面向智能电网的电力通信.ppt
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,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。,传统电网架构,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,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,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,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。,2023/9/29,NCEPU 18,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,光纤/SDH/PDH,MIS/OA/ERP 网,ATM 网,部分通道由微波补充实现,传输网,交换网,业务,2.1 电力通信网层次结构,应用业务,Services,数字专线,PSTN,IP 网,宽带交换网ATM,电路交换,circuit switching,数据包交换,Datagram,虚电路,Virtual circuit,分组交换,Packet switching,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,Transmission,channel,交换技术,Switching,technology,网络,Networks,PCM: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？,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,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WLAN,WPAN,WiMAX802.16e,IMT-advanced4G,CDMA2000 EVDOTD-SCDMA/HSPAWCDMA/HSPA,IS95/CDMA2000-1x/GSM,AMPSETACSJTACSNMT,RFIDZigBeeMANet,PAN,802.11a/g/b,14.4kbps,144kbps,384kbps,50Mbps,100Mbps,数据速率,移动性,低速,中速,高速,1995,2000,2005,2010+,泛在异构网络,SCDMA,SCDMA宽带无线,Bluetooth,WiMAX802.16d,SCDMA 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,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,无线频率资源,McWiLL频率资源,附：国内频率使用情况,McWiLL电力无线宽带解决方案,EPON.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？,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Water Meter,照明控制Lighting Controls,暖通系统HVAC System,负荷控制设备Load Control Device,居家显示器In-Home Display,气表Gas Meter,负荷系统Load System,可编程调温器Programmable Communicating Thermostat,Mesh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Utility AMI Network,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。,3.1 智能电网-电力通信发展的机遇,4.电力通信技术水平（科研及研制）将大大提升。5.通信科研创新与成果。依托坚强的中国智能电网工程，形成一批具有国际领先水平的科研成果。,智能电网-电力通信发展的机遇,NCEPU 44,3.2 智能电网-电力通信面临的挑战,抓住根本自主创新,人力资源的严重不足,通信网建设的若干问题,对公网通信技术的行业化改进,智能电网-电力通信面临的挑战,1.智能电网的发展，新业务、新模式对通信的新需求；智能电网业务发展预测、业务流量预测分析、相关业务性能保障技术2.智能电网6大环节的信息通信保障；尤其是配电和用电网的通信方式急需解决3.现有信息、通信网的融合演进策略；现有通信网不是推倒重来，而是如何保护现有投资，平滑过渡4.网络安全问题（一个更加突出的问题，二次防护的领域也需要扩展与修订）；5.电力通信网的规划问题（电源接入点的增加）；瓶颈：通信接入网（配电通信网）建设的问题！,以智能电网为代表的能源产业将是下一代技术创新与经济发展的主体。智能电网变革的本质是一次新的全球性的技术革命。中国在这一领域的基础和优势：中国在特高压电网技术上是国际领先的。特高压电网的建设打造了我国电力行业一流的科技创新体系，锻炼和培养了一大批创新梯队和创新人才。中国的信息通信行业也已处于全球领先地位。,3.3 总结：智能电网的意义,大力发展智能电网变革是工业革命100多年以来，历史赐予中国的、可以在生产方式方面领先世界超前发展的第一次真正的机会。中国将抓住这一历史赋予的机会，建设有中国特色的智能电网，向真正意义上的大国迈进！,总结：智能电网的意义,智慧地球,智能电网：电力通信发展的新契机,
