电力信息系统行业深度研究:电网智能化加速改造进程.docx
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1、电力信息系统行业深度研究:电网智能化加速改造进程一、 电力信息系统1.1、 智能电网:能源互联网的基础设施电力信息化是指应用通信、自动控制、计算机、网络、传感等信息技术,结合企业管理理念,驱 动电力工业旧传统工业向知识、技术高度密集型工业转变,为电力企业生产稳定运行和提升管理 水平提供支撑和引领变革的过程。电网智能化包括发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节。电网智能化,也被称为“电网 2.0”,它以高速双向的通信集成网络为基础,通过传感、测量、控制、决策等先进技术,实现安 全可靠、经济高效、环境友好等目标。电网智能化涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度六 个环节以及通信信息平台的建设,
2、主要包括以下三个方面的内容:1) 通过传感器连接资产和设备,以提高电网的数字化程度;2) 收集并整合相关数据,实现信息集成;3) 对已有数据进行分析,以优化运行和管理。智能电网的应用可以很大程度上降低成本,实现 安全生产,为日常生活提供更便捷的服务。现状:智能电网引领提升阶段基本完成。2009年,国家电网发布智能电网规划,将2009-2020年 分为规划试点、全面建设、引领提升三个阶段,推进坚强智能电网的建设。时任国家电网总经理 认为,坚强是智能电网的基础,智能则是坚强电网充分发挥作用的关键,两者相辅相成、协调统 一。经过数十年的投资建设,截至2020年,我国智能电网三步走战略已经完成,基本全
3、面建成统 一的坚强智能电网。1.2、 智能电网进入“十四五”新阶段,配电网建设成为重点2021 年 3 月,我国出台“第十四个五年规划”,规划中明确提出,“加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设”。随后,国家电网表示未来五年计划投入 3500 亿美元,用于电网转型升 级,其中配电网建设投资超过 1.2 万亿元,占电网建设总投资的 60%以上。就在 11 月, 的发展规划也新鲜出炉,“规划”指出十四五期间总体电网建设将规划投资约 6700 亿 元,以加快数字电网建设和现代化电网进程。值得注意的是,也将配电网建设列为工作 重点,规划投资达 3200 亿元,接近总投资的一半。1.3、 双碳目标下
4、,新能源加速驱动能源互联网需求2021 年碳达峰碳中和成为产业焦点,国家能源局、国务院等机构颁布多项相关政策推动新能源占 比提升。2021年,全国风电、光伏发电发电量占全社会用电量的比重达到11%左右,未来几年新 能源占比提升将进一步提升。以新能源为主体的电力系统驱动电网向智能化转变:为助力我国实现“碳达峰、碳中和”目标, 电力企业纷纷提出构建以新能源为主题的新型电力系统。然而,新能源发电具有受季节影响较大、 电压不稳定、输电技术和输电安全要求高等特点,传统电网难以实现较好的接入效果,因此随着 新能源应用的逐渐广泛,对于智能电网的配套需求也变得愈发强烈。二、 通信/感知层智能电网的本质是物联网
5、,产业链的组成可简单分成感知层、网络层和应用层。在智能电网中, 感知层主要功能是感知识别物体或环境状态,并且实时采集、捕获信息。由 RFID 标签、传感器、 摄像头、二维码标签、读写器、识读器、GPS 等器件以及传感器网络和传感网关构成,通过传感 器获取信息,并通过接收网关获得控制命令。2.1、 感知层感知层负责收集数据,数据是智能电网重要的生产要素,因此感知层存在于智能电网的各环节中:在发电环节,需要采用温度、光学、倾角、速度、图像及位置等多种传感器,保证发电装备 的故障诊断与健康监测;在输电、变电及配电等环节,需要用到微气象、杆塔倾斜、覆冰、舞动、弧垂、风偏、局放、 介损、绝缘气体、泄漏电
6、流、振动及压力等多种传感器及智能终端,实现对电气主设备状态、 环境与其他辅助信息的采集;采用电能质量、负荷监测、图像视频等传感器及量测装置等,支撑需求侧柔性负荷资源的充 分利用,补偿能源互联网中因直流惯性不足或供需失衡导致的频率波动等系统运行问题,同 时提升能源利用率。传感器技术:迭代发展加速,电力行业部分产品已达国际领先水平新型电力系统对数据的广度、深度和密度提出更高的要求,因此新型电力系统感知终端种类多样,且感知设备不断朝向低功耗、高可靠性、智能化等特征发展。物联网发展主要受制于网络接入、 数据存储和处理等技术瓶颈。随着 NB-IoT等物联网基础通讯技术的规模化应用,终端设备接入网 络、数
7、据存储和处理的成本大大降低。新材料、磁阻芯片、微型传感器集成技术、低功耗 MEMS 技术的突破。在数字中国建设的引领下, 我国在智能传感领域有了长足进步,传感器产业已初步形成了长三角、珠三角、环渤海以及中西 部地区 4 大区域集聚发展的产业空间格局。根据数字电网研究院技术负责人介绍,我国 智能传感领域在新材料、磁阻芯片、微型传感器集成技术、低功耗 MEMS 技术等方面,已具备重 要的研究基础和核心优势,尤其是在电力行业,部分产品整体技术已达国际领先水平。RFID 技术:主要用于电力巡检管理与电力资产管理RFID 技术即无线射频识别技术,其通过无射频信号无接触地识别、辨认、获得、提取信息。 RF
8、ID 技术最大的优点是在多种恶劣的环境下能够稳定地进行信息的传输。RFID对电力管理环节的帮助。在传统电网中,通常采用人工巡视、手工记录的方式进行电力设备 检测,这种方式会造成(1)巡检不到位、漏检或不准时;(2)手工填报巡检结果效率低,且容 易错漏;(3)管理人员难以及时、准确地了解电力线路情况等多项弊端。通过使用 RFID 技术可 以有效保证电力设备安全、提高设备可靠率等。此外,RFID 也可建立 RFID 标签与电力资产设备 之间的关联,实现供电局资产可视化管理。2.2、 网络层网络通信是新型电力系统的框架中各个关键领域的沟通的关键桥梁。中国的新型电力系统建设提 出了以特高压电网为骨干网
9、架,以坚强智能电网为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为 手段,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的发展路线,强调各个领 域电力流、信息流和业务流的融合。感知层的信息经由网关转化为网络能够识别的信息后传达到网络层。网络层是由 2/3/4/5G、NBIoT、eMTC 等蜂窝通信网络,和 WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa、SigFox、电力载波等非蜂窝通信 网络组成的数据传输网络,其通过通信模块、网关等网络层设备,对采集到的数据进行可靠的传 输。按网络通信的覆盖维度可主要分为局域通信技术和广域通信技术。电力通信网络:系统庞大,技术种类繁杂电力通信网络庞大,且通信技术
10、种类繁多。电力通信网由骨干通信网、终端通信接入网组成,其 中骨干通信网涵盖 35kV 及以上电网厂站及各类生产办公场所,终端通信接入网涵盖 10kV(或 20kV/6kV)和 0.4kV 电网相关站点。其中,骨干通信网按照功能分为传输网、业务网和支撑网。电力数据网络和电力信息网络是电力行业的专用骨干网,承载主要数据流量。坚强智能电网对电 力数据网的要求主要集中在两个方面:(1)对安全提出了更高的要求;(2)对网络的可靠性、 可用性和服务质量(QoS)保证提出了更高的要求。电力线载波通信:赋能电网基础环节自动化电力线通信(PLC)技术是采用电力线传送数据和话音信号的一种通信方式。该技术将载有信息
11、的 高频信号加载到电力线上,用电线进行数据传输,通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电 力线上分离出来,并传送到终端设备。电力线窄带通信足以维持简单的信息交换,例如,用电量计量、向执行器发送命令、检验系统等。 供电公司可通过户外电网远程监控路灯或实现集中抄表(AMR)和电表自动管理(AMM)解决 方案,同时提供多项客户服务,包括用电控制和电价选择。针对电力线通信技术的特征,电力线通信技术可被广泛用于太阳能等再生能源发电系统微逆变器、电动汽车充电、智能电网集中器、 智能电表、温控器、家庭自动化、工厂自动化、路灯控制等环节。通信模块:终端运用前景广泛在终端,电力终端主要包括配电自动化终端、智能电
12、表、无人机、巡检机器人、高清摄像头等产 品,从形态上可细分为 CPE 和嵌入式通信模块,通信模组作为提供通信连接的核心产品,是新型 电力信息系统重要的组成部分。广和通 FG150/FM150 两款 5G 模组已经应用在电力终端,承载了 配电自动化、用电信息采集等业务,大幅提升了电力数据的交互能力。在新型电力信息系统的建设中,终端电表将产生大量的通信模块需求。通信模块可以帮助新型电 力系统实现差动保护、无人巡检、高级计量等功能。通信模块可用于电表中,并一跳上网到运营 商云平台,借此可实现电表数据远程采集、命令下发、事件上报、远程升级等功能,终端电表也 可应用于铁塔、基站、园区、工厂等能效管理场景
13、。2.3、 新型电力系统感知/网络层参与厂商新型电力系统网络层的建设主体包括国家电网和,以及为其提供服务的部分电力设备商。 2021 年 3 月,中央财经委员会第九次会议首次提出构建以新能源为主体的新型电力系统。从国家 电网、的经营区域来看,国家电网公司预计将负责占据我国 88%的国土面积的新型电力 系统的建设,而预计将负责广东省、广西省、云南省、贵州省和海南省五个省份及港澳 地区的新型电力系统建设。三、 应用/生产层3.1 综合管控数字平台是电网运营管理和调度的信息中枢数字电网是以云计算、大数据、物联网、5G、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力, 以数据为关键生产要素,以现代电力能
14、源网络与新一代信息网络为基础,通过数字技术与能源企 业业务、管理业务深度融合,不断提高数字化、网络化、智能化水平而形成的新型能源生态系统, 从而使得电网服务更加智能、安全、高效、绿色环保。在数字电网的运转和维护过程中,软件平 台将发挥核心调度和指挥功能,成为电网数字化的承载实体和中枢神经。电网数字业务平台将具备三项主要能力:1)具有强 大的数据管理能力,通过统一的数据标准及数据模型,实现全域数据集中和实时管理,数据在各 子系统之间有效集成和共享;2)具有超强的计算能力,基于云数一体的底座式数据中心,实现 超大规模数据存储、超强数据分析处理、低延时高带宽网络通信、资源弹性伸缩管理及统一的数 据进
15、出管理、实时管理及同源共享;3)具备以数据驱动业务的能力,以全域数据资源为支撑驱 动业务模块的数字化自由拼接实现业务目标,并对驱动能力进行沉淀和迭代优化。的云数一体数字技术平台包括南网云平台、电网数字化平台、全域物联网三大数字基础平台和云化数据中心,汇聚数字基础通用能力,提供上层应用调用。南网云平台:南网云平台是数字电网三大基础平台之一,采用异构、跨平台的多云管理技术,支 撑广域的多云逻辑统一管理,从而使企业云俱备超大规模的硬件资源整合、超强的计算能力,灵 活便捷的虚拟化、高可靠的运行容错、高通用的组件服务以及高可扩展的资源弹性伸缩能力。对 内向各类平台提供基础硬件资源和中间件等通用技术组件,
16、支撑敏捷开发、快速部署和故障自愈; 对外为政府和社会,提供各项云计算和云服务,为信息的集成、共享和应用提供基础运行环境, 拓展企业服务新模式。电网数字化平台:基于统一电网数据模型构建,通过采集、汇聚、加工大量蕴含在资产全生命周 期、供应链管理、电能量全过程、人财物集约化管理的数据,推进物理电网全环节、生产管理运 营全过程的数字化,对内推动各业务领域的应用建设、提升企业精益化管理水平,对外支持面向 电力用户、发电企业、政府及第三方机构等各类用户提供全方位服务。全域物联网平台:按照“云管端”的三个层次布局,强化通道能力和终端规范接入。实现物联网 终端感知能力、网络连接能力、平台管控能力和数据交互能
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