智能电网信息与量测技术

第三章智能电网信息与量测技术主要内容•高级量测体系(AMI)简介–背景–驱动力•主要组成部分–智能电表–通讯网络–计量数据管理系统(MDMS)–用户户内网络(HAN)•AMI论证–成本–收益–例证•AMI和智能电网•信息物理系统高级量测体系量测系统的演变AMRAMMAMI•运行效益•数据管理•用户通讯•AMI连接用户并加强了资源和资产优化管理•AMM提高了信息质量•AMR提高了运行效益智能和控制功能AMI相对于AMR•AMR:自动抄表方案–从远程读一个累积的计量值–单向通讯–以月为计量周期•AMI:高级量测体系–完整的体系可远程读取多个间隔计量值–双向通讯–提供详细的数据以能支持分时电价（TOUpricing）–远程系统或软件升级–支持用户户内网络–和很多其它功能AMI实施的驱动力世界范围内电力公司实施变革和产业升级的动力供求关系和电网的制约电网可靠性/停电的制约/供电不足日益增加的分布式电源多向潮流竞争激烈的电力市场电力公司降低成本和增加收入的目标日益增多的复杂计费方式用户服务的要求技术的进步ＩＴ、电子和通讯技术的进步成本降低而同时功能提高用于数据管理的信息系统日益完善环境保护和政治压力立法的要求(如,EPACT2005)对能效的追求为应对温室效应而寻求矿物燃料的替代品公众对邻近电力设施的抵触AMI效益节能和能效运行效率用户服务用户利益促成智能电网所需的技术和应用的实现电网运行和优化:电压和无功优化,运行,规划，等电表更换现金流读表:自动,频繁,准确呼叫中心:减少费用估计,提高询问应答故障管理:即时,定位,检测收费:各种计费选择表计准确度:提高负荷研究;提高数据质量窃电检测:提高检测率DSM:电价,需求响应,用户信息智能电表双向间隔量测数据•智能电表–每一个用户处–记录双向间隔消费信息•小时、30分钟、15分钟或5分钟等•KWh、KVARh、V、KW,…等–其它功能如远程断开和重接、即时读表、断电报警、表计干扰检测、远程设定和软件升级•变压器表计–记录双向间隔消费信息和电压信息–数据可用于变压器负荷管理和负荷研究•馈线表计–记录双向间隔消费信息和电压信息•15分钟、5分钟、或更短–支持系统实时运行、电压优化、系统分析和规划、负荷研究和预测等多层次的通讯网络广域通讯网络(WAN)•IP网络：开放式的、安全的•专用的或公众的网络•有些使用通讯公司的托管服务–WiMAX,数字无线通信2.5G,3G,3G+,MPLS–问题:公共网络生命周期短，难于满足AMI的期望–很多地方很难有一个公共网络覆盖整个电力公司的服务范围•通常是混合网络(电力公司专用网+第三方网络)局域通讯网络(LAN)•大部分是私网协议–电力线载波(PLC，DLC)–基于高塔的点对多点的无线射频系统–无线射频网状系统（Mesh）–电力线宽带(BPL)•趋势是缓慢移向开放式标准–TCP/IP,ANSIC12.22•主要考量是低成本发展趋势：集成的通讯网络数据采集流程•自动数据采集系统(ADCS)–按照预定时间收集电表测量值（通常是午夜之后）或即时读取–把数据传回网络运行中心(NOC)–把数据放在企业服务总线(ESB)上•ESB–原始数据转送站–把数据分送给计量数据管理系统（MDMS）和其它信息系统•MDMS–处理数据并把数据传给其它信息系统,如:•计费系统•用户网站(以便用户在每天早晨6点查看前一天的用电)计量数据管理系统(MDMS)•一个用于获取、处理和存储计费表计测量值，并具有分析工具以便和其它信息系统交互使用的数据库系统–AMI系统表计管理(增加／修改／消除）–AMI表计控制•接通／断开•重新设定•日程管理–计费之外的数据转发–表计和网络设备的资产管理–接通／断开的过程管理–干扰检测–故障及故障恢复数据管理–数据分析和自动现场工作票的生成和处理MDMS功能自助帐单分析支持客户服务人员需求响应批发市场Wholesale大C&I用户分时电价特殊计费规划运行GIS&OMS集成供应聚合未计能量的分配预测负荷研究和定价收入保护RevenueProtection结算Settlement配电效率复杂的计费用户服务负荷曲线市场分类服务成本高峰期电价短期中期长期未计量的收入窃电检测非正常电表检测数据分类和负荷建模SegmentationandLoadModeling费用计算ConfigurableCalculationLogic&Billing多维聚合Multi-DimensionalAggregation用户费用分析CustomerBillIntegration&Analytics系统应用MDMS和其它系统的集成计量数据管理系统负荷研究预测管理故障管理配网运行客户服务帐户管理CIS,计费复杂计费SCADA数据等间隔数据采集系统AMI采集系统手持移动采集系统资产分析收入保护客户支持企业服务总线企业服务总线运行系统采集系统其它应用系统范围的系统能观性“虚拟表计”可提供系统任何一点的以小时计的历史的和预测的负荷信息•减少设备过负荷和损坏•提高固定资产投资时机和针对性•提高相间平衡和线路利用率•改善电压调节，提高电容器安放选择•提高资产容量选择和一致性•识别异常线损和窃电•有选择地对用户实施负荷控制用户信息网站•把用户帐单和用电信息集成在一起–可读到前一天的用电•为用户提供详细用电曲线和费用信息–分析TOU或CPP对帐单的影响–推荐策略以助其减少费用•减少用户服务成本–网上自助服务减少高额帐单抱怨电话–呼叫中心的显示有助于一次解答用户的疑问00.10.20.30.4$0.51814182024CriticalpriceTOUPeakPriceStandardRatePeakpricew/CPP企业范围内的信息系统集成输电系统控制系统管理MWMOMSGISＡＭＩ资产管理资产管理维护系统规划馈线自动化资源管理规划&预测工作安排结算交易&合约资源调度SCADADMS系统运行用户服务MDMSCIS计费呼叫中心发电控制变电站自动化EMS通讯网络用户户内网络(HAN)•配合用户门户网站、连接智能电表和户内可控的设备–室内显示器(IHD)–可编程通讯温控器(PCT)–混合动力电动汽车(PHEV)、电动汽车(EV）或其它储电装置–其它智能家用电器,等•主要技术和标准–通讯：WiFi,RF,电力线载波,光纤等–标准：ZigBee,HomePlug,6LowPAN等，处于快速整合阶段HAN的效益•使得用户更好地管理用电–被动的:理解用电•IHDs提供了详细的用电信息和计费信息–主动的:参与需求响应或允许电力公司直接负荷控制•使得电力公司提高用户服务–对用户发送信息–用户可以直接查看用电信息•实施需求响应以消除峰荷–每年最高峰的100个小时终端用户直接参与电力市场用电信息直接负荷控制电价响应需求响应和节电能量管理kW0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0Noon2:307:30CriticalPeakRateParticipationIncentiveControlGroupMidnightCPPEvent集成分布式电源混合动力汽车(PHEV)或电力汽车集成分布式发电并提供双向量测储能装置Source::SCE200720082009201020112012200120022003200420052006200720082009201020112012200720082009201020112012200720082009201020112012200120022003200420052006200120022003200420052006200120022003200420052006EnelEnelFortumPPLPECOPECOPugetSoundPugetSound•Remotedisconnect/loadlimiting•Universalintervaldatacollection•Remotefirmwareupgrade•Remoteregistermeterreads•One-waycommunications•Betterpowerqualityinfo•HANenablement•Greaterstandardsbase•Two-waycommunications•BillingfromhourlyreadsTechnologyProgressionNESANESA•ColoradoSprings•GoteborgEnergy•E.ONSverige•T&TECAmerenUEOtherSmallerPre-2001Deployments•KansasCityPower&Light•DuquesneLightCompany•IndianapolisPower&Light•WisconsinPublicService•WeEnergies•UnitedIlluminating•PREPA•ATCO•JEAXcelXcelBCHydroBCHydroUtility/AreaStartofdeploymentEndofdeploymentNumberofelectricmetersYearsPredeployment1246million•ASMBresciaDTEDTEOncorOncorPowercorPowercorPowercorSCESCESCEEDFPG&EPG&EIncreasingfunctionalityIncreasingopennessAEPAEPSource:IBMAlliantESBESBOtherLargeDeploymentsActivelyUnderConsideration1•SouthernCo•DukeEnergy•FloridaPower&Light•EnergyEast(RG&E&NYSEG)•OklahomaGas&Electric•ConsumersEnergy•CenterPointEnergy•AlleghenyPower•PSEG•HawaiiElectric•AEMMilano•CollectivelyinUK•CollectivelyinNSW•CollectivelyinNewZealand•Austria•LahoreElectric(Pakistan)•ELRONet(Denmark)•Meralco(Philippines)•SingaporePower•Andothers…1Evidencedbypilots,regulatoryfilings,and/orgovernmentconsultationsOntarioOntarioOntarioACEAACEAACEABGEBGESPAusnet/AlintaSPAusnet/AlintaSPAusnet/AlintaTorinoTorinoVattenfallVattenfallPortlandPortland•ENMAX•Startofsmallerproject•FortisAlberta•SaltRiverProjectInclusioncriteria:Fixed-network,advancedmeteringdeploymentsofover500,000electricmetersthatarecomplete,ongoing,publiclydeclaredorcentrallymandated.•SydEnergi•BangorHydro•Unitil•AustinEnergyAMI全球项目AMI在北美AMI成本电表／通讯模块,$80电表安装,$10WAN,$5数据集成和存储,$15管理和其它费用,$13全部,$123$0$20$40$60$80$100$120$140来源：Capgemini法国捷凯公司成本（每表）AMI20年全部拥有成本包括智能电表，双向通讯，遥控开关，用户户内网络平均收益平均收益:$2.16/表/月;收益范围:$1.17