智能電網(wǎng)-電力通信的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

智能電網(wǎng) - 電力通信的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 孫 毅 華 北 電 力 大 學(xué) 通信技術(shù)研究所 副所長 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 2 智能電網(wǎng) 電力通信的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 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 :電力系統(tǒng)通信現(xiàn)狀與存在的問題 第三部分 :智能電網(wǎng) 電力通信的機(jī)遇和挑戰(zhàn) /webmoney 2014/11/3 NCEPU 3 第一部分：從智能電網(wǎng)的起源看智能電網(wǎng)通信 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 4 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(duì)石油和化石燃料的進(jìn)口依賴。 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 5 新能源利用的關(guān)鍵問題 儲(chǔ)能蓄能技術(shù) 把電能作 為主要的 能源終端 消費(fèi)模式 微網(wǎng)技術(shù) 分布式發(fā)電 新能源發(fā)電 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 6 能源使用效率的問題 線損管理 智能化 節(jié)能調(diào)度 特高壓 輸電 能源使用效率問題主要就是電網(wǎng)的效率問題。 這些手段綜合在一起，就構(gòu)成了新型電網(wǎng)的主要技術(shù)特性。 負(fù)荷管理 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 7 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(shí)現(xiàn)的精細(xì)化管理、智能化管理的電網(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 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 8 智 能電網(wǎng) 的目標(biāo)和本質(zhì) 智能電 網(wǎng) 的目標(biāo)： 是 在現(xiàn)代電網(wǎng)中應(yīng)用 信息通信 技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能從電源到用戶的傳輸、分配、管理和控制，以達(dá)到 節(jié)約能源和成本 的目標(biāo) 。 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(shí)連接的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的效果， 整體性提高電網(wǎng)的綜合效率 ，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo) 。 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 9 1.3 中國電網(wǎng)的特點(diǎn)：統(tǒng)一、堅(jiān)強(qiáng)、智能 國外智能電網(wǎng)的特點(diǎn)（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(dòng) -主動(dòng)）。 中國的特殊性 負(fù)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(yuǎn)距離輸送，以特高壓骨架為基礎(chǔ)。 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 10 國網(wǎng)公司：中國統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的特征 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(tái) ； 3.自動(dòng)化： 大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制 (高級(jí)智能調(diào)度 )，變電站自動(dòng)化與用戶用電系統(tǒng)智能控制 ； 4.互動(dòng)化： 電網(wǎng)、發(fā)電與用戶以信息為基礎(chǔ)的互動(dòng)和決策 。 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 11 智能電網(wǎng)建設(shè)關(guān)系到國計(jì)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(shí)現(xiàn)所有電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)的全覆蓋，實(shí)現(xiàn)與用戶的雙向互動(dòng)。 智能電網(wǎng)中電力通信專網(wǎng)建設(shè)也是一項(xiàng)關(guān)系到國家安全及能源戰(zhàn)略的一項(xiàng)重大基礎(chǔ)設(shè)施工程。（國家戰(zhàn)略高度的基礎(chǔ)性支撐平臺(tái)建設(shè)工程，而不僅僅是企業(yè)行為?。?1.4 智能電網(wǎng)中電力通信的重要性 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 12 智能電網(wǎng)中信息通信的重要性 高速、實(shí)時(shí)、雙向 的信息通信 精細(xì)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(gè)要素。 而高速、實(shí)時(shí)、雙向的信息通信是智能電網(wǎng)首先要解決的基本要素。 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 13 第二部分：電力系統(tǒng)通信現(xiàn)狀與存在的問題 生產(chǎn)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò) 視頻會(huì)議網(wǎng) 電話網(wǎng) 光纖 /SDH/PDH MIS/OA/ERP 網(wǎng) ATM 網(wǎng) 部分通道由微波補(bǔ)充實(shí)現(xiàn) 傳輸網(wǎng) 交換網(wǎng) IP網(wǎng) 營銷自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò) 業(yè)務(wù) /webmoney 2014/11/3 NCEPU 14 2.1 電力通信的現(xiàn)狀 應(yīng)用業(yè)務(wù) Services 數(shù)字專線 PSTN IP 網(wǎng) 寬帶交換網(wǎng) ATM 電路交換 circuit switching 數(shù)據(jù)包交換 Datagram 虛電路 Virtual circuit 分組交換 Packet switching 模擬 Analog / 頻分復(fù)用 FDM 時(shí)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 Transmission channel 交換技術(shù) Switching technology 網(wǎng)絡(luò) Networks PCM:RS232 E&M 自動(dòng)化 繼電保護(hù) 行政電話 遠(yuǎn)程抄表 ERP 負(fù)荷控制 視頻監(jiān)控 營銷自動(dòng)化 視頻會(huì)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(tái) 無線蜂窩網(wǎng) 無線蜂窩網(wǎng)無線接入網(wǎng)/webmoney 2014/11/3 NCEPU 15 智能電網(wǎng)中通信平臺(tái)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(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃； 電力通信平臺(tái)需要開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通用的通信標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備與設(shè)備之間信息可互通、可互操作； 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(hù)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(tái)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(qiáng)。 瓶頸：缺乏大容量、雙向、實(shí)時(shí)的通信接入網(wǎng)支持 2.2 智能電網(wǎng)對(duì)電力通信特殊需求 2014/11/3 NCEPU 16 智能電網(wǎng)中的大部分工作在配電網(wǎng)上完成；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(gè)電力專用配電通信網(wǎng)絡(luò)？ 開關(guān) TV FTU 城區(qū)配網(wǎng)上無合適的通信方式 (一 )配電通信網(wǎng)的建設(shè)問題 2.3 電力通信中急需解決的問題 2014/11/3 NCEPU 17 (二 )雪災(zāi)與地震后的思考 人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)社會(huì) 各種突發(fā)事件隨時(shí)可能發(fā)生 應(yīng)把非常態(tài)管理置于常態(tài)管理之中 2014/11/3 NCEPU 18 (二 )雪災(zāi)與地震后的思考 :應(yīng)急備用通信與后備電源 應(yīng)急與備用通信系統(tǒng)的建設(shè) 應(yīng)該建設(shè)一套基于無線的應(yīng)急與備用通信系統(tǒng)： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波 +點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線接入 （ 寬帶多媒體集群系統(tǒng)） 后備電源系統(tǒng)建設(shè) 分布式電源 +微電網(wǎng)技術(shù) 微通信網(wǎng)：脫網(wǎng)自通與自組網(wǎng)技術(shù) /webmoney 2014/11/3 NCEPU 19 第三部分：智能電網(wǎng) -電力通信的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 2014/11/3 NCEPU 20 1.電力通信專業(yè)的發(fā)展機(jī)遇 通信網(wǎng)的規(guī)模和覆蓋范圍不斷擴(kuò)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(jī)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)產(chǎn)業(yè)； 3.提升電力系統(tǒng)通信專業(yè)地位絕佳時(shí)機(jī) 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； 3.1 智能電網(wǎng)條件下電力通信的機(jī)遇 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 21 4.電力通信技術(shù)水平（科研及研制）將大大提升； 5.電力 通信科研創(chuàng)新與成果 ： 依托中國智能電網(wǎng)工程，形成一批具有國際領(lǐng)先水平的科研成果。 智能電網(wǎng)條件下電力通信的機(jī)遇 2014/11/3 3.2 智能電網(wǎng)條件下電力通信面臨的挑戰(zhàn) 抓住根本 自主創(chuàng)新 人力資源的 嚴(yán)重不足 通信網(wǎng)建設(shè) 的若干問題 對(duì)公網(wǎng)通信技 術(shù)的行業(yè)化改進(jìn) /webmoney 2014/11/3 23 抓住根本，不要舍本逐末 智能電網(wǎng)的根本：節(jié)能減排！ 電力通信的根本：保證生產(chǎn)！ 自主創(chuàng)新是國家的基本國策 歷史上任何一次經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展都離不開創(chuàng)新技術(shù)；以智能電網(wǎng)為代表的能源產(chǎn)業(yè)將是下一代技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體。 挑戰(zhàn)一：抓住根本、自主創(chuàng)新 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 24 先抓配電網(wǎng)和大用戶，緩抓居民用戶及智能電表 中國的電價(jià)對(duì)居民用戶不敏感 中國電力市場改革還不深入 中國電力通信還沒有運(yùn)營權(quán) 具體措施 /webmoney 2014/11/3 25 通信及相關(guān)專業(yè)人力資源不足的問題日益明顯： 近五年來通信資源及設(shè)備數(shù)量至少翻了兩番； 而通信專業(yè)人員數(shù)量增加得很少； 智能電網(wǎng)的通信接入網(wǎng)建設(shè)無人可用！ 盡快進(jìn)行通信及相關(guān)專業(yè)人力資源的儲(chǔ)備！ 挑戰(zhàn)二：人力資源的嚴(yán)重不足 廣東 廣西 云南 貴州 海南 2014/11/3 NCEPU 26 1.智能電網(wǎng)的發(fā)展，新業(yè)務(wù)、新模式對(duì)通信的新需求； 智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)測、業(yè)務(wù)流量預(yù)測分析、相關(guān)業(yè)務(wù)性能保障技術(shù) 2.智能電網(wǎng) 6大環(huán)節(jié)的信息通信保障； 尤其是配電和用電網(wǎng)的通信方式急需解決 3.現(xiàn)有信息、通信網(wǎng)的融合演進(jìn)策略； 現(xiàn)有通信網(wǎng)不是推倒重來，而是如何保護(hù)現(xiàn)有投資，平滑過渡 4.網(wǎng)絡(luò)安全問題（一個(gè)更加突出的問題，二次防護(hù)的領(lǐng)域也需要擴(kuò)展與修訂）； 5.電力通信網(wǎng)的規(guī)劃問題 （電源接入點(diǎn)的增加）； 瓶頸：通信接入網(wǎng)（配電通信網(wǎng)）建設(shè)的問題！ 挑戰(zhàn)三：通信網(wǎng)建設(shè)的若干問題 /webmoney 2014/11/3 27 智能電網(wǎng)中電力通信的特點(diǎn)： 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) /webmoney 2014/11/3 28 通信 接入網(wǎng)技術(shù)的對(duì)比選擇 智能電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)要求： 具備雙向性、實(shí)時(shí)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(jìn)性，能夠承載智能電網(wǎng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)和未來擴(kuò)展業(yè)務(wù) 最好具備自主知識(shí)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(jí)能力 智能電網(wǎng)中通信接入網(wǎng)技術(shù)的對(duì)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？ 2014/11/3 NCEPU 29 1G （ Analog） 2G （ Digital） 3G （ IMT2000） 3G （ LTE/AIE） 2.4GHz 5.8GHz WLAN 高速 WLAN WPAN WiMAX 802.16e IMT-advanced 4G CDMA2000 EVDO TD-SCDMA/HSPA WCDMA/HSPA IS95/CDMA2000-1x/GSM AMPS ETACS JTACS NMT RFID ZigBee MANet PAN 802.11a/g/b 14.4kbps 144kbps 384kbps 50Mbps 100Mbps 數(shù)據(jù)速率 移動(dòng)性 低速 中速 高速 1995 2000 2005 2010+ 無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn) 泛在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) SCDMA SCDMA 寬帶無線 Bluetooth WiMAX 802.16d 2014/11/3 NCEPU 30 電力寬帶無線接入解決方案 PCMCIA卡 PDA 電力移動(dòng)寬帶 移動(dòng) OA 移動(dòng) ERP 移動(dòng) MIS 移動(dòng)視頻會(huì)議 MEM RTU 傳感器 城區(qū)配電網(wǎng)通信 遠(yuǎn)程抄表 負(fù)荷控制 配電網(wǎng)自動(dòng)化 CPE 移動(dòng)售電 營業(yè)所聯(lián)網(wǎng) 電力移動(dòng)營銷 I P 網(wǎng)絡(luò) BS IP IP 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)平臺(tái) 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(dòng)視頻 集群電話 電力應(yīng)急指揮通信 工程搶險(xiǎn) 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(dòng)化 移動(dòng)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 IPPBX PBX PRI /webmoney 2014/11/3 NCEPU 31 配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用情況 負(fù)控開關(guān) 負(fù)控開關(guān) 臺(tái)區(qū)電表 負(fù)荷管理終端 電臺(tái) 公網(wǎng) GPRS通道 居民電表 遠(yuǎn)程集中抄表終端 居民電表 居民電表 GPRS Modem 230M電臺(tái)無線信道 電力通信塔 移動(dòng)通信基站 移動(dòng)通信機(jī)房 230M電臺(tái)主站 前置機(jī) 前置機(jī) 服務(wù)器 其它 工作站 負(fù)控 工作站 配變監(jiān)控 工作站 專線 DDN/ASDL/ISDN 配電自動(dòng)化終端 FTU TTU DTU LAN 終端 信道 主站 系統(tǒng) RS232 暫無合適的通信方式 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 32 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(fù)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(yuǎn)程集中抄表終端 居民電表 居民電表 MEM 160 配電自動(dòng)化終端 FTU TTU DTU MEM 160 負(fù)控開關(guān) 負(fù)控開關(guān) 臺(tái)區(qū)電表 負(fù)荷管理終端 MEM 160 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 33 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： 824-849/869-894MHz WiMax: 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(tái)：頻譜范圍 223.525-231.650MHz；信道帶寬 25KHz； 15個(gè)全雙工信道， 10個(gè)半雙工信道 /webmoney 2014/11/3 NCEPU 34 無線頻率資源的申請(qǐng) microwave 1.9-2.3G 2G FDD wireless access 1.96-1.98 Microwave communication 1.7-1.9G 1.7G 1.8G 1.9G GSM1800 1.71-1.755 GSM1800 1.805-1.850 SCDMA 1.785 1.805 FDD 1.92 1.98 2.11 2.17 TDD 2.012.025 補(bǔ)充 2.3 2.4 MSS FDD wireless access 1.88-1.9 DECT&PHS 1.9-1.92 CDMA 1.945-1.96 CDMA 1.865-1.88 Future usage Current usage TDD 1.88 1.92 補(bǔ)充 FDD 1.755 1.785 補(bǔ)充 FDD 1.85 1.88 附：國內(nèi)頻率使用情況 /webmoney 2014/11/3 35 智能電網(wǎng)對(duì)通信技術(shù)提出了區(qū)別于公眾通信網(wǎng)的特殊要求： 數(shù)據(jù)量要求； 上下行傳輸速率的不同要求； 針對(duì)不同業(yè)務(wù)的不同技術(shù)要求； 實(shí)時(shí)性要求； 環(huán)境適應(yīng)性要求； 網(wǎng)絡(luò)管理要求； 網(wǎng)絡(luò)安全性要求； 應(yīng)急通信要求； 對(duì)電力業(yè)務(wù)終端的要求。 挑戰(zhàn)四：對(duì)現(xiàn)有公網(wǎng)通信技術(shù)的行業(yè)化改進(jìn) /webmon