为什么新电力离不开数字化？

利用传感器、物联网、大数据、人工智能等技术，结合数字孪生技术，实现对电网的全面监测和管理。收集实时数据帮助分析电网中的各种变量：电压、电流、温度、功率等，将及时发现潜在问题并采取措施。

主要应用包括：

当数字孪生电网检测到电网某个部件的电流过大时，它可以发出警报并建议进行检修或更换。模拟电网的运行状态，及时发现故障并进行诊断。

收集大量的电网数据，从而预测未来的负荷需求，当数字孪生电网发现某个电站的发电效率较低时，可以自主调整发电机的参数以优化发电效率。数字孪生电网可以模拟电网的运行状态，并通过人工智能技术对其进行优化和控制。

如上图所示，多维度、实时的、动态呈现虚拟电厂接入的各类负荷资源（如小水电、太阳能发电机组、路灯照明系统、商业楼宇空调、工业企业用能设备、5G 基站、岸电资源等）运行实时状态与技术参数变化趋势；展示虚拟电厂运营调度过程以及评估指标信息展示虚拟电厂各类负荷资源技术参数变化趋势，以可视化技术全面支撑虚拟电厂经营决策。

建立一个数字孪生模型——虚拟电厂，模拟真实电网的运行状态和行为。在电网中部署传感器和监测设备，如智能计量表、电流传感器、温度传感器等。将收集到的数据需要进行分析和处理，实现智能控制和优化。再利用数字孪生模型和实时数据，建立智能控制系统，实现电网的负载预测和优化的智能控制。

虚拟电厂接入的负荷资源中包括充电站充电系统，此页面通过数据采集，实时的、动态的展示充电系统状态监测，包括设备当日充电放电量，设备功率以及各设备在线状态信息。其中调控电量信息图可展示计划目标调控电量以及实际调控电量。通过实时计算电量偏差率，业务人员可直观查看虚拟电厂调控电量业务内容，做到实时性，直观性，便捷性。

负控执行业务部分内容主要记录各年份负荷调控执行记录，通过高效，流畅，简洁，美观的设计页面来展示。全面掌握负荷控制执行情况，包括负荷实时监测、负荷压降结果分析等。负荷实时监测是指在负荷控制执行过程中，总部对各网省的实际负荷曲线、基准负荷曲线、目标负荷曲线、控制命令执行情况进行监测。

数字孪生智慧变电站的出现改变着传统变电站运维模式，实现变电站智能化、绿色化的转变，加快构建“无人值守+集中管控”的变电运维新模式的转型升级，亦推进了智慧电网的发展。

今天将Hightopo轻量化的 3D 可视化场景，建立动态的数字化变电站模型，数字孪生变电站可视化系统。多维度呈现变电站运维场景，实现变电站运行状态实时监测，运维设备、控制系统和信息系统的互联互通。加强变电站设备的全状态感知力与控制力，增强变电站安全生产保障能力，提高运检精益管理水平。

通过 3D 可视化技术，展示电压互感器和电流互感器供电的全部回路走向，结合科技感元素模拟电流流动效果，实现对一次设备（变压器、断路器、隔离开关等直接用于生产和使用电能的设备）运行工况的监视、测量、控制及调节等。

通过三维虚拟仿真的变压器组装动画，介绍变压器设备的工作原理以及装配过程，直观展示变压器主要部件的构成及安装位置，配以文字说明介绍其主要特性，逼真且具有科技感带入。由 HT 自主研发的这套 3D 可视化系统，可作为变压器现场安装及维护工作的仿真培训资料，高效而又灵便的实现新员工的变压器工作原理教学。

数字孪生正在运行的火力发电厂，搭建数字化运营平台，对发电厂进行工厂式精细化的数字化管理，提升企业对整个发电厂业务进行数字化管理能力。

基于 UWB 定位基站或其他定位硬件基础，在三维场景中实现厂内员工实时定位可视化功能。在集控中心部署可视化管理系统，管理人员可以实时监控厂区在岗人员的位置，通过场景交互可以直观地查看员工信息、、行动轨迹等数据。

可视化搭建火力发电厂复杂环境下无死角全覆盖可视化场景，深度开发应用智能发电控制技术，提升发电企业智慧管控、智能运行、智能安全监控、智能分析与远程诊断等综合能力，构建面向未来的智慧燃煤发电创新管理运营模式。

厂区三维场景中，在室内和室外设置了视频监控点位，以明显的图标展示其位置。本案例采用的是支持识别人员行为的监控设备，可对安全帽穿戴、工作服着装、接打电话等违规行为进行捕捉与告警，并记录在摄像头报警记录中。存在报警信息的监控点位会出现明显的告警效果，支持管理者及时实时监控影像以及抓拍记录。集成各类子系统的设备告警信息，在可视化系统中展示所有的告警信息。

在新型电力系统下，电网运行逐渐呈现智能化、数字化的特点。发展“源网荷储一体化”运行急需“云大物移智链边”其中的云计算、大数据、电力物联网、边缘计算等技术手段，让电网系统配备拥有海量数据处理分析、高度智能化决策等能力的云端解决方案。从而实现各类能源资源整合、打通能源多环节间的壁垒，让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。

将 Web 智慧“双碳”微电网场景进行数字孪生，有效实现源网荷储一体化管控。整体场景采用了轻量化建模的方式，重点围绕智慧园区电网联通中的源、网、荷、储四方面的设备和建筑进行建模还原，为用户带来“赛博朋克”的视觉体验。采用轻量化重新建模的方式，设计师就有“设计”的发挥空间，展现更多美学创意。支持 360 度观察虚拟园区内源网荷储每个环节的动态数据。

通过完整复现的园区能量系统，实现分布式光伏发电系统、储能系统、太阳能+空气源热泵热水系统的综合管控。通过智慧能源管理系统，实现建筑能效管理、综合节能管理和“源网荷储”协同运行。

在市场需求、技术创新与公共政策的协同推动下，我国数字经济发展规模将进一步扩大。智慧电网目的是建立完善的兼容系统、利用科技手段进行记录，不仅可以提高现场运行效率，有效减少电力系统的负面安全影响和经济损失，还可以为电网的智能化做好积极准备。实现设备连续性数据统计，揭示数据规律的变化，深入挖掘数据，科学准确地安排运营工作。

智慧电网可以推进变电中央控制站建设，可以加快构建“无人值守集中监控”的变电维新模式的转换升级，大大提高设备监控强度、运行维护的精细度和生产信息化程度，能够彻底解决电网运维质量较低和人员数量不足等问题。

Hightopo 智慧电网数据可视化 —— 采用人工手动摆放变电站点位的方式，呈现出福建省中 500kV 超高压变电站在三维电网地图上的位置，同时绘制出具有动态流动效果的输电网，生动形象的展示出输电网的运作状态。

上图为 Hightopo 的三维数据可视化智慧变电系统，主要采用轻量化三维建模技术，根据变电站现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料进行还原外观建模，通过 HT 实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各设备可以响应交互事件。

HT 的 3D 可视化系统将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，搭建变电站全场景的呈现，通过智能数据分析，人工智能巡检、实时监控告警等功能的结合，使运维人员更高效的集中监控管理，达到降本增效的目的。

未来电力系统必将完成由功能导向向价值导向的转变，其核心在于全面贯通发电、输电、配电、用电各环节的业务流程，整合电、热、冷、气等各领域的能源需求，构建开放、多元、互动、高效的能源服务平台，支撑绿色、低碳、可持续的社会用能体系。

物联网的本质还是互联网，只不过终端不再是计算机（PC、服务器），而是嵌入式计算机系统及其配套的传感器。为人类服务的计算机呈现出各种形态，如穿戴设备、环境监控设备、虚拟现实设备等等。只要有硬件或产品连上网，发生数据交互，就叫物联网。

物联网就业机会非常多，因为物联网技术应用非常广泛，例如：1、智能家居；智能家居是利用先进的计算机技术，物联网技术，通讯技术，将与家具生活的各种子系统有机的结合起来，通过统筹管理，让家具生活更舒适，方便，有效，与安全。2、智能交通3、智能医疗4、智能电网；智能电网是在传统电网的基础上构建起来的集传感、通信、计算、决策与控制为一体的综合数物复合系统，通过获取电网各层节点资源和设备的运行状态，进行分层次的控制管理和电力调配，实现能量流、信息流和业务流的高度一体化，提高电力系统运行稳定性，以达到最大限度地提高设备效利用率，提高安全可靠性，节能减排，提高用户供电质量，提高可再生能源的利用效率。

经国网多年的合作开发，宽带（中频）电力线载波通信技术规模化应用的时机终于来临！
中国现代电网量测技术平台

张春晖
2018年6月21日
1）IEEE19011国际标准
网上报道:中国电科院发布”IEEE19011国际标准”
— 2018年5月22日，由中国电科院、国网信通产业集团等企业联合制订的IEEE19011《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准》正式发布实施。
—该标准是以国网Q/GDW 11612 《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》为基础，大量使用创新技术，提出以OFDM、双二元Turbo编码、时频分集拷贝为核心的物理层通信技术规范，以及以信道时序优化、树形组网、多台区网络协调为代表的数据链路层技术规范。
该标准的发布，填补了中频电力线载波通信应用在智能电网领域国际标准的空白，提升我国在物联网领域的国际影响力和话语权。
— IEEE19011标准通过构建高带宽、高可靠、低时延、低成本的电力线通信网络，支持远程自动抄表、配电台区监测等多种应用场景，实现以电力线载波通信为基础的物联网技术在能源互联网中的有效应用。
该标准将促进电力线载波通信芯片、通信模组、智能终端全产业的发展。
2）国网，宽带（中频）电力线载波通信技术合作开发进程
国网为何重视宽带（中频）电力线载波通信技术的开发
国网的用电信息采集系统建设，从2010年开始，2017年基本完成，用电信息采集43亿户，覆盖率99%，用于用电信息采集设备及用户工程投资巨额，约510亿元。其中，70%的本地通信方式采用窄带（低速）电力线载波通信技术。经过多年的运行，窄带（低速）载波通信方式的通信速率慢，自动采集成功率低，有的居民小区的单相电表，24h都抄不到表，成为本地通信的技术瓶颈，一时难以解决。由此，国网利用配电网户户通电电力线的资源优势，将宽带（中频）电力线载波通信实用化应用，列为通信新技术重点开发课题。
根据中国电科院专家提出的配电、用电管理通信流量的预测:宽带（中频）载波通信速率需满足下列用电信息采集的要求:
· AMR/AMI的通信速率:12/20 k bps

·负荷管理10 k bps

·扩大到配电业务，配电自动化、报警管理、DG均为10 k bps；

·配电视频监控要求1 M bps；配电新提出的其它视频通信要求。
— 2012年7月，国网”新一代智能电力线载波通信关键技术研究”项目启动。该智能PLC是具有跨频带（150 k Hz---10 M Hz）、频率自认知、自适应、自组网、协调通信功能的载波通信技术。
该项目由中国电科院牵头，国网通信公司、南瑞集团参与。
2014年11月，该项目通过验收。其智能PLC系统在绍兴、长春电网的中、低压电力线路上开展了实际测试与验证。
— 2014年7月，在本文作者组织召开的《进口高端电能全性能研究》课题（长沙:威胜）技术交流会议上，华为海思公司介绍了自主设计的Hi3911型宽带（中频）载波芯片，频段:2---12MHz,通信速率200k---14M bps。
由此估计:华为海思公司的中频载波芯片推出时间还要更喜欢早一点。
— 2014年10月，国网召开低压电力线宽带载波通信技术标准研讨会，提出宽带载波通信单元技术规范、检验规范、通信协议（初稿）。
— 2014年11月，在本文作者组织召开的电力线载波通信新标准、新产品（青岛:东软）技术交流会议上，重点交流国际/国内宽带与OFDM窄带载波通信新技术。
— 2015年，据了解，华为海思公司将（中频载波芯片）物理层及通信协议在国网宽带载波通信技术企业标准中进行共享。各宽带载波芯片厂家在芯片物理层统一的前提下，自主开发宽带载波产品。
— 2016年，在本文作者组织召开的当前电表行业发展热点问题（重庆华立）讨论会上，重庆市电科院介绍了在大型公变台区（约700户）进行现场宽带载波通信互联互通测试结果。
— 2017年，江苏省电科院完成宽带载波模块互联互通测试，验证宽带载波模块在架空线路、预埋电缆、城市及农村等现场复杂运行工况下的互联互通情况。
— 2017年，重庆邮电大学、重庆市电科院《基于System Generator的宽带电力线脉冲噪声实现方法》提出:实现基于FPGA的Class A 噪声发生器，将有利于宽带PLC产品抗噪声性能评估测试。
— 2017年，国网发布:《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范（Q/GDW 11612---2016）》
据了解，该标准分为6个部分:
第1部分:总则

第2部分:技术要求

第3部分:检验方法

第4部分:物理层及通信协议

第5部分:链路层及通信协议

第6部分:应用层技术要求
— 2018年5月，中国电科院发布:《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准（IEEE19011）》
3）青岛东软公司:推出符合IEEE19011国际标准的宽带（中频）载波通信芯片，并获得国际通行证
网上报道:”IEEE发布载波新标准，东软载波芯片获国际通行证”
—东软推出新的载波（中频）芯片的型号:

Eastsoft SSC1667。现在，已有至少100万颗芯片在网使用，并不断深化应用，拥有超级电容停电上报台区自动识别等功能。
—东软SSC1667型宽带（中频）载波通信芯片的设计性能
· 40nm Flash工艺，SOC芯片集成度高，Flash内置，外围成本低

· OFDM正交频分复用调制技术

·通信速率6MHz

·通信频带07MHz---12MHz

·功耗更低:静态功耗07W/动态1W

·支持新的/老的国网宽带互联互通标准，支持频段切换功能

· 4频段、6种模式，具体支持的标准和频段:（略）。
4）点评
—我国在电力线载波通信技术国际标准制订方面实现零的突破
在国际上，由中国电科院等单位联合制订的《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准（IEEE19011）》，填补了中频电力线载波通信应用在智能电网领域国际标准的空白。
经查证:
·国际上，宽带（高频:2MHz及以上）电力线载波通信标准的制订:先期研究的重点领域是智能家居网络，后来面向家庭数字多媒体、视频、音频、数据、能源智能化控制等通信的需求。这方面，Home Plug（家居即插）联盟提出的宽带电力线载波通信技术标准较早、面广，其中的部分宽带载波通信标准，已经转换成IEEE国际标准:
从2001年的Home Plug 10标准，数据速率最高达14M bps，主要定位于家庭网络应用，也有用于低压宽带接入；2004年的Home Plug 10 ---Turbo标准，提升数据速率，最高数据速率85M bps，；2005年的Home Plug AV标准，频段:18---25MHz,最高数据速率200M bps,用于传输视频、音频、数据；2006年的Home Plug Green PHY标准，是为家庭和建筑物中嵌入式智慧能源和自动化应用而设计，它与IEEE1901/Home Plug AV标准的电力线网络协议互 *** 作，并具有将数据速率由200M bps降低为低速率（注:10M bps）、低功耗（注:功耗降低80%）、低成本和宽广家庭覆盖能力等特性。
·国际上的窄带（低频:500kHz及以下）OFDM电力线载波通信标准的制订:
2009年，MAXIM公司发布G3标准
2011年，PRIME联盟成立，发布G3---PLC标准；ITU（国际电信联盟）的G9955兼容G3---PLC物理层；IEEE P 19012兼容G3---PLC物理层
2012年，G3---PLC更新，由ITUG9903发布；10月发布更新版本
2013年，ITUG9903发布更新版本；IEEE19012投票通过成为正式版本
2014年，ITU G9903发布再更新版本。
这些窄带通信标准，使用OFDM的低频窄带载波通信技术，以较高的传输速率及频段具有d性等优势而快速兴起，主要用于自动抄表管理、智能家居网络，频段:10k---500k Hz ，数据传输速率20k---150k bps。
·以上情况说明:
a1 国际上，长期以来，适用于智能电网用电信息采集的中频（150k---12MHz）电力线载波通信方式，一直未推出国际标准。
a2 国内，自2009年国网提出开展电力用户用电信息采集系统建设之后，对适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术进行多方位的合作研究。
IEEE19011国际标准的提出，是基于国内通过几年的宽带（中频）电力线载波通信的中频载波芯片开发、现场宽带载波通信干扰性能测试、宽带载波通信互联互联讨论、宽带载波通信标准制订等多方位的合作创新、系统研究成果。
—从应用的视角，中频（低于12MHz）电力线载波通信有哪些技术难点与争议
国际上，迟迟未能推出适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信国际标准，估计主要有应用技术难点与争议。
经综合2014年青岛电力线载波通信新标准/新产品技术交流会议、2016年重庆电表行业发展热点问题讨论会议的情况，本文作者提出中频电力线载波通信应用技术开发的3个难点与争议问题:
其一，中频电力线载波通信双向高频干扰。网上报道:2013年6月，ITU---R（国际电信联盟无线电通信部门）发布《电力线通信系统对工作在80MHz以下的无线电通信系统的影响（ITU---R SM2158---3报告）》，对电力线载波通信方式提出质疑。
注:SM系列，频谱管理。
（说明:目前尚未看到国内有关部门对ITU--R SM2158---3报告的评论）
其二，配网预埋电缆、无功补偿装置对中频电力线载波通信影响的严重程度与改进措施的合理性评估。经现场实测，有时将集中器布置在

无功补偿装置之前（电源侧），自动抄表成功率极低甚至抄不到表。
其三，宽带载波通信互联互通问题。据了解，在国内，各宽带载波芯片厂家的中频载波芯片物理层及通信协议已经统一，网络的路径选择和中继功能还是各不相同，在现场实际的组网和抄表时，互联互通的效果并不理想。
针对以上难点与争议问题，据了解，国网计量部门统一组织了现场测试分析，提出一些改进措施。但是从期刊、网上很少见到这方面的报道。
这次，IEEE19011国际标准提出中频（低于12MHz）电力线载波通信网络的物理层、数据链路层技术规范，其大量使用的创新技术，提高了通信信号（位、帧）的收发质量和数据传输性能。据了解，随后国内有意向继续合作开发中频载波通信网络的网络层及其它层级的技术规范，期望在组网技术、路由算法、数据传输、互联互通等深层次通信技术进行开发统一，实现大幅度提升用电信息采集速率、自动采集成功率，化解中频载波通信质量引发的应用难题。
同时，本文作者提出尚需合作研究制订另一个重要标准:中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范。该技术规范制订的建议，在本文第5）部分叙述。
中频电力线载波通信的高质量，只有从中频载波通信网络技术性能开发与信道监测管理两个方面措施相结合，才能较好地化解中频电力线载波通信应用的3个难题。
—载波模块价位。与窄带（低速）载波模块相比，目前的中频载波模块价位还高，将影响其大规模推广应用。但是，可以预期，随着中频载波模块应用量不断增长，其价位可以降到合理水准。
—拓展载波模块更新资金渠道
2010---2017年，国网用电信息采集设备的招标量:集中器约464万台，采集器约5115万台。如集中器、采集器的窄带载波模块70%，更新为中频载波模块，按目前的中频载波模块价位估计，集中器的新模块投资65亿元，采集器的新模块投资25亿元，单相载波表的新模块（按国网供电服务区457亿户的15%估算）投资34亿元。以上3项合计，国网采用中频载波模块需投资655亿元。按传统电子式电表8年轮换周期，每年需载波模块更新资金82亿元。
2017年底，国网用电信息采集系统建设基本完成。现在要申请进行用电信息采集载波模块的更新资金，化解本地通信技术瓶颈，这条资金渠道是否可以走通，还难以预料。国网，当前投资的重点还是特高压工程与推进配电网智能化建设。
目前，居民用电低压电网的主动故障报警与抢修，电能质量监测与控制，配电网与用户之间实用互动功能开发，是国网推进智能配电网建设的短板。由此，通过各级电网配电管理部门提出要求:拓展用电信息采集系统配电用新功能，申请中频载波模块购置资金，则是另一条合理渠道。
5）国内，中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范制订的建议
国际上，EN50065:《3kHz至1485kHz频段的低压电气装置上的信号传输》:
第1部分: 一般要求、频带和电磁骚扰
第2---1部分: 95kHz至1485kHz频段用于住宅、商业和轻工业环境下工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第2---2部分: 95kHz至1485kHz频段用于工业环境下工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第2---3部分: 3kHz至95kHz频段用于电力提供商和分销商工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第4---1部分: 低压去藕滤波器 --- 通用规范
第4---2部分: 低压去藕滤波器 --- 安全要求
第4---3部分: 低压去藕滤波器 --- 输入滤波器
第4---4部分: 低压去藕滤波器 --- 阻抗滤波器
第4---5部分: 低压去藕滤波器 --- 分段滤波器
第4---6部分:低压去藕滤波器 --- 相位藕合器
第7部分: 设备阻抗
国内:中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范的制订，可参考EN60065系列标准，结合中频电力线载波通信的特征，需要涵盖中频频带和双向电磁骚扰限值；中频载波信号衰减及信噪比测量，集中器选址勘测；双向高频干扰监测；

各类应用环境的抗传导、幅射干扰要求；预埋电缆、无功补偿设备对中频载波通信影响测试及处理方案；同频干扰测试及改进方法；各类去藕滤波器；设备阻抗；双向通信与网关技术规范；其它要求。

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