通信技术支撑智能电网建设,华北电力大学通信研究所 仇英辉 2014年11月26日,- 1 -,内容提纲,4、智能电网的通信需求,3、电力通信现状,5、通信支撑智能电网建设,6、解决方案,7、技术发展趋势,2、智能电网概念、定义和特征,1、国外智能电网研究和发展概况,美国智能电网发展里程碑,2001,2003,2004,DOE与 NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,The Modern Grid Initiative : a Vision for the modern grid. Mar. 2007. NETL,2005,2009,2030,EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究,布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”,DOE启动电网智能化(GridWise）项目,之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践,奥巴马将智能电网提升为美国国家战略,年份,国外智能电网研究概况,欧洲智能电网发展里程碑,成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”,提出智能电网愿景，制定（1）欧洲未来电网的远景和策略（2）战略性研究议程战略部署文件报告,2005,2006,各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇,年份,国外智能电网研究概况,（3）The SDD Strategic Deployment Document,（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略,（2）Strategic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future 欧洲未来电网的战略研究议程,战略部署文件,“智能电网”是目前被大家普遍接受的术语和称谓 “The Smart Grid”, DOE, USA,2008 2008.11.11-11.13,中美清洁能源合作组织(Joint US-China Cooperation on Clean Energy JUCCCE-)，聚思-“Smart Grid” special session 2008.11.18-中美绿色能源论坛 “Smart Grid” Special session Smart Distribution Grid: The Role of Technology,tools and Techniques for advanced Automation and planningby S.S.Venkata, Univ. of Washington, USA, -IEEE DLP Tutorial, Dec.22, Beijing, China,国外智能电网研究概况,驱动因素：,美国:年美加大停电后，美国电力行业决心利 用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网.,美国发展智能电网的驱动力：,改造老化的电网设备，提高供电的可靠性和安全性 提高能源的利用效率和技术的先进性 提高用户对电价的可承受能力 适用环境和气候的变化，适用可再生能源的接入，降低排放水平 提高在全球的竞争性,欧洲:发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。,国外智能电网研究概况,驱动因素：,欧洲发展智能电网的驱动力（Driving Force),（1）供电的安全性问题 一次能源的缺乏、 供电可靠性和电能质量 供电能力 （2）环境问题 京都协议 气候变化 保护自然 （3）国际电力市场 提供低廉的电价和提高能效 进行创新和提高竞争能力 有关垄断的规程修订,欧盟发展智能电网的驱动力：,欧盟理事会在2006年的绿皮书(Green Paper)欧洲可持续的、竞争的和安全的能源策略(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy)”强调： 欧洲已经进入一个新能源时代，能源政策最重要的目标必须是供电的可持续性、竞争性和安全性。,欧洲2020年及后续的电力发展目标： 未来欧洲电网应满足如下需求: 灵活性(Flexible)，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求； 可接入性(Accessible)，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用； 可靠性(Reliable)，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求； 经济性(Economic)，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。,（1）美国能源部(DOE)是电网智能化研究的发起者和重要的投资者。 （2）“电网智能化联盟” 成员包括: 跨国技术公司：AREVA、GE、IBM；电力公司和电网运营商：AEP、Bonneville电力管理局、PJM及法国EDF；研究机构：美国电科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。 （3）电网智能化架构委员会（GWAC）由一系列的专家组成，受美国能源部的部分资助，从事制定建立未来电网架构的原则。 （4）2005年欧洲委员会正式成立“智能电网欧洲技术论坛” 。欧洲还将成立“智能电网协会” 。 （5）IEC去年底筹建SG3“智能电网”战略组。 根据目前掌握的情况，还没有智能电网 的国际标准或国家标准。,国外智能电网研究概况,智能电网研究机构,在输电侧:目前有EPRI、ABB、PJM等机构 和企业开展相关研究。 PJM公司认为：广域测量技术是保证大电网安全的重要手段，也是实现智能输电网的基础，因此PJM目前主要从同步相量技术和高级控制中心的研究建设着手开展智能输电网的工作。,国外智能电网研究概况,智能化实践最新成果,在配电和用电侧:目前建设的智能电网主要有两个方面 智能电表和智能家电： 美国:Xcel Energy 公司在Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。 意大利:安装和改造了3000万台智能电表，建立起了智能化计量网络，每年大约节省5亿里拉。 法国:将目前使用的2700万只普通电表全部更新为 “智能电表” 。,国外智能电网研究概况,智能化实践最新成果,智能电网的概念、定义和特征,定义（definition) 以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。 它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。,智能电网主要特征：坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化,智能电网坚强性特征,（1）坚强性（Robust/Strong） 在电网发生小扰动和大扰动故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故； 在电网发生极端故障时，如自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏，仍能保证电网的安全运行； 二次系统具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。,（2） 自愈性（Self-Healing） 具有实时、在线连续的安全评估和分析能力 具有强大的预警控制系统和预防控制能力 具有自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。,智能电网自愈性特征,（3） 兼容性（Compatible） 能支持可再生能源的正确、合理地接入 适应分布式发电和微电网的接入 能使需求侧管理的功能更加完善 实现与用户的交互和高效互动。,智能电网兼容性特征,（4）经济性(Economical) 支持火电和水火电联合经济运行 支持电力市场和电力交易系统 提供清洁和优质电力 实现资源的合理配置 降低电网损耗，提高能源利用效率。,智能电网经济性特征,（5）集成（Integrated） 实现电网信息的高度集成和共享 采用统一的平台和模型 实现标准化、规范化和精细化的管理,智能电网集成性特征,（6）优化（Optimized） 优化资产的利用率 降低投资成本和运行维护成本。,智能电网优化特征,中国智能电网的提法和4个特征（Strong Smart Grid ）,（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,智能电网技术应包括的主要内容：,先进的相量测量（PMU）和广域测量技术（WAMS） 先进的三维、动态、可视化技术 高级计量- 无线、自动计量读数（Advanced metering infrastructureAMI）(Automatic meter reading-AMR)； 需求响应 (Demand Response)；(需求侧管理DSM) 先进的配电自动化 高级配电运行(ADO)功能使“自愈” (Self Healing) 成为可能； 分布式发电技术(Distributed Generation or Distributed Energy Resources-DG or DER)及电力储能技术等,- 27 -,3.1 电力通信的地位,- 28 -,3.2 电力通信网架构,骨干通信网,终端接入网,7,3.3 通信系统,30,3.4 电力通信网现状,31,3.5 技术水平,32,3.6主要问题,电网系统复杂度增加,通信网架结构由一次网主导，存在薄弱环节，不随一次的通信网“填平补齐”项目，单独立项及停电施工困难。,规划考虑的通信容量储备余度消耗很快，部分区段已经或接近饱和。,部分通道重载，承载多条重要线路的保护安控，多年不能安排通信设备停运检修。,配用电环节通信能力亟待加强，公共平台建设和管理机制尚未形成，地市及以下通信专业化管理力度不够。,优化骨干通信网，提高网络资源利用率； 扩充通信系统容量,解决信息传输瓶颈问题； 建立灵活互动的配用电通信体系，提升配用电通信服务能力； 延伸到户，实现“多网融合”，拓展电网服务范围，提升资源共享能力。,4.1智能电网通信战略需求,4.2智能电网通信新需求,发电、变电、调度环节：主要为固定生产场所，现有电力通信网已有较强支撑能力，通信需求主要是量变，只需在现有网络基础上继续强化、优化、完善，重点向低电压等级变电站、新能源发电站等扩展延伸；,输电环节：设施固定，但线路很长，需支持沿途监视、监测、远方控制、作业联络等新要求，提供无线与光纤相结合、固定与移动相结合的新型通信解决方案；,配电、用电环节：通信需求变化较大，需要对有自动化需求的配电装置，对集中抄表装置等实现无缝隙通信覆盖，需采取无源光网、固定无线、移动无线、PLC等多种方式，结合“电力光纤到户”战略，新建通信接入网。,5通信对智能电网业务支撑,5.1发电的通信支撑,发电厂通信可分为本地监控和外联通信，支撑发电厂的运行、控制和管理，强化多种电源支撑能力，提升机网协调水平，保障系统安全稳定，推进资源优化配置。,支持新能源功率监测和接入 通过电力光纤传输网与太阳能和风电厂建立远程通信，实现与电力系统的互联，对电厂新能源进行远程实时在线的监测、信息交流和控制。,支撑电厂本地监控 采用现场总线、工业以太网、宽带无线局域网等通信技术，承载火电厂机组、风力发电厂风机、太阳能光伏电源现场监控数据的传输和交