(shè)？管理可行性：配電通信網(wǎng)由哪個部門來建設(shè)與管理？是否有足夠的人員進行建設(shè)與運維？配電變電輸電信息應(yīng)用信息處理信息傳輸信息采集線路狀態(tài)視頻安全氣象條件一次設(shè)備二次設(shè)備智能配電調(diào)度電能質(zhì)量鏈?zhǔn)絺鞲芯W(wǎng)極端環(huán)境傳感網(wǎng)大規(guī)模傳感網(wǎng)電力通信網(wǎng)（光纖+寬帶無線接入網(wǎng)）電力綜合信息平臺數(shù)據(jù)庫導(dǎo)線狀態(tài)分析桿塔狀態(tài)分析氣象條件分析一次設(shè)備狀態(tài)分析二次設(shè)備狀態(tài)分析輸電線路檢修變電站檢修用電計量考核居民用電電能調(diào)度管理電能質(zhì)量控制配電自動化精細用電管理信息雙向互動用戶用電信息計量管理智能電網(wǎng)與信息通信標(biāo)準(zhǔn)制定2.3面向智能電網(wǎng)的電力通信解決方案（1）智能輸電面向輸電線安全監(jiān)控的傳感網(wǎng)通過采集溫度、張力、振動、舞動、覆冰等信息監(jiān)控導(dǎo)線狀態(tài)。通過采集鹽密、灰密、泄漏電流、風(fēng)偏角等信息監(jiān)控絕緣子串狀態(tài)。通過采集桿塔傾斜、桿塔應(yīng)力、桿塔振動等信息監(jiān)控桿塔狀態(tài)。TD-SCDMAMcWiLL（2）智能數(shù)字化變電站監(jiān)測對象：變壓器油色譜分析、油溫、變壓器鐵芯接地、局部放電、變壓器套管介質(zhì)損耗等斷路器六氟化硫氣體監(jiān)測、絕緣、斷路器觸頭動作速度和行程等避雷器漏電流檢測數(shù)字化變電站智能傳感網(wǎng)主變：油色譜分析、油溫、鐵芯接地、局部放電、套管介損等斷路器：局部放電、SF6氣體壓力、泄漏、濕度等氧化鋅避雷器：阻性電流、總泄漏電流（3）智能配、用電一體化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測對象配電網(wǎng)電能質(zhì)量的實時監(jiān)測臺區(qū)變考核、防竊電大用戶遠程負荷控制：實時遠程拉合閘控制和網(wǎng)絡(luò)預(yù)付費、用電信息遠程發(fā)布應(yīng)用居民用戶用電實時、精確計量，用電事件上報、告警居民家電設(shè)備用電的精細管理與計量智能電表分時電價即時電量計量雙向通信電能質(zhì)量監(jiān)測竊電檢測家電控制遠程升級智能插座

智能斷電能耗計量遠程控制安全保護智能用戶交互傳感網(wǎng)McWiLL集中器水表WaterMeter照明控制LightingControls暖通系統(tǒng)HVAC

System負荷控制設(shè)備LoadControl

Device居家顯示器In-Home

Display氣表GasMeter負荷系統(tǒng)LoadSystem可編程調(diào)溫器Programmable

Communicating

ThermostatMesh網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)Star/Tree/Mesh混合組網(wǎng)

信息發(fā)布抄表控制命令供電公司AMI網(wǎng)絡(luò)UtilityAMINetwork用電信息用電信息用電信息用電信息用電信息用電信息第三部分：

智能電網(wǎng)-電力通信的機遇與挑戰(zhàn)1.電力通信專業(yè)的發(fā)展機遇通信網(wǎng)的規(guī)模和覆蓋范圍不斷擴大：涵蓋發(fā)電、輸電（線路）、配網(wǎng)、用電、調(diào)度、變電6大環(huán)節(jié)的通信網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)拓展：電網(wǎng)業(yè)務(wù)、增值服務(wù)2.電力通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇滿足電網(wǎng)，特別是智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的通信設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)及相關(guān)服務(wù)業(yè)；3.提高電力系統(tǒng)通信與信息專業(yè)地位絕佳時機兩網(wǎng)的融合，一次網(wǎng)和通信網(wǎng)密不可分，信息通信地位及其支撐作用更加重要。