智能用电小区关键技术及工程案例 何建军 主编 2012年版.pdf

书 书 书智能用电小区关键技术及工 程 案 例主 编 何建军 副主编 徐瑞林 陈 涛 徐 鑫中国电力出版社内 容 提 要智能用电小区建设的目的是为了提高电网智能化水平，提升用电服务质量。编写本书，旨在让人们了解智能用电小区的概念以及相关技术，更好地理解与支持智能用电小区的建设。全书共8章，内容主要包括智能电网与智能用电小区概况、智能用电小区的关键技术基础，高级量测技术与体系、智能用电小区通信系统、双向互动服务系统、电动汽车充放电控制与管理系统、小区配电自动化系统以及智能用电小区工程案例。本书通俗易懂、图文并茂、内容全面、资料翔实，可作为从事智能电网与智能用电小区研究与建设的技术人员和相关专业学生的参考用书，也可作为了解智能用电小区知识的普及读物。图书在版编目（C I P）数据 智能用电小区关键技术及工程案例/何建军主编.北京：中国电力出版社，2011.9 I SB N978-7-5123-2149-6 .智 .何.用电管理-智能技术.T M 92 中国版本图书馆C I P数据核字（2011）第197439号中国电力出版社出版、发行（北京市东城区北京站西街19号 100005 ht t p：/w w w.c e pp.s g c c.c o m.c n）北京市同江印刷厂印刷各地新华书店经售*2012年1月第一版 2012年1月北京第一次印刷710毫米 980毫米 16开本 14.5印张 194千字印数00013000册 定价30.00元敬 告 读 者本书封面贴有防伪标签，加热后中心图案消失本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版 权 专 有 翻 印 必 究随着全球资源与环境问题的日益突出，新能源的开发与全球范围内的节能减排面临着新的挑战。依靠现代通信、信息、计算机、微电子和电力电子技术，提高现有电网的智能化水平，建设智能电网是电力工业积极应对未来资源与环境问题的必然选择。随着2009年哥本哈根气候变化会议的召开，“低碳经济”与“智能电网”成为热点问题，世界各国也出台了相关政策，智能电网的建设也在全球范围内拉开了帷幕。2009年5月在北京召开的“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司正式发布了“坚强智能电网”发展战略。2009年8月，国家电网公司启动了智能化规划编制、标准体系研究与制定、研究检测中心建设、重大专项研究和试点工程等一系列工作。同时，国家电网公司也开展了智能电网的试点建设，首批智能用电小区的智能建设也开始启动，在北京、重庆、上海、河北廊坊首先进行智能用电小区试点建设工程。智能用电小区试点工程是国家电网公司为了研究智能电网先进技术如何应用于居住区，提高人民的生活水平，以及探索智能用电小区建设模式，提高电网智能化水平，提升用电服务质量而进行的一项尝试，为在全国范围内实现“友好互动、清洁环保、安全可靠”为特征的智能用电小区奠定基础。随着首批智能用电小区示范工程逐渐投入运行，人们也越来越深入地了解智能电网与智能用电小区，体验到智能电网给人们生活带来的便捷以及对生活质量的提高。重庆市智能用电小区示范工程于2010年6月竣工，涉及住户1334户。为了让社会公众更好地了解智能用电小区，让专业技术人员更多地了解智能用电小区的相关技术，本书以通俗易懂的语言、图文并茂的方式介绍了智能用电小区的有关概念与相关技术，系统地介绍了智能用电小区发展以及不同时期智能用电小区的含义，介绍了智能用电小区建设中涉及的各种技术，包括通信技术、高级量测技术体系、配电自动化、双向互动服务系统、电动汽车充电设施管理系统等，最后对重庆市智能用电小区示范工程的建设情况进行了介绍。我们衷心希望通过本书，能让更多关心智能电网与智能用电小区发展的人士了解智能用电小区建设的意义与相关技术，共同为智能用电小区的推广作出贡献，推进智能电网的建设，共同创造中国电力工业灿烂的明天。编 者2011年9月前言第1章 智能电网与智能用电小区概况11.1 智能电网的概念与机遇21.1.1 智能电网的特征21.1.2 各国智能电网41.1.3 发展智能电网的意义及智能电网带来的机遇111.2 智能用电小区概况151.2.1 智能用电小区的提出151.2.2 智能用电小区的内涵与特点181.2.3 智能用电小区的发展动态201.2.4 智能用电小区的建设情况211.3 智能用电小区与智能电网251.3.1 智能用电小区的新内涵和功能251.3.2 智能电网下的智能用电小区关键技术251.3.3 智能电网与智能用电小区的效益28第2章 智能用电小区关键技术基础302.1 传感与测量技术302.1.1 智能仪表312.1.2 电网设备的在线监测452.1.3 广域测量系统（WA M S）452.2 通信技术472.2.1 光纤通信技术4812.2.2 电力线通信技术552.2.3 局域网技术582.2.4 短距离无线通信技术652.2.5 接入网技术702.3 智能控制技术732.3.1 高级控制技术进展742.3.2 高级控制技术发展方向772.4 智能用电小区系统构成782.4.1 系统功能需求782.4.2 系统整体结构79第3章 高级量测技术与体系813.1 高级量测体系（A M I）的基本概念813.1.1 A M I的概念813.1.2 A M I的应用价值833.1.3 A M I的需求准则853.2 高级量测体系结构863.2.1 A M I的技术需求863.2.2 A M I的体系结构923.2.3 A M I主要支撑技术953.3 高级量测技术现状1013.3.1 国外发展现状1013.3.2 国内发展现状1013.3.3 我国发展A M I的展望102第4章 智能用电小区通信系统1044.1 通信系统需求1044.1.1 通信系统基本需求10424.1.2 智能用电小区对通信系统的要求1074.2 通信系统网络架构1094.2.1 功能架构1094.2.2 系统架构1124.3 通信系统关键技术1144.3.1 光纤复合低压电缆1144.3.2 以太网方式的无源光网络1154.3.3 电力线通信技术1194.3.4 R S-485总线技术1224.4 通信系统信息安全1234.4.1 信息安全基础1234.4.2 智能用电小区中的通信系统信息安全1304.5 通信应用的实现1314.5.1 用电信息采集1314.5.2 智能家居1354.5.3 三网融合1354.5.4 电动汽车充电桩1364.5.5 物业管理系统1374.5.6 配电自动化1374.5.7 智能用电服务互动平台138第5章 双向互动服务系统1395.1 双向互动服务系统建设的必要性139 5.1.1 电力机制改革的引入139 5.1.2 95598互动服务系统建设的必要性140 5.1.3 95598互动服务系统的建设现状1415.2 传统互动系统功能需求1423 5.2.1 系统建设意义142 5.2.2 系统建设目标143 5.2.3 系统功能需求1455.3 智能用电小区95598网上互动服务系统146 5.3.1 智能家电管理业务147 5.3.2 智能用电小区客户互动业务150 5.3.3 智能用电服务互动系统构成150第6章 电动汽车充放电控制与管理系统1526.1 充放电技术153 6.1.1 电动汽车充电装置153 6.1.2 电动汽车充电方式154 6.1.3 电动汽车充电技术的发展展望1576.2 充放电管理系统157 6.2.1 硬件方案159 6.2.2 软件方案1636.3 充放电管理模式对电网的影响166 6.3.1 充电设施对配电网电能质量的影响166 6.3.2 充电机谐波分析理论168 6.3.3 电能质量改善方法171第7章 小区配电自动化系统1757.1 配电自动化功能需求175 7.1.1 配电自动化发展概况175 7.1.2 配电自动化功能需求1777.2 关键技术分析179 7.2.1 SC A D A系统179 7.2.2 配电自动化终端1814 7.2.3 配电自动化通信技术184 7.2.4 配电自动化通信规约188 7.2.5 高级配电自动化1897.3 智能用电小区配电自动化关键技术实施190 7.3.1 智能用电小区配电自动化功能需求190 7.3.2 智能用电小区配电自动化系统实施191第8章 智能用电小区工程案例1928.1 富抱泉小区与加新沁园小区示范工程概况1928.2 总体方案1958.3 主要功能1958.4 系统结构1978.5 详细技术方案198附录 中英文术语对照217参考文献2215书 书 书智能电网与智能用电小区概况在现代电网的发展过程中，各国结合其电力工业发展的具体情况，通过不同领域的研究和实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映出各国对未来电网发展模式的不同理解。2003年的美加大停电引起了世界各国对电力工业发展的新思考，如何提高大电网的安全稳定性、提高电网的稳定监控和决策水平，使电网具有自愈（Se l f H e a l i ng，SH）能力，并优化电能资源配置成为目前电力行业的研究重点。与此同时，现代通信、信息、计算机、微电子和电力电子技术的迅速发展及其在电网中的应用，为电网自动化提供了有力工具。在这内、外两方面因素的推动下，新型智能电网（Sm a r t G r i d）概念被提出，并迅速得到广泛的关注，建设与发展智能电网已在世界范围内达成共识。早在20世纪末，美国电力科学研究院（E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI ns t i t ut e，E P R I）就提出了针对灾变防御的自愈电网概念。在美国国防部的支持下，美国电力科学研究院在1999 2003年开发了电力基础设施战略防护系统，成为自愈电网的前期工作；2003 2004年，美国电力科学研究院完成了综合能源及通信体系结构（I nt e g r a t e d E ne r g ya ndC o m m uni c a t i o ns Sy s t e mA r c hi t e c t ur e，I E CSA）的开发，并随后拓展成为智能电网体系结构（I nt e l l i G r i d A r c hi t e c t ur e），可认为是智能电网的前期工作和基础。2003年，美国能源部（D e pa r t m e nt o f E ne r g y，D O E）发布了G r i d2030计划，即通过采用先进的材料技术、超导技术、电力电子技术，充分研究广域测量技术、实时仿真技术、存储技术、可再生能源发电技术、1控制技术，以构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微电网等多层次的电力网络，争取到2030年建成完全自动化、高效能、低投资、安全可靠和能够灵活应变的输配电系统，以保障大电网的安全性和稳定性，提高供电质量与可靠性。2005年，欧洲成立“智能电网技术论坛”，将智能电网的建设与发展上升到战略地位。2006年，欧洲“智能电网技术论坛”推出了欧洲智能电网技术框架，提出智能电网技术是保证欧洲电网电能质量的一个关键技术和发展方向。我国明确提出智能电网的概念虽然较晚，但之前在相关技术领域展开了大量的研究和实践。1999年，我国就已经提出“数字电力系统”的概念，2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，计划建成具有自愈能力的智能电网，这些都为我国今后的智能电网建设与发展、并取得世界领先性成果奠定了基础。1.1 智能电网的概念与机遇智能电网是当今世界能源产业发展变革的最新动向，代表着电网未来发展的方向。建设智能坚强电网已经得到世界范围内的认可与重视。但是由于各国国情和发展状况的不同，对智能电网的概念和特征的认识也不完全一致，到目前为止，世界范围内尚无对智能电网的统一定义。例如，美国在未来一段时间内智能电网的建设主要围绕配电网的智能化开展，欧洲是以新能源发电与节能减排为基础，推广相关电网建设。而我国则是在特高压骨干网的基础上，全面推广电网的智能化进展，提高电网的智能化水