面向智能电网的电力通信

第一讲：面向智能电网的电力通信华北电力大学通信技术研究所第一讲：面向智能电网的电力通信第一部分：从智能电网的起源看智能电网通信第二部分：智能电网新形势下的电力通信第三部分：智能电网-电力通信的机遇与挑战第一部分：从智能电网的起源看智能电网通信1.1智能电网的起源美国能源新政开采国内资源开发利用可再生能源提高能源的使用效率使美国逐步摆脱对石油和化石燃料的进口依赖。能源的更替胡锦涛总书记指出：“纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。”新能源利用的关键问题新能源发电把电能作为主要的能源终端消费模式微电网技术分布式发电储能蓄能技术智能电网发展的背景电网企业的需求智能电网7用户的需求智能电网发展的驱动力自然保护气候变化京都协议一次能源的匮乏供电可靠性和电能质量供电能力环境问题供电安全电力市场垄断规程修改创新和提高竞争力低廉电价和提高能效1.2智能电网概念的提出这种新型电网，是在大量交互式数据的基础上实现的精细化管理、智能化运营的电网，这就是智能电网的基本特征。智能电网贯穿发电、输变电、配电、用电全过程，通过智能电网的建设，电力系统各领域都将产生质的飞跃。发电输变电配电用电传统电网架构居民小区大型办公建筑火电电力网络水电风电实时负荷发电控制电力调控中心工厂现有电网的弊端单向潮流跨区域电能调度电网的输配电效率线路与设备运行状态不能实时了解用户用电变化不能快速响应电网和用户互动——需求响应平抑电网波动，节约用户费用分布能源的利用智能电网新架构主力发电厂升压变压器配电站降压站配电站配电站

商业

工厂

商业住宅内燃机微燃机内燃机燃料电池风电光电小水电储能燃气轮机储能系统智能电网智能燃气智能气象沼气电动汽车1.3智能电网的本质智能电网：是在现代电网中应用数字技术实现电能从电源到用户的传输、分配、管理和控制，以达到节约能源和成本的新一代电力网络。智能电网的本质：就是能源替代和兼容利用。它主要是通过终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动，从而实现数据读取的实时、高速、双向的效果，整体性提高电网的综合效率。信息技术革命成就倒逼能源革命科技进步智能电网信息技术新能源技术电子技术计算机技术通信技术分布电源蓄能技术微网技术利用信息技术和新能源技术对传统电网进行改造1.4智能电网的特点开放提供电源及用户接入的智能化管理，既适应大电源接入，也适应分布式电源，特别是可再生能源的接入，实现“即插即用”，无扰接入、有序退出。安全更好地对人为或自然发生的扰动作出辨识与反应，在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备、电网的安全。高效采用先进的实时监测、在线控制技术和需求侧引导，实现电网的优化运行、电力设施检修智能化管理和削峰填谷，增强电网输送能力，延长设备使用年限，提高能源利用效率。清洁支持风能、太阳能等可再生能源的大规模应用，为用户提供更丰富的清洁能源。自愈通过对电网的实时监测、在线分析预测及自动控制，及时发现故障隐患，快速诊断、隔离、消除故障，自我恢复，避免发生大面积停电，提高电网运行的可靠性。中国电网的特点：统一、坚强、智能国外智能电网的特点（欧洲、美国）：理念：绿色、清洁、环保、分布式；形式：配电网（无源-有源），用户（被动-主动）。中国的特殊性负荷、资源的逆向分布：西电东送。主要区别：大风电、光伏发电，远距离输送，以特高压骨架为基础。2023/2/5NCEPU18国网公司：中国统一坚强智能电网的四个特征1.数字化：数字化电网、数字化电表与数字化用电设备；2.信息化：市场信息、电网信息、用户信息与宽带通信形成的信息平台；3.自动化：大电网安全稳定控制(高级智能调度)，变电站自动化与用户用电系统智能控制；4.互动化：电网、发电与用户以信息为基础的互动和决策。智能电网建设关系到国计民生，关系到国家能源战略，作为支撑智能电网的电力通信专网将实现所有电力系统环节的全覆盖，实现与用户的双向互动。智能电网电力通信专网建设也是一项关系到国家安全及能源战略的一项重大基础设施工程。信息技术革命成就倒逼能源革命信息技术革命将与新的能源革命进行深度整合，并依附于能源系统影响整合经济社会。和讯：IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟，智能电网改革将推动能源革命的深度裂变。1.5智能电网中信息通信的重要性智能电网中信息通信的重要性’高速、实时、双向的信息通信精细化、智能化管理与决策数据采集与控制智能电网信息通信、智能管理和采集控制构成了智能电网不可或缺的三个要素。而高速、实时、双向的信息通信是智能电网首先要解决的基本要素。第二部分：

智能电网新形势下的电力通信生产自动化网络视频会议网电话网光纤/SDH/PDHMIS/OA/ERP网ATM网部分通道由微波补充实现传输网交换网IP网营销自动化网络业务2.1电力通信网层次结构

应用业务Services数字专线PSTNIP网宽带交换网ATM电路交换circuitswitching数据包交换Datagram虚电路Virtualcircuit分组交换Packetswitching模拟Analog/频分复用

FDM时分复用和数字交叉连接TDM/DXC数字Digital/准同步和同步数字系列PDH/SDH电缆Cables光缆Optic微波Microwave卫星Satellite其它

媒体Media

传输信道Transmissionchannel

交换技术Switchingtechnology

网络NetworksPCM:RS232E&M自动化继电保护行政电话远程抄表ERP负荷控制视频监控营销自动化视频会议生产、调度通信部门行政、信息部门电力营销部门无线230M数传电台无线蜂窝网无线蜂窝网无线蜂窝网智能电网中通信平台不仅仅是通信通道，而是智能电网的一部分，需要与智能电网业务配合进行统一规划；电力通信平台需要开放的网络架构，统一通用的通信标准。电力通信网要能够延伸到相关发电、送变电和终端用电设备等电网末端，智能电网数据获取、保护和控制业务都需要有效通信网络加以支撑；电力通信平台要求保证业务可靠性、保密性，能抵御黑客或非法攻击，私密性强，需要专网专用。瓶颈：缺乏大容量、双向、实时的专用通信接入网支持2.2智能电网对电力通信特殊需求配电通信网的建设一直是困扰着广大电力通信工作者的难题；随着智能电网研究与建设，配电通信网的建设显得越来越重要。建设一个电力专用配电通信网络？开关TVFTU

城区配网上无合适的通信方式瓶颈问题：配电通信网（通信接入网）的建设智能电网中电力通信的特点：缺的不是算法，而是数据！少的不是终端，而是通道！薄弱的不是骨干网，而是接入网！通信接入网的建设问题信息通信通道采集控制终端数据智能管理系统通信接入网技术的对比选择智能电网对通信网要求：具备双向性、实时性、可靠性特征，出于安全性靠虑理论上应是与公网隔离的电力通信专网具备技术先进性，能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务最好具备自主知识产权，可具有面向智能电网业务的定制开发和业务升级能力智能电网中通信接入网技术的对比选择公网与专网：专网！宽带网与窄带网：宽带网！光纤网还是宽带无线接入网：OPPC+EPON.vs.BWA？EPON技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”指ODN中不含有任何有源电子器件。无源光网络EPON无线接入技术的演进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数据速率移动性低速中速高速1995200020052010+泛在异构网络SCDMASCDMA宽带无线BluetoothWiMAX802.16dSCDMA技术是第三代移动通信标准TD-SCDMA的技术起源和核心技术组成之一。McWiLL宽带无线接入网CPE

IP网络网络管理系统BS认证与计费系统InternetPCMCIA卡视频编码器摄像头CPEIP视频服务器业务平台业务服务器MEMRTU传感器数据采集和监控调度服务器IPPBXPBXPRIPBXPRIPBXIPPBXPBXIPPBXPBXBSIP无线宽带专用通信网：一次性解决配电网通信问题电力通信塔SAC及网管服务器其它工作站负控工作站配变监控工作站LAN终端信道主站系统McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站电力通信塔McWiLL基站居民电表远程集中抄表终端居民电表居民电表MEM160配电自动化终端FTUTTUDTUMEM160负控开关负控开关台区电表负荷管理终端MEM160无线频率资源数字蜂窝GSM： 890-915/935-960MHz数字蜂窝DCS-1800：1710-1785/1805-1880MHz数字蜂窝IS-95： 824-849/869-894MHzWiMax:暂无可用的频率资源宽带无线接入SCDMA：1785-1805MHz模拟集群 350MHz（公安系统专用）数字集群： 806-821/851-866MHz数传电台：频谱范围223.525---231.650MHz；信道带宽25KHz；15个全双工信道，10个半双工信道McWiLL频率资源SCDMA专用频段1785-1805MHz，该频段在全世界范围内可用并且与ITU的第三代频率规划不冲突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补充2.3—2.4MSSFDDwirelessaccess1.88-1.9DECT&PHS1.9-1.92CDMA1.945-1.96CDMA1.865-1.88FutureusageCurrentusageTDD1.88—1.92补充FDD1.755—1.785补充FDD1.85—1.88附：国内频率使用情况McWiLL电力无线宽带解决方案PCMCIA卡PDA电力移动宽带移动OA移动ERP移动MIS移动视频会议MEMRTU传感器城区配电网通信远程抄表负荷控制配电网自动化CPE移动售电营业所联网电力移动营销

IP网络BSIPIP网络业务平台Internet网络管理系统各业务服务器调度服务器视频服务器BS可移动视频集群电话电力应急指挥通信工程抢险线路巡视应急通信保障农村电网通信农网自动化移动语音农村售电电力无线备用通信行政语音视频监控数据采集宽带接入车辆定位高压线路视频监视其它应用无线调度IPPBXPBXPRIEPON.vs.McWiLL?技术可行性：光缆铺设是否全部可行？宽带无线方案是否可行？经济可行性：一次性投资？分期逐步建设？管理可行性：配电通信网由哪个部门来建设与管理？是否有足够的人员进行建设与运维？配电变电输电信息应用信息处理信息传输信息采集线路状态视频安全气象条件一次设备二次设备智能配电调度电能质量链式传感网极端环境传感网大规模传感网电力通信网（光纤+宽带无线接入网）电力综合信息平台数据库导线状态分析杆塔状态分析气象条件分析一次设备状态分析二次设备状态分析输电线路检修变电站检修用电计量考核居民用电电能调度管理电能质量控制配电自动化精细用电管理信息双向互动用户用电信息计量管理智能电网与信息通信标准制定2.3面向智能电网的电力通信解决方案（1）智能输电面向输电线安全监控的传感网通过采集温度、张力、振动、舞动、覆冰等信息监控导线状态。通过采集盐密、灰密、泄漏电流、风偏角等信息监控绝缘子串状态。通过采集杆塔倾斜、杆塔应力、杆塔振动等信息监控杆塔状态。TD-SCDMAMcWiLL（2）智能数字化变电站监测对象：变压器油色谱分析、油温、变压器铁芯接地、局部放电、变压器套管介质损耗等断路器六氟化硫气体监测、绝缘、断路器触头动作速度和行程等避雷器漏电流检测数字化变电站智能传感网主变：油色谱分析、油温、铁芯接地、局部放电、套管介损等断路器：局部放电、SF6气体压力、泄漏、湿度等氧化锌避雷器：阻性电流、总泄漏电流（3）智能配、用电一体化网络监测对象配电网电能质量的实时监测台区变考核、防窃电大用户远程负荷控制：实时远程拉合闸控制和网络预付费、用电信息远程发布应用居民用户用电实时、精确计量，用电事件上报、告警居民家电设备用电的精细管理与计量智能电表分时电价即时电量计量双向通信电能质量监测窃电检测家电控制远程升级智能插座

智能断电能耗计量远程控制安全保护智能用户交互传感网McWiLL集中器水表WaterMeter照明控制LightingControls暖通系统HVAC

System负荷控制设备LoadControl

Device居家显示器In-Home

Display气表GasMeter负荷系统LoadSystem可编程调温器Programmable

Communicating

ThermostatMesh网状网组网Star/Tree/Mesh混合组网

信息发布抄表控制命令供电公司AMI网络UtilityAMINetwork用电信息用电信息用电信息用电信息用电信息用电信息第三部分：

智能电网-电力通信的机遇与挑战1.电力通信专业的发展机遇通信网的规模和覆盖范围不断扩大：涵盖发电、输电（线路）、配网、用电、调度、变电6大环节的通信网络。业务拓展：电网业务、增值服务2.电力通信产业的发展机遇满足电网，特别是智能电网业务需求的通信设备制造产业及相关服务业；3.提高电力系统通信与信息专业地位绝佳时机两网的融合，一次网和通信网密不可分，信息通信地位及其支撑作用更加重要。