新型PLC技术在智能配电网的应用-

Report
刘伟麟
中国电力科学研究院
PLC for SG Applications
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1. PLC 接入网技术发展
2. PLC接入网技术在智能配电网中的应用
3. 新一代智能PLC接入网技术介绍
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PLC接入网技术二次浪潮
PLC for SG Applications
第一次浪潮
第二次浪潮
电信市场开放 (互联网 )
大规模智能电网(AMI) 推广应用
 宽带PLC
 窄带 (高速) PLC
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驱动力 (欧洲)
 2005 年欧盟规划: 2020年智能电表覆盖率将在80%以上。在此基础上通过和
用电户互动,启动电能市场。另外随着电动汽车,分散的新能源,配电网自
动化等智能电网项目的推广,在欧洲中,低压通信接入网的建设越来越重要
 用电信息采集70%将用PLC 技术  2亿个低压PLC点
 欧洲90% 以上中,低压变电站没有通信装置。需新建设大约500万个中压通信
点。光纤铺设成本很高,各种限制多,无线受地理位置的限制。因此中压PLC
估计有20% - 30% 市场  100-150 万个中压PLC通信点
PLC for SG Applications
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PLC在智能电网的应用 (作为通信工具)
PLC for SG Applications
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国外中低压配网自动化业务对通信技术要求 (CIGRE, 2008)
远程控制(故障检测)
调度电话
企业管理信息接入
视频监视 (surveillance)
速率 [kbps]
9.6
9.6
8
2000
256
最大传输时延 [s]
0.5
NA
0.5
1
1
数据特征
随机
随机
随机
随机
持续
视频监控(supervision)
64
NA
周期
9.6
9.6
64
30
NA
1
1
随机
周期
随机
连续
NA
周期
1
周期
配用电业务
远动/遥控
报警管理(温度、湿度、气
体、浸水)
遥测,产品和电能质量
遥测保护(录波、下载)
调度/监控电信网络
AMI
负荷管理,需求侧管理
2000
 摘自欧洲 智能电网研究项目INTEGRIS, 到2016 年电力线载波速率需求
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估算: 低压: 700 kbps; 中压: 4 Mbps
PLC 接入网 架构
PLC for SG Applications
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窄带和宽带PLC技术的频率范围
窄带PLC
150
9
欧洲
美国,亚洲
PLC for SG Applications
宽带PLC
500 kHz
30
2
80 MHz
OPERA, Homeplug
IEEE1901, ITU-T
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窄带PLC技术发展状况
窄带高速PLC
速率
OFDM
(33-128 kbps)
窄带低速PLC
PSK, FSK,S-FSK
0.6 - 2.4 kbps
超低速PLC
ASK
几个bps
1950
PLC for SG Applications
1980
1990
2000
2010
年
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主要宽带PLC技术发展状况
•
•
•
•
数据速率
1Gbps
2-80 MHz
OFDM
认知无线电技术和
MIMO (室内应用)
• 85 - 200 Mbps
• OFDM
• 45 Mbps
• OFDM
2000
2002
PLC for SG Applications
2004
2006
2008
2010
年
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电力线衰减 dB/km
100 kHz
10 MHz
低压
1.5-3
160-200
中压地埋线
1-2
50-80
中压架空线
0.5-1
30-50
PLC for SG Applications
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PLC在欧洲的应用(窄带PLC 用于电信息采集)
西班牙
OFDM (128 kbps)
1千多万智能电表
BPSK (9.6 kbps)
1千多万智能电表
法国
S-FSK, 2.4 kbps,
OFDM,33kbps
瑞典, 芬兰
3.5 千万智能电表
意大利
FSK (2.4 kbps)
3千万智能电表
2001
2006
PLC for SG Applications
- S-FSK, 2.4 kbps
- 100万智能电表
2008
2010
2012
2014
年
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宽带PLC在中压的应用 (欧洲)
• 通过前期的试验和优化,宽带PLC在欧洲已被一些电网公司用于中压段(并具一
定的规模)
• 低压PLC的骨干网(连接低压集中器)
• 远程检测控制(SCADA,连接 RTU)
• 目前主要在城市地埋线
• 最大点与点距离: 500-600 米
• 通过中继覆盖大的网络
• 一旦安装好,性能很稳定
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中压点与点距离 统计(引自欧盟项目OPERA文件 )
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实验室宽带PLC 时延测试结果
45
min RTT
Ave. RTT
Max. RTT
40
35
30
[ms]
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
# hops
中继数
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PLC在智能配电网的应用 (新的研究热点)
拓扑结构分析
电网状态监控
通信+感知
故障定位
预警
集电力线传感和电力线通信于一体, 通过对电网信息的感知和
基于电力线信道特性的电网状态的认知,并通过低延时的电力线通信
技术,为电网运行和维护提供可靠的,及时的可操作的信息
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电网拓扑结构检测
•相位识别 (A,B,C)
•台区识别
•馈线识别
10KV
变压器
PLC头端
It
I1
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I2
I3
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电网设备和状态检测和预警
电缆断裂预警
PLC for SG Applications
变压器状态检测
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电网故障定位
F1
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二、国内外研究现状
窄带和宽带PLC技术比较
窄带接入网PLC
频率
宽带接入网PLC
9 - 500 kHz (欧洲 9-150 kHz)
2 - 30 MHz
2 – 100 kbps
1 - 10 Mbps
100 ms - 100 s
10 ms – 10 s
低压 / 中压: 400 米 / 15 公里
低压 / 中压: 200 米 / 600 米
主要应用
用电信息采集
中压接入
主要优点
技术简单, 可达到的距离较长
速率高, 实时性能好,性能稳定
主要弱点
信道环境恶劣,受电器干扰影响大,
速率低,实时性能差
信道(地埋线)衰减大,距离短
可以得到的物理
层速率
时延
点与点距离
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新一代智能PLC关键技术
宽带耦和
模拟前端技术
无线电电台
认知 检测技术
宽带高动态范围
数字前端技术
自组网技术
支撑不同QoS
PLCMAC 协议
PLC for SG Applications
电网状态感知和认
知技术
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小结
 智能配电网建设给PLC带来了巨大的机会
 窄带PLC 大规模的被用于低压远程用电信息采集
 宽带PLC 在欧洲已被有规模的用与中压通信(城市)
 为了满足今后智能配电网建设的需求,全面提高PLC通信接入网
的性能(覆盖率、稳定性,实时性),需要研究新一代智能PLC
 频带自适应
 频率认知
 自助网
 集通信和电网状态感知
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