智能电网信息通信专题讲座-第5讲-智能配用电信息通信技术

第五讲：智能配用电信息通信技术华北电力大学通信技术研究所孙毅第五讲智能配用电技术5.1配电自动化系统5.2用电信息采集系统5.3配用电一体化通信技术5.4智能用电技术智能电网信息通信解决方案配电变电输电信息应用信息处理信息传输感知延伸互动线路状态视频安全气象条件一次设备二次设备潮流分布电能质量链式传感网极端环境传感网大规模传感网电力宽带专用网（光纤/宽带无线接入）+3G电力综合信息平台数据库导线状态分析杆塔状态分析气象条件分析一次设备状态分析二次设备状态分析输电线路检修变电站检修用电计量考核居民用电电能调度管理电能质量控制配电自动化精细用能管理信息双向互动用户用电信息计量管理智能电网标准制定电力相关应用系统分类电力生产过程发电厂输电线变电站配电网用户电厂自动化变电站自动化配电网自动化调度自动化计量自动化企业信息化智能用电服务系统线路在线监测配用电系统在电力系统中的位置2001200420062009国内配用电系统建设发展曲线1995起步1997试点建设高潮反思制定标准平稳发展时间发展度配电自动化是应用现代计算机技术、远动、自控、通讯、新型配电设备等先进技术手段，实现配电网在线和离线远方监控，与配电自动管理，以达到配网安全，可靠，经济，优质，高效运行之目的。提高供电可靠性改善电能质量节能降损，优化运行，提高系统经济运行水平提高配网现代化管理水平提高服务水平，改善用户形象合理规划，科学决策配电自动化意义5.1配电自动化系统开关TVFTU配电自动化系统的三个发展阶段•1）简易型配电自动化系统（DA）是以馈线自动化（FA）为主的实时应用系统。•2）调/配一体化系统是将调度自动化和配电自动化合为一体的实时应用系统。最近几年各级供电企业的配网调度得到较多的应用，有较好的实用性。•3）配网智能管理系统（DMS）采取实时应用和管理应用相结合的手段，面向供电企业所辖的整个配电网的自动化及管理系统。国外（尤其是欧美）的配网自动化项目基本属于这类系统。国内大中型供电企业已开始应用。遵循IEC61968/61970标准的信息交换总线配电终端FTU/DTU/TTU配网应用软件抢修指挥实时数据静态电网模型智能配电网调控一体化支撑平台计划停电调度运行故障停电配电网运行监控智能化应用广域分布式数据采集处理EMS实时数据运行监视及优化配网模型管理停电分析智能数据分析GISCISTCMPMSAMREMS馈线自动化配网仿真培训综合可视化配电自动化主站系统的总体功能架构S1IDIDIDIDIDID故障指示单元故障指示单元故障指示单元故障指示单元故障指示单元故障指示单元分段开关分段开关分段开关分段开关联络开关变电站出线开关S2变电站出线开关S1故障指示器开关之间的时序配合简易型配电自动化系统地理信息系统AM/FM/GIS基于IEC61968的信息交换总线（安全Ⅰ区和Ⅱ区）基于IEC61968的信息交换总线（安全Ⅲ区和Ⅳ区）通信网（骨干层）通信网通信网反向安全隔离正向安全隔离环网柜环网柜开闭所柱上开关柱上开关配电子站配电子站配电主站营销管理系统(CIS)故障报修系统TCM(95598）生产管理系统（PMS）集中型馈线自动化上级调度系统用电信息采集系统配电GIS系统环网柜就地型馈线自动化集成型调配一体化系统信息交换总线配网自动化系统生产管理大区信息管理大区资源中心信息交换总线正向隔离装置反向隔离装置生产管理系统用电信息采集系统导入设备信息设备数据设备数据电表电量实时数据电表电量实时数据能量管理系统EMS设备数据及实时数据报文配用电系统的连接与安全隔离分布式电源/储能装置/微网接入经济运行与协同调度与智能用电系统互动高级配电自动化系统智能型配网管理系统…配网智能型管理系统冷/热储能飞轮储能太阳能发电站柴油发电机组OtherConsumers电力用户中压配电网风力发电站配电网的发展方向：智能微网微网控制中心智能微网技术的定义由各种分布式电源/微电源、储能单元、负荷以及监控、保护装置组成的集合可在并网运行和孤岛（自主）运行2种模式间切换通过相关控制装置间的协调配合，可以同时向用户提供电能和热能根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至数兆瓦通常接在低压或中压配电网络中目前主要应用单一种类可再生能源发电场、（冷）热电联供系统智能微网示意图美国电气可靠性技术措施解决方案联合会（CERTs）提出微网概念2005，欧洲提出“智能电网计划，2006年出台技术实现方案目前，欧盟主要资助“Microgrids”和“MoreMicrogrids”微网项目美国电力公司Walnut微网测试基地验证CERTs微网理论和方法希腊、德国、西班牙等建立不同规模的微网实验室美国北部电力系统MadRiver微网示范工程日本已经建立了多个微网工程美国能源部制定“Grid2030”发展战略加拿大BC和Quebec开建微网示范工程微网的发展历程电力电子技术：并网逆变器（整流器）、静态开关、电能质量控制装置故障检测与保护：过压和欠压保护、反孤岛和低频保护通信技术：在采集不同特性的单元信息的基础上，通过配网级、微网级、单元级各控制器间的通信来实现微网的关键技术—并网、保护和通信技术用电信息采集系统智能用电服务体系建设是推进电网发展方式转变、建设坚强智能电网的必然要求。在用电环节，构建“大营销”体系，拓展面向信息化、自动化、互动化的服务能力，实现电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动，构建客户广泛参与、市场响应迅速、服务方式灵活、资源配置优化、管理高效集约、多方合作共赢的新型供用电模式。用电信息采集系统承担着用电信息自动采集、高效共享和实时监控的重要任务，是智能用电服务体系的重要基础和用户用电信息的重要来源。建设坚强智能电网，客观要求必须建设好用电信息采集系统，实现覆盖公司系统全部用户、采集全部用电信息、支持全面电费控制的目标。5.2用电信息采集系统电力营销业务模型BM17客户联络BM0795598业务处理BM01新装、增容及变更用电BM02供用电合同管理BM16客户关系管理BM06用电检查管理BM03抄表管理BM04核算管理BM13线损管理BM05电费收缴及账务管理BM12市场管理BM15有序用电管理BM14能效管理BM08资产管理BM09计量点管理BM10计量体系管理BM11电能信息采集BM19客户档案资料管理BM18稽查及工作质量营销分析与辅助决策客户服务与客户关系电费管理综合管理市场与需求侧电能计量及信息采集财务管理安全生产协同办公人力资源物资管理项目管理综合管理外部单位用电信息采集系统用户用电信息采集系统层次型结构示意图1）电力用户用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。包括5类用户和1个公变考核计量点：A类——大型专变用户B类——中小型专变用户C类——三相一般工商业用户D类——单相一般工商业用户E类——居民用户F类——公变考核计量点用电信息采集-术语和定义2）用电信息采集终端是对各信息采集点用电信息采集的设备，简称采集终端。可以实现电能表数据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发或执行控制命令的设备。用电信息采集终端按应用场所分为专变采集终端、集中抄表终端（包括集中器、采集器）、分布式能源监控终端等类型。3）专变采集终端专变采集终端是对专变用户用电信息进行采集的设备，可以实现电能表数据的采集、电能计量设备工况和供电电能质量监测，以及客户用电负荷和电能量的监控，并对采集数据进行管理和双向传输。用电信息采集-术语和定义4）集中抄表终端集中抄表终端是对低压用户用电信息进行采集的设备，包括集中器、采集器。集中器是指收集各采集器或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备。采集器是用于采集多个或单个电能表的电能信息,并可与集中器交换数据的设备。采集器依据功能可分为基本型采集器和简易型采集器。基本型采集器抄收和暂存电能表数据，并根据集中器的命令将储存的数据上传给集中器。简易型采集器直接转发集中器与电能表间的命令和数据。5）分布式能源监控终端是对接入公用电网的用户侧分布式能源系统进行监测与控制的设备，可以实现对双向电能计量设备的信息采集、电能质量监测，并可接受主站命令对分布式能源系统接入公用电网进行控制。用电信息采集-术语和定义1）数据采集根据不同业务对采集数据的要求，编制自动采集任务,并管理各种采集任务的执行，检查任务执行情况。采集的主要数据项有电能量数据、交采数据、工况数据、电能质量统计数据、事件记录数据等。采集方式有定时自动采集、随机召测、主动上报等方式。2）数据管理对采集数据完整性、正确性进行检查和分析，对于异常数据不予自动修复，并限制其发布，保证原始数据的唯一性和真实性。按区域、行业、线路、时间等对采集的原始数据进行计算、统计和分析。用电信息采集-系统功能3）控制功率定值控制：时段控、厂休控、营业报停控、当前功率下浮控电量定值控制：按月电量数据实施电量控制费率定值控制：按电量费率、用电量、用电费实施费控遥控：执行远方遥控保电：实施保电措施剔除：剔除操作用电信息采集-系统功能4）综合应用自动抄表管理费控管理：三个环节有序用电管理：限电和保电用电情况统计分析：负荷分析、电量分析、三相不平衡分析异常用电分析：计量及用电异常监测、重点用户监测电能质量数据统计：电压、功率因数、谐波数据统计线损、变损分析：对线路线损和变压器损坏分析提供数据增值服务：多种渠道查询和发布信息、与售电系统联网实施网上售电、为实现双向互动提供技术手段用电信息采集-系统功能1）可靠性平均无故障工作时间MTBF≥2×104h,可修复系统2）可用性主站的年可用率应不小于99.9％，终端的年可用率应不小于99.5％3）响应时间遥控操作响应时间＜5s重要信息巡检时间＜15min常规数据召测和设置响应时间＜15s历史数据召测响应时间＜30s用户事件响应时间＜30min常规数据（数据库）查询响应时间＜5s。模糊（数据库）查询响应时间＜15s用电信息采集-系统指标3、系统指标4）数据采集成功率数据采集成功率等级一次采集成功率周期采集成功率C1≥99％100％C2≥97％≥99.5％C3≥95％≥99％C4≥90％≥98％用电信息采集-系统指标5.3配用电一体化通信技术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？开关TVFTU城区配网上无合适的通信方式5.3.1配电通信接入网配电通信网-电力通信接入网配用电通信网层次结构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，出于安全性考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？无源光网络宽带无线接入光纤复合相线OPPC光纤复合相线光缆光单元铝包钢线铝合金线铝合金线铝包钢线光单元中心不锈钢管式层绞不锈钢管式OPPC光缆结构与OPGW光缆类似，具有中心管式与层绞式两种结构光纤复合低压电缆（OPLC）铜导线绝缘层PBT松套管光纤纤膏聚酯带外护套光电复合缆截面示意图•FTTB(FibreToTheBuilding)光纤到大楼•FTTC(FibreToTheCurb)光纤到路边•FTTZ(FibreToTheZone