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1、智能电网-电力通信的机遇和挑战,孙 毅,华北电力大学,通信技术研究所 副所长,2023/8/18,NCEPU 2,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,2023/8/18,NCEPU 3,第一部分：从智能电网的起源看智能电网通信,2023/8/18,NCEPU 4,1.1 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。,2023/8/18,NCEPU 5,新能源利用的关键问题,储能蓄能技术,把电能作为主要的
2、能源终端消费模式,2023/8/18,NCEPU 6,能源使用效率的问题,线损管理,智能化节能调度,特高压输电,能源使用效率问题主要就是电网的效率问题。,这些手段综合在一起，就构成了新型电网的主要技术特性。,负荷管理,2023/8/18,NCEPU 7,1.2 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。,2023/8/18,NCEPU 8,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
3、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。,2023/8/18,NCEPU 9,1.3 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。,2023/8/18,NCEPU 10
4、,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。,2023/8/18,NCEPU 11,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
5、企业行为！）,1.4 智能电网中电力通信的重要性,2023/8/18,NCEPU 12,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。,2023/8/18,NCEPU 13,第二部分：电力系统通信现状与存在的问题,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,2023/8/18,NCEPU 14,2.1 电力通信的现状,应用业务,Services,数字专
6、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:RS2
7、32E&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,无线接入网,2023/8/18,NCEPU 15,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
8、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,2.2 智能电网对电力通信特殊需求,2023/8/18,NCEPU 16,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？,城区配网上无合适的通信方式,(一)配电通信网的建设问题,2.3 电力通信中急需解决的问题,2023/8/18,NCEPU 17,(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,2023/8/18,NCEPU 18,(二)雪灾与地震后的思考:应急备用通信与后备电源,应急与
9、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,2023/8/18,NCEPU 19,第三部分：智能电网-电力通信的机遇和挑战,2023/8/18,NCEPU 20,1.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
10、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 智能电网条件下电力通信的机遇,2023/8/18,NCEPU 21,4.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。,智能电网条件下电力通信的机遇,2023/8/18,3.2 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,2023/8/18,23,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
11、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。,挑战一：抓住根本、自主创新,2023/8/18,NCEPU 24,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,具体措施,2023/8/18,25,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！,挑战二：人力资源的严重不足,广东,广西,云南,贵州,海南,2023/8/18,NCEPU 26,1.智能电网的发展，新
12、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！,挑战三：通信网建设的若干问题,2023/8/18,27,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,20
13、23/8/18,28,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？,2023/8/18,NCEPU 29,1G（Analog）,2G（Digital）,3G（IMT2000）,3G（LTE/AIE）,2.4GHz5.8GHzWLAN,高速WLAN,WPAN,
14、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+,无线通信技术标准的演进,泛在异构网络,SCDMA,SCDMA宽带无线,Bluetooth,WiMAX802.16d,2023/8/18,NCEPU 30,电力宽带无线接入
15、解决方案,BS,IP,IP,网络业务平台,网络管理系统,BS,IPPBX,PBX,PRI,2023/8/18,NCEPU 31,配电网通信系统的应用情况,公网GPRS通道,230M电台无线信道,电力通信塔,移动通信基站,移动通信机房,230M电台主站,前置机,前置机,服务器,其它工作站,负控工作站,配变监控工作站,专线DDN/ASDL/ISDN,配电自动化终端,LAN,终端,信道,主站系统,RS232,暂无合适的通信方式,2023/8/18,NCEPU 32,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
16、,主站系统,McWiLL基站,电力通信塔,McWiLL基站,电力通信塔,McWiLL基站,2023/8/18,NCEPU 33,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；信道带宽 25KHz；15个全双工信道，10个半双工信道,2023/8/18,NCEPU 34,无线
17、频率资源的申请,附：国内频率使用情况,2023/8/18,35,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。,挑战四：对现有公网通信技术的行业化改进,2023/8/18,NCEPU 36,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
18、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。,2023/8/18,NCEPU 37,2023/8/18,NCEPU 37,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,2023/8/18,NCEPU 38,2023/8/18,NCEPU 38,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？,2023/8/18,NCEPU 39,2023/8/18,NCEPU 39,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。,2023/8/18,NCEPU 40,智能电网：电力通信发展的新契机,
