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3yzex60xrhml智能电网-电力通信的机遇和挑战(孙毅)


智能电网-电力通信的机遇和挑战

华 北 电 力 大 学
通信技术研究所 副所长





智能电网—电力通信的机遇和挑战

第一部分:从智能电网的起源看智能电网通信 第二部分:电力系统通信现状与存在的问题 第三部分:智能电网—电力通信的机遇和挑战

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NCEPU 2

第一部分:从智能电网的起源看智能电网通信

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NCEPU 3

1.1 智能电网的起源:美国能源新政
开发利用 可再生 能源 开采 国内 资源

使美国逐步摆脱对石油 和化石燃料的进口依赖。
提高 能源的 使用效率

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NCEPU 4

新能源利用的关键问题
储能蓄能技术

分布式发电

把电能作 为主要的 能源终端 消费模式

微网技术

新能源发电

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NCEPU 5

能源使用效率的问题
能源使用效率问题主要就是电网的效率问题。
特高压 输电

负荷管理

智能化 节能调度 线损管理

这些手段综合在一起,就构成了新型电网的主要技术特性。
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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、智能化管理的电网,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

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NCEPU 7

智能电网的目标和本质
智能电网的目标:是在现代电网中应用信息通信技术实现电能 从电源到用户的传输、分配、管理和控制,以达到节约能源和 成本的目标。 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,实现节能减排的目标。

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1.3 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。
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NCEPU 9

国网公司:中国统一坚强智能电网的特征
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。

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NCEPU 10

1.4 智能电网中电力通信的重要性
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。 智能电网中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。( 国家战略高度的基础性支撑平台建设工程,而不 仅仅是企业行为!)

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NCEPU 11

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

智能 电网

数据采集 与控制

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。
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第二部分:电力系统通信现状与存在的问题
营销自动化网络 生产自动化网络 MIS/OA/ERP 网
视频会议网

业 务

电话网

IP网

ATM 网

交 换 网 传 输 网

光纤/SDH/PDH
部分通道由微波补充实现

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NCEPU 13

2.1 电力通信的现状
生产、调度通信部门 行政、信息部门 行政电话 ERP 视频会议 营销自动化 电力营销部门 远程抄表 负荷控制

应用业务 自动化
Services

继电保护

视频监控

网络
Networks

数字专线

PSTN

PCM:RS232 E&M

无线接入网 无线蜂窝网

IP 网

宽带交换网ATM

交换技术
Switching technology

数据包交换 电路交换 circuit switching
Datagram

Virtual circuit

虚电路

Packet switching

分组交换

传输信道
Transmission channel

模拟 Analog
/

时分复用和数字交叉连接 TDM / DXC 230M数传电台 数字 Digital / 准同步和同步数字系列 PDH / SDH 光缆 微波 卫星

频分复用 FDM

媒体
Media

Cables

电缆

Optic

Microwave

Satellite

其它

无线

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2.2 智能电网对电力通信特殊需求
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,通用的通信标准。设备与设备之间信 息可互通、可互操作; 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。

瓶颈:缺乏大容量、双向、实时的通信接入网支持

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2.3 电力通信中急需解决的问题
(一)配电通信网的建设问题
智能电网中的大部分工作在配电网上完成;

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?
TV

开关

FTU

城区配网上无合适的通信方式
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(二)雪灾与地震后的思考 人类社会已经进入高风险社会
各种突发事件随时可能发生 应把非常态管理置于常态管理之中

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(二`)雪灾与地震后的思考:应急备用通信与后备电源 应急与备用通信系统的建设
应该建设一套基于无线的应急与备 用通信系统: 点对点微波+点对多点无线接入 (宽带多媒体集群系统)

后备电源系统建设
分布式电源+微电网技术 微通信网:脱网自通与自组网技术

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第三部分:智能电网--电力通信的机遇和挑战

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3.1 智能电网条件下电力通信的机遇
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 产业及相关服务产业; 3.提升电力系统通信专业地位绝佳时机 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;
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NCEPU 20

智能电网条件下电力通信的机遇’ 4.电力通信技术水平(科研及研制)将大大提升; 5.电力通信科研创新与成果:依托中国智能电网工 程,形成一批具有国际领先水平的科研成果。

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NCEPU 21

3.2 智能电网条件下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

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挑战一:抓住根本、自主创新
抓住根本,不要舍本逐末

智能电网的根本:节能减排!
电力通信的根本:保证生产!

自主创新是国家的基本国策
历史上任何一次经济的飞速发展都离不开创 新技术;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。

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具体措施
先抓配电网和大用户,缓抓居民用户及智能电表

中国的电价对居民用户不敏感
中国电力市场改革还不深入

中国电力通信还没有运营权

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挑战二:人力资源的严重不足
通信及相关专业人力资源不足的问题日益明显: 近五年来通信资源及设备数量至少翻了两番; 而通信专业人员数量增加得很少; 智能电网的通信接入网建设无人可用! 尽快进行通信及相关专业人力资源的储备!

广东
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广西

云南

贵州

海南
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挑战三:通信网建设的若干问题
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!

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通信接入网的建设问题

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!
数 据 采集控制终端 信息通信通道

薄弱的不是骨干网,而是
接入网!

智能管理系统

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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?
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无线通信技术标准的演进
移 动 性 ~14.4kbps 1995 144kbps 2000 384kbps 2005 <50Mbps 2010+ 3G+ (LTE/AIE) <100Mbps 泛在 IMT-advanced 异构 4G 网络

高速 2G (Digital) IS95/CDMA2000-1x/GSM

1G (Analog)

3G (IMT2000) CDMA2000 EVDO TD-SCDMA/HSPA WCDMA/HSPA

中速

AMPS ETACS JTACS NMT

SCDMA
WiMAX 802.16d 2.4GHz 5.8GHz WLAN PAN

SCDMA 宽带无线
WiMAX 802.16e 高速 WLAN RFID 802.11a/g/b WPAN ZigBee MANet

低速

Bluetooth
数据速率

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电力宽带无线接入解决方案
网络业务平台 各业务服务器 视频服务器

网络管理系统 Internet

调度服务器

PBX
IPPBX PRI

农 村 电 网 通 信 城 区 配 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

I P 网络

BS
行政 语音 视频 监控 数据 宽带

BS
IP IP

MEM
远程 抄表

RTU
负荷 控制

传 感 器
配电网 自动化

采集

接入

电力应急指挥通信

电力移动宽带
PCMCIA卡 PDA

电力移动营销

其它应用

可移动视频 集群电话 工程 线路 巡视 应急通 信保障

移动OA 移动ERP

移动MIS 移动视频会议 移动 售电

CPE 营业所 联网

高压
线路 视频 监视

车 辆 定 位

无 线 调 度

抢险

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配电网通信系统的应用情况
FTU

负控开关
电台 负控开关 台区电表 负荷管理终端 DTU 配电自动化终端 TTU

居民电表 GPRS Modem 居民电表 居民电表 远程集中抄表终端

暂无合适的通信方式
公网GPRS通道 移动通信机房

终端

230M电台无线信道 230M电台主站 RS232

专线 DDN/ASDL/ISDN

电力通信塔

移动通信基站

信道 主站 系统

LAN

前置机

前置机

负控 工作站

配变监控 工作站

服务器

其它 工作站

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无线宽带专用通信网:一次性解决配电网通信问题
负控开关
负控开关 台区电表 负荷管理终端

FTU
MEM 160

MEM 160

居民电表 居民电表

MEM 160

TTU DTU
配电自动化终端

居民电表

远程集中抄表终端

终端

电力通信塔 电力通信塔 McWiLL基站

McWiLL基站

电力通信塔

McWiLL基站

信道 LAN
负控 工作站 配变监控 工作站 SAC及 网管服务器 其它 工作站

主站 系统

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NCEPU 32

无线频率资源
数字蜂窝GSM: 数字蜂窝IS-95: WiMax: 模拟集群 890-915/935-960MHz 824-849/869-894MHz 暂无可用的频率资源 350MHz(公安系统专用)

数字蜂窝DCS-1800:1710-1785/1805-1880MHz

宽带无线接入SCDMA:1785-1805MHz

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

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无线频率资源的申请
附:国内频率使用情况
补充 FDD SCDMA 1.755 1.785— — 1.805 1.785 GSM1800 1.71-1.755 GSM1800 1.805-1.850 补充 FDD 1.85— 1.88 TDD 1.88— 1.92 FDD 1.92—1.98 2.11—2.17

TDD 2.01— 2.025 补充 2.3—2.4
MSS

1.7G
Current usage
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Future usage

1.8G
Microwave communication 1.7-1.9G

CDMA 1.865-1.88

1.9G

DECT&PHS CDMA 1.9-1.92 1.945-1.96

2G
microwave 1.9-2.3G

FDD wireless access 1.88-1.9

FDD wireless access 1.96-1.98

NCEPU 34

挑战四:对现有公网通信技术的行业化改进
智能电网对通信技术提出了区别于公众通信网的 特殊要求: 数据量要求; 上下行传输速率的不同要求; 针对不同业务的不同技术要求; 实时性要求; 环境适应性要求; 网络管理要求; 网络安全性要求; 应急通信要求; 对电力业务终端的要求。
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智能电网条件下配电网通信的特点

以数据通信为主 不同的业务有不同的特点和需求:
线损管理(变电台区考核):数据量适中,实时性要求不高。 用户智能电表远程双向通信:数据量适中,实时性要求适中。 分布式电源与储能设备的接入控制与管理:实时性高、可靠性高。 大用户负荷管理与控制:实时性高,可靠性高,广播、组播。 配电网自动化与智能调度:实时性高,可靠性高,广播、组播。
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不同业务对通信的不同需求
不同业务走不同的信道? 信息安全角度考虑 实时性与组播需求:宽带数据集群通信? 分布式电源与储能设备的接入控制与 管理 负荷管理与控制 配电网自动化与智能调度

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NCEPU 37

针对其它需求的改进
环境适应性要求
从民用级到工业级

网络管理要求
把智能电网终端作为网元级管理单元

信息安全需求
加密与鉴权技术在接入网中的应用

应急通信要求
宽带无线接入:从蜂窝网到自组网的演进

对电力业务终端的要求
“电力业务终端+通信模块”需要改进 扩展通信模块功能使之成为电力终端 含通信模块的业务终端—含计量模块的智能终端?

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NCEPU 38

对通信厂商的建议
当环境发生变化时,能够生存下来的物种未 必是最强大的物种,而是能适应环境的物种。 谁能尽快解决智能电网通信接入的若干问题, 谁就能在智能电网建设中抢占先机。

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NCEPU 39

智能电网:电力通信发展的新契机

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NCEPU 40


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