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1 ITU-R SM 号报告 (08/2016) 智能电网公用事业管理系统 SM 系列 频谱管理

2 ii ITU-R SM 号报告 前言 无线电通信部门的作用是确保所无线电通信业务, 包括卫星业务, 合理 公平 效和经济地使用无线电频谱, 并开展没频率范围限制的研究, 在此基础上通过建议书 无线电通信部门制定规章制度和政策的职能由世界和区域无线电通信大会以及无线电通信全会完成, 并得到各研究组的支持 知识产权政策 (IPR) ITU-R 的知识产权政策在 ITU-R 第 1 号决议附件 1 引用的 ITU-T/ITU-R/ISO/IEC 共同专利政策 中做了说明 专利持者提交专利和许可声明所需表格可从 获得, 该网址也提供了 ITU-T/ITU-R/ISO/IEC 共同专利政策实施指南 以及 ITU-R 专利信息数据库 ITU-R 系列报告 ( 也可在以下网址获得 : 系列 标题 BO 卫星传输 BR 用于制作 存档和播放的记录 : 用于电视的胶片 BS 广播业务 ( 声音 ) BT 广播业务 ( 电视 ) F 固定业务 M 移动 无线电测定 业余无线电以及相关卫星业务 P 无线电波传播 RA 射电天文 RS 遥感系统 S 卫星固定业务 SA 空间应用和气象 SF 卫星固定和固定业务系统之间频率共用和协调 SM 频谱管理 注 : 本 ITU-R 报告英文版已由研究组按 ITU-R 第 1 号决议规定的程序批准 电子出版物 2017 年, 日内瓦 国际电联 2017 版权所 未经国际电联书面许可, 不得以任何手段翻印本出版物的任何部分

3 ITU-R SM 号报告 1 ITU-R SM 号报告 智能电网公用事业管理系统 (2015 年 ) 目录 页码 1 引言 智能电网通信和功能特性 智能电网通信网络技术 国际电联和标准制定组织的作用 国际电联的内部协调 智能电网的目标和优势 通过系统优化降低总体电力需求 整合可再生和配送能源 支持智能计量 提供具适应性的网络 智能电网参考架构概述 电力线和智能电网电信的线标准 经过电力线的智能电网通信 经过线网络的智能电网通信 智能电网电信的无线标准 家域网 WAN/NAN/FAN 对涉及部署用于支持电网管理系统的无线和线技术和设备的无线通信系统, 应考虑哪些干扰因素 用于电网管理系统的线和无线网络的广泛部署对频谱可用性的影响 结论 附件 1 与电网管理系统相关的现行标准示例 A1.1 IEEE 标准... 19

4 2 ITU-R SM 号报告 A1.2 ITU-T 标准 A1.3 3GPP 标准 A1.4 3GPP2 标准 附件 2 北美的智能电网 A2.1 引言 A2.2 智能电网部署的依据 附件 3 欧洲的智能电网 A3.1 引言 A3.2 欧洲在一些成员国中开展的活动 附件 4 巴西的智能电网 A4.1 引言 A4.2 巴西的能源部门 A4.3 巴西的智能电网研究组 A4.4 电信问题 A4.5 技术数据 A4.6 LF 测量 A4.7 结论 附件 5 韩国的智能电网 A5.1 韩国的智能电网路线图 A5.2 技术发展 附件 6 印度尼西亚的智能电网 A6.1 引言 A6.2 智能电网的发展和挑战 附件 7 中国智能电网无线接入技术的研究 A7.1 引言 A7.2 中国智能电网的无线接入技术 A7.3 结论... 50

5 ITU-R SM 号报告 3 1 引言智能电网一词用于从生成和生产来源至消费点的先进的提供系统公用事业服务 ( 电力 煤气和水 ), 并包括所相关的管理和后台系统, 以及综合现代数字信息技术 最终, 智能电网配电基础设施更高的可靠性 安全性和效率, 望降低向用户提供公用事业服务的成本 通信技术已成为许多公用事业公司拓展其智能电网基础设施的基本工具 例如在过去几年间, 监督电力生产 分配和消费的主管部门和国家委员会承诺, 将提高效率 环保 安全性和可靠性作为其努力将电力生产在全球产生的温室气体减少 40% 工作的一部分 1 智能电网系统是这一领域的关键支撑技术 智能电网项目的主要目标是 : 确保安全供给 ; 推动向低碳经济的过渡 ; 维持稳定和可承受的价格 安全通信构成了智能电网的重要组成部分, 并成为部分当今最大和最先进电网部署的后盾 此外, 利用信息技术的叠加效应, 智能电网具预测和自我修复能力, 可自动避免问题的发生 智能电网项目的关键在于对家庭和行业的效的仪表测量, 实现了对消费和与电网控制中心通信的实时监测, 使消费和生产达到平衡, 并以适当的价格水平供电 在国际电联, 智能电网的部署与为广泛网络目的开发的不同线和无线技术紧密相关 2 家庭以外的智能电网服务包括高级测量基础设施(AMI) 自动计量管理 (AMM) 自动抄表系统(AMR) 和配电自动化 在家中, 智能电网应用侧重公用事业提供商 智能电表和电暖气 空调 洗衣机和其他电器等智能家电之间的计量 监测和通信控制 计划内的一项主要应用涉及往来于电动汽车 (EV) 和其他充电站之间的计价和定价通信 家庭的智能电网服务将实现智能家电的颗粒控制 赋予电器装置远程管理能力并使消费者通过显示更多了解情况消费数据和相关费用, 促使他们节约能源 2 智能电网通信和功能特性 智能电网项目计划通过网络管理中心实现从电网源头至各个场所和设备的公用事业配电网络各部分的泛在连接 智能电网将需要与互联网相匹配的巨量双向数据流和复杂连接 欲进一步了解预计流经电力供应网络的通信信息, 见国际电联技术论文 ITU-T G.9960 建议书的应用,ITU-T G.9961 智能电网应用收发信机 : 家庭和电气车辆的先进计量基础设施和能源 1 欧盟委员会智能电网愿景和未来欧洲电网战略 (2006 年欧盟委员会第七次会议 欧盟委员会智能电网愿景报告, 见 2 IEEE802 为智能电网和远程室外连接专门制定的标准

6 4 ITU-R SM 号报告 管理 3 为使国际电联更加重视智能电网项目, 与通过电力线提供连接和为智能电网应用专门设计 PLT 调制解调器相关的工作, 自那时起便与 G.9960 框架内的较一般的家庭网络工作脱钩, 而这项工作目前在 G.9901 G.9902 G.9903 和 G.9904 等 ITU-T G.990x( 前 G.9955) 系列建议书的框架内继续进行 智能电网将提供信息叠加和控制基础设施, 创建综合通信和感应网络 智能电网支撑的配电网络, 能够使公用事业公司和客户同时提高对电力 水和煤气使用的控制 此外, 该网络还能使公共事业公司的配电网络以前所未的效率运行 以下国家 研究机构 委员会 行业和标准制定机构, 确定了智能电网和智能计量的特性与特征 : 4 美国的近期立法 智能电网互操作专门小组 (SGIP) 5 电力研究所 (EPRI) 6 7 美国能源部 (DOE) 推出的现代电网举措 8 欧洲委员会战略研究议程 最近英国关智能计量落实工作的磋商 9 电信行业协会负责智能公用事业网络的 TR51 委员会 年能源独立和安全法 ( 公共法 )( 标题 XIII- 智能电网 ) 5 评估智能电网应用无线标准的 NISTIR7761v2 优先行动计划 2 指导原则 DOE 推出的现代电网举措确定的现代或智能电网见 0.pdf. 8 EUR 未来欧洲电网战略研究议程 (EC 战略研究议程 )2007 年欧盟委员会第 62 次会议 ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/fp7/energy/docs/smartgrids_agenda_en.pdf 9 英国能源和气候变化部举办了关 年智能计量落实工作的磋商 (10D/732 20/7/ /03/2011); 磋商结果见 :

7 ITU-R SM 号报告 5 3 智能电网通信网络技术 智能电网的部署采用不同类型的通信网络 然而, 这类通信网络需要为现和不远的将来的基本和高级智能电网应用提供充足容量 电网是一种商品提供系统, 其中商品 ( 电 ) 的生产至消费周期几乎为零 : 发电 提供和消费 全部 几乎同时发生 新的技术旨在以可持续方式研究解决能源独立性和老化电网现代化问题, 如, 可再生能源 分布式能源资源 (DER) 即插式电动汽车 需求侧管理和响应 存储 消费者参与等 将这类新技术予以纳入将带来平衡发电与需求之间更大的挑战 平衡 最优及时系统 (perfect just-in-time) 的发电与需求要求融入更多的保护和控制技术, 以确保电网稳定性 不仅仅是对目前电网的修修补补, 而是要真正解决设计方面的挑战, 因为发电和载荷在本质上都会变得非常随机 要支持以上技术和应用, 必要确保获得一个现代化的 灵活的 可升级的通信网, 将 监控 和 控制 功能连接在一起 信息通信技术将允许公用工程更加迅速地远程定位 隔离并回复电力中断, 并因此增加电网的稳定性 信息通信技术也将促进将时变可再生能源整合到电网中, 实现对载荷的更好 更动态控制, 并为消费者提供优化其能源消耗的工具 这些目标须以相应标准为坚实基础, 这些标准确保支持智能电网通信的种类繁多的技术和设备是完全具针对性的, 而且相互之间或与使用无线电频率 ( 不干扰无线电通信业务 ) 的其他电信系统和网元不产生冲突 3.1 国际电联和标准制定组织的作用 电信业在智能电网应用中占据着重要地位, 例如宽带接入可用于需求侧管理, 云托管能源服务提供商可通过现的宽带接入技术深入家庭中 此外, 消费电子行业将在新能效标准基础上开发产品, 且这些产品也将支持智能电网应用 智能电网应用的电信 电力和消费电子行业的融合将推动新的产品生态系统 这种融合必须在国际标准制定组织的主持下发生 对这些应用的支持和行业融合将要求制定涵盖窄带通信和宽带通信及其整个电网中从发电到负载的管理的新建议书或改进现的建议书 这些研究将包括从物理层通信问题 通过异类网络传输更高级层协议以及定义智能电网通信架构和要求等 鉴于智能电网应用的多学科性质, 预计将需要在国际电联各部门之间 ( 包括研究组 课题 焦点组 (FG) 联合协调活动 (JCA) 全球战略举措 (GSI)) 并与国际组织 研究机构 行业联盟和其他积极开展智能电网项目的论坛进行高度合作 目前正在在国际电工技术委员会 (IEC) 中进行智能电网标准的全球协调工作, 该委员会已制定了关智能电网活动的战略展望和路线图 11, 包括标准差距和相关建议 ( 书 ) ITU-T 也在与 IEC 开展合作, 在智能电网通信相关方面问题献计献策 现已与 IEC TC 57 WG 20 建立了很好的协作关系, 且将酌情将这种协作关系扩展至 IEC 其他技术委员会和外部组织 如果不能进行相互间工作的很好协调, 就可能出现重复工作并制定出互不兼容且不能互操作的标准的风险 11 见

8 6 ITU-R SM 号报告 3.2 国际电联的内部协调 在 ITU-T 内部, 由若干研究组研究并制定与接入网传送关的建议书 ( 如第 和 17 研究组 ) ITU-T 内部的协调举措以 ITU-T 智能电网焦点组以往收集的综合信息为基础, 该组于 2010 年 2 月的 ITU-T TSAG 会议上成立, 负责向 ITU-T 研究组提供关标准化智能电网活动的通用平台, 并与全球智能电网界 ( 如研究机构 论坛 学术界 政策制定组织和行业集团 ) 开展协作 确定的目标是 : 确定对标准制定的潜在影响 ; 研讨未来 ITU-T 研究项目和相关行动 ; 使 ITU-T 和标准界熟悉新兴的智能电网属性 ; 鼓励 ITU-T 和智能电网界的协作 作为一项进一步举措,TSAG 在其 2012 年 1 月会议上成立了称作 智能电网和家庭网络联合协调活动 (JCA SG&HN) 的专门小组, 负责协调 ITU-T 的内部活动 该专门小组取代了此前的家庭网络 JCA(JCA-HN) JCA SG&HN 的职责范围是协调 ITU-T 内部和外部的智能电网所网络相关方面和相关通信以及家庭网络标准化工作 JCA SG&HN 已于 2013 年 6 月成功结束工作, 自此, 关于 智能电网和家庭网络 的协调工作由 ITU-T 第 15 研究组进行, 该组将是 ITU-T 内部的中心协调机构 此外, 目前 ITU-T 第 15 研究组正在参与以下与智能电网主题相关的举措 : 物联网联合协调活动 (JCA-IoT) 信息通信技术与气候变化联合协调活动 (JCA-ICT&CC) M2M 焦点组 (FG-M2M) 智能交通系统 (ITS) 通信标准协作 ITU-R 的作用是必要时对活动进行监督并干预, 以确保支持智能电网通信的频率使用和射频功率举措不干扰或降低无线电通信业务操作的质量, 同时注意到, 电网与人口分布情况密切相关, 而且也与不受阻碍的无线电通信业务获取需求密不可分 ITU-R 部门就智能电网通信技术开展的并行活动, 归属于 ITU-R 第 1 研究组的 ITU-R 第 236/1 号课题, 即 用于支持电网管理系统的无线和线数据传输技术对无线电通信系统的影响 4 智能电网的目标和优势 4.1 通过系统优化降低总体电力需求现的本地配电系统旨在单向提供能源, 缺少优化能源提供的智能 因此, 能源公用事业公司必须扩大产电能力, 以满足峰值能源需求, 尽管这类峰值每年只出现几天的时间, 而平均需求远低于这一水平 这实际上意味着在需求可能高于平均值的这几天当中, 公用事业公司可能需要重启只偶尔使用但效率较低且更为昂贵的发电机

9 ITU-R SM 号报告 7 欧盟 美国国会 12 国际能源主管部门 13 和许多研究机构及公用事业公司都认为, 智能电网是提高电力消费可靠性并降低其环境影响的基本技术 据 EPRI 估计, 智能电网支持的电力配送可降低 5% 至 10% 的电耗, 以及 13% 至 25% 的二氧化碳排放 整合可再生和配送能源智能电网连接和通信可以解决自产电能的处理问题 随着能源成本以及环境灵敏度的持续提高, 越来越多的个人和公司主动承担起了利用风能或太阳能等可再生能源产电自给的责任 但要想将分散的可再生能源接入电网往往很难 昂贵甚至不可能 此外, 即使将可再生能源回馈给电网, 全球的配电网络也无法预测或应对这一电力回流 与净计量相关的技术将助于分散的可再生能源在电网中的整合 分散能源生成和分配是智能电网支持的新的功能之一 智能电网通过向控制中心传送能源需求量以及自产能源输入量的信息, 提出解决方案 在满足需求时考虑到附加的能源输入, 可以平衡主要产能 由于智能电网能够实时地实现这一目标, 公共事业公司可以避免再生能源不可预测性带来的问题 能源和环境经济学公司 (E3) 和 EPRI 解决方案公司最近起草的加利福尼亚能源委员会关于配电自动化价值的报告指出, 可实时管理的分布式电力存储 ( 如电池或插入式车辆 ) 的价值, 可比未连接智能电网的资产高近 90% 支持智能计量智能计量是电网管理系统的应用之一, 其功能包括 : 高级计量基础设施 (AMI), 自动仪表管理 (AMM), 以及 自动仪表读取 (AMR) 以下是世界上用于无线电网管理系统的频率示范清单 12 例如, 美国的联邦立法 2007 年能源独立和安全法 ( 公共法 ) 制定了美国会通过智能电网系统部署使电网现代化的政策, 并要求联邦和州政府以及监管机构采取支持智能电网部署的具体行动 13 国际能源机构,2008 年能源技术展望, 见未来电力部门框架 : 实现 21 世纪变革,42, 电力研究所 (2003 年 8 月 )( EPRI 报告 ), 见 : 15 加利福尼亚能源委员会关配电自动化价值的 加利福尼亚能源委员会公共利益能源研究最后项目报告, 第 95 页 (2007 年 4 月 )(CEC 报告 )

10 8 ITU-R SM 号报告 表 1 用于无线电网管理系统的频段示例 频率 (MHz) 地区 / 区域与实际使用相关的意见 ( 部分 ) /698 北美 英国 欧洲 非洲和日本 欧洲无线 MBus TV 空白频谱 美国和英国已完成规则制定 欧洲正在制定规则 国际电联 2 区部分地区 在国际电联 1 区和伊朗, 此频率范围是根据 GE06 协议用于地面广播的频段的一部分, 不用 于 AMR/AMI 中国许可频段 欧洲部分地区 北美 欧洲部分地区 中国短距设备 (SRD) 频段 北美和欧洲 在国际电联 1 区和伊朗, 此频率范围是根据 GE06 协议用于地面广播的频段的一部分, 不用 于 AMR/AMI 中国 欧洲欧洲无线电通信委员会 (ERC)70-03 建议书 欧洲部分地区 ERC70-03 建议书 北美美国 90 部分的许可频段 北美美国 24 部分的许可频段 北美 南美 澳大利亚 免许可的 ISM 澳大利亚只分配了该频段的上 半部分 欧洲部分地区 ERC 建议书 韩国

11 ITU-R SM 号报告 9 表 1 ( 完 ) 频率 (MHz) 地区 / 区域与实际使用相关的意见 日本 北美美国 和 101 部分的许可频段 日本与无源 RFID 共用 美国和加拿大 在 1 区的部分地区, 及欧洲地区 : Ma02revCO07 协议 ( 国际电联登记为区域性协议 ) 计划将 MHz 频段范围用于地面广播, 而相关 EEC 决定则规划将它用于辅助下行链路的移动业务 根据 ERC70-03 建议书附件 10, MHz 频率范围用于无线麦克风 为用于 AMR/AMI 全球 美国获区域许可 北美 欧洲 日本 北美 欧洲 日本 北美免许可,ISM 频段 3GPP2 cdma2000 多载波系列技术也可被用于电网管理应用 关 cdma2000 扩频系统的 3GPP2 C.S0057-E v1.0 频段等级规范确定了适用频段 4.4 提供具适应性的网络遥感技术以及电力配线电路使网络运营商能够实时收集其网络状态信息, 使关键国家基础设施的提供商在故障发生前预防运行中断, 并在事故发生时实现快速定位 智能电网利用一系列软件工具收集和分析分布于整个配电网络的感应器提供的数据完成这项工作, 以明确性能下降位置 配电公司可通过最大限度扩展其维护计划防止断路发生, 并在不受消费者反馈影响的情况下迅速向事故现场派出工程人员 近年来, 高度曝光的北美和欧洲网络停电状况使电力网络安全成为一个政治问题, 电网老化引发的停电和与此相关的最终用户断电现象只能增无减 智能电网将提供一种能够切实解决这一不断争夺控制权的工具

12 10 ITU-R SM 号报告 5 智能电网参考架构概述智能电网参考架构的示例显示如下, 其中具体说明下列元素 16 : 家域网 (HAN) 处于电表家庭一侧的家庭环境中的能源管理设备 数字消费电子设备 信号控制或支持的家电和应用的网络 场域网 (FAN) 旨在向场 DA 设备提供连接的网络 FAN 可能向回到场 DA 设备上游变电站连接路径或绕过变电站的连接并将场 DA 设备与集中管理和控制系统 ( 通常称为 SCADA 系统 ) 相连接的路径 邻域网 (NAN) 旨在为较小地理区域提供与智能电网终端设备直接连接的网络系统 实际上,NAN 可能覆盖城市环境中的几条街道或农村环境中的几英里区域 广域网 (WAN) 数据聚合点 (DAP) 这一设备是一个逻辑参与者, 代表了广域网和邻域网 ( 如收集器 小区中继 基站 接入点等 ) 之间的多数 AMI 网络的过渡 高级计量基础设施 (AMI) 专门支持与电力 煤气和自来水仪表, 或更为具体地讲, 与 AMI 仪表或公用事业公司的能源服务接口双向连接的网络系统 监控和数据采集 (SCADA) 用于日常监测配电网络运行并根据需要进行监督控制的系统 前端处理器 (FEP) 这一设备可成为 DMS/SCADA 发出指令的主要通道, 并接收部署于配电网络的现场装备发来的信息 16 定义和图源自 NISTIR

13 ITU-R SM 号报告 11 图 1 智能电网示例 配电运行网络 配电 SCADA FEP AMI 前端 广域网 DAP 回程网络 FAN Gw FAN Gw FAN Gw DAP DAP DAP AMI 回程网络 配电设备网络 配电设备网络 配电设备网络 HAN HAN AMI 网络 HAN HAN HAN AMI 网络 HAN HAN HAN AMI 网络 HAN HAN HAN HAN HAN HAN HAN SM 报告 特定无线标准可应用于一个以上这类领域 此外, 可利用线解决方案在部分应用当中建成一定数量的链路 针对智能电网通信无线成分所用频率是否应源自为此目的进行划分且对之予以保护的频段, 还是应源自不受监管的频段 ( 如免除单独许可的频段 ) 的问题, 各方的观点大相径庭 ( 如, 英国能源与气候变化部开展的磋商期间收到的观点 17 ) 由于注意到在一些国家, 计费和收费数据被视为是个人数据, 因此, 按照数据保护立法受到严格保护 许多无线技术提供强力的安全和隐私功能, 可以保护智能电网应用中的消费者数据 例如,IEEE 802 标准提供强健的链路集隐私和安全保护, 非常适宜保护线和无线网络 ( 许可和免许可频段中操作 ) 中的个人数据 此外,3GPP 的技术提供了全网范围的授权 认证 隐私和安全保护手段 17

14 12 ITU-R SM 号报告 6 电力线和智能电网电信的线标准 智能电网依赖线和无线技术提供围绕公用事业公司经销网络流动的海量数据所需的连通性和通信路径 6.1 经过电力线的智能电网通信 可供考虑的早期备选方案之一, 是根据以下简单理由提出的电力线通信 / 电信 (PLC), 即由电力供应线本身提供通达电力供应网络各个部分的泛在连通性, 而必要的数据信号可通过电力线本身进行端到端的传送 这种方法忽略了沿电力线出现的衰减和噪声以及怎样为信号选择迂回电网路径, 尤其是数据整合等重要问题 ITU-T 部门参与 PLC 工作的理由说明, 虽然数据通信的主要电气布线越来越普及, 电力线并不是为通信目的而设计或安装的,ITU-T 尤其对用于输电的无屏蔽和无捻丝电线表示关切, 因为它们易于受到多种类型的强干扰 18, 许多电气设备也成为电线的噪声源 由于电力线通信易受入局干扰, 自 2010 年以来,ITU-T 第 15 研究组通过 G.9960 系列建议书为通用 PLC 应用开发了高级通信和噪声缓解技术 近来,ITU-T 通过旨在具体支持智能电网连通性和通信的 ITU-T G.990X(G.9901 G.9902 G.9903 G.9904) 系列建议书 ( 前 G.9955), 开发了一系列窄带电力线通信 (NB-PLC) 技术 在欧洲 亚洲和美洲多个国家的设备安装, 使其中的两份建议书 (G.9903 和 G.9904) 经受了实地检验 IEEE 标准协会拥将 PLC 用于智能电网应用的标准, 即 IEEE Std 标准 ITU-T G.990x( 如 G.9955) 系列建议书 ( 见表 2 G.9901 G.9902 G.9903 G.9904) 确定了用于 NB-PLC 的频率范围, 即是 CENELEC 19 和 CEPT 20 为欧洲和 FCC 为美国以及 ARIB 为日本确定使用的频率范围 此外,G.990x 系列建议书设定的传导和辐射干扰限值符合 IEC CISPR 22 标准, 即 信息技术设备 无线电干扰特性 限值与测量方法, 以及关 khz 以下频率的 CENELEC EN (2011) 标准 18 见 ITU-T 指导文件第 节 : 19 欧洲电子技术标准化委员会 20 欧洲邮电主管部门大会

15 ITU-R SM 号报告 13 表 2 ITU-T 与智能电网通信相关的建议书 建议书编号 建议书标题 G.9901 窄带 OFDM 电力线通信收发信机 功率频谱密度规范 G.9902 ITU-T G.hnem 网络的窄带 OFDM 电力线通信收发信机 G.9903 G3-PLC 网络的窄带 OFDM 电力线通信收发信机 G.9904 PRIME 网络的窄带 OFDM 电力线通信收发信机 G.9905 以计量标准为基础的集中式来源路由 G.9959 短距离窄带数字无线电通信收发信机 PHY 和 MAC 层规范 ITU-T G.990x 系列建议书推荐用于 NB-PLC/ 智能电网的频率范围使用了最佳做法, 以避免因为用于智能电网通信的 PLT 的泛在部署而可能出现与无线电通信业务的不兼容现象 然而, 其他标准制定机构 (SDOs) 和国际电联以外的行业集团, 对开发供智能电网应用使用的 PLT 产品表示关注, 因为这些产品应充分考虑到兼容性要求 6.2 经过线网络的智能电网通信 除电力线电信外, 在拥路权时, 常常将诸如光纤和铜线等传统线解决方案用于广域网 这些链路可以直接由公用事业单位部署在埋入隧道或管道中的输电和配电资产上, 或从电信运营商那里租用 为不同距离的多种光纤和专用线独立铜介质使用的 1 Mb/s 至 100 Gb/s 选定运行速率, 确定了 IEEE Std 以太网的局域网运行标准 IEEE EPON 头一英里的 IEEE 以太网线以太网链路通常被要求执行适用的地方和国家法规, 以限制对非发射系统的电磁干扰 7 智能电网电信的无线标准 7.1 家域网根据对能源 数据速率 移动性和安装费用方面的需求, 已为 HAN 部署了多种联网的线和无线解决方案 最通用的使用线解决方案的 HAN 包括 IEEE 802.3( 以太网 ); 无线解决方案包括 IEEE (WiFi) IEEE (ZigBee Thread Wi-SUN EchoNet HAN) ITU-T G.9959(Z 波 ), 这些标准已得到广泛部署

16 14 ITU-R SM 号报告 无线技术可为所公用事业公司提供智能电网, 并在煤气或自来水表在电气安全或法律考虑妨碍直接无线电连接的情况下, 直接与基于 IP 的基础设施相连 ITU-T 编制了题为 短距窄带数字无线电通信收发信机 的 ITU-T G.9959 建议书, 以便支持适用于智能电网应用的窄带无线局域网功能 在建议书起草之初,ITU-R 和 ITU-T 就这类应用的试用频段进行了一些磋商 目前的问题是在无需进行个人许可证发放的情况下, 在受某种形式主管部门监管控制或指定用于 ISM 抑或在区域和国家一级指定用于解除管制的用途的频段内确定频率的利弊 人们就安全和可靠性方面的关切进行了较深入的磋商, 因为智能电网通信可能包括免费供解除管制用途使用频段的计费和个人数据 根据国家和区域指定的解除管制用途, 属于 900 MHz 左右频段内的多个频率目前被认为适用于 ITU-T G.9959 建议书规定的用途, 其中 2 区的两个用途处于指定用于 ISM 应用的频段 根据 G.9959 建议书工作的收发信机的设计标准之一, 是它们应根据具体相关区域 / 国家信道的可用性, 支持 1 2 或 3 个信道 ( 各信道与一个中心频率相关 ) 至于全球频率对于 G.9959 的选择性和适应性,G.9959 的基本要求是要与以实地运行十年以上的 Z/ 波 21 技术逆向兼容 在考虑为 G.9959 的用途指配新的频率时, 应考虑到这可能会使根据 G.9959 生产的未来产品与现的 Z 波设备不相兼容, 从而妨碍新的 G.9959 设备使用现的大型互操作性生态系统 G.9959 的未来频谱需求以及用于智能电网的类似技术可能会成为 WRC-23 大会议程议项 2.5 下的一个问题 还应当指出, 在因为远距 衰减 失真或瞬时干扰而无法进行直接距离传输的情况下, IEEE 和 IEEE 在 HAN 应用中得到广泛部署, 而基于 G.9959 和 IEEE 的系统可能采用跳频和网格路由, 从而增加了在非许可频段运行时的系统强健性 除了 ITU-R 职责范围内的频谱管理和兼容性考虑外, 研究智能电网所用无线设备完整性的论坛还需要审议法律 隐私和安全问题 这些考虑可能对在无线智能网通信所用的指定频率产生影响, 尤其必要避免收费和计费数据的截取 盗用 损坏或丢失 本节提到的所无线标准都包含加密功能, 以提供隐私和安全保护 对于不受监管的频谱中的操作 ( 如单独许可 ), 干扰的可能性不可避免 总体而言,HAN 应用不要求很高的可靠性 要求很高可靠性和可用性的 使用无线连接的 WAN 和 FAN 应用最适宜于在单独许可 须遵守强制性标准或其他形式监管的频谱中运行 21 Z 波是低功率 低成本的无线技术, 可支持具联网特性的消费者及产品 这方面的示例包括遥控调光器 联网温度感应器 电子门锁和 AV 系统 Z 波兼容的节点可在 ISM 等无兆 RF 频段运行 (

17 ITU-R SM 号报告 WAN/NAN/FAN WAN/NAN/FAN 通信网络都经长距离 ( 街道 城市 ) 向运行中心传送数据的需求 这些网络可直接为端点提供服务, 也可用作回程网络 选择的解决方案类型取决于多种考虑, 其中包括 : 链路距离 路权的可用性 ( 用于线解决方案 ) 链路容量 非电源供电装置 可用性 可靠性 监管 ( 如可许可 ) 与非监管 ( 如免许可 ) 频谱 IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定了用于支持智能电网应用的多项标准 这些解决方案包括 : 支持点对多点无线连接的无线标准 IEEE IEEE IEEE IEEE 支持无线网状网的无线标准 IEEE IEEE 其他可满足智能电网要求的无线通信技术包括蜂窝技术和声音广播技术 3GPP 负责的蜂窝网络 ( 如 GSM/EDGE WCDMA/HSPA 和 LTE), 是由支持广泛数据应用而提供的电话服务演变而来, 具内置的安全和服务质量支持 3GPP 最近为机对机通信 (MTC) 发布的强化标准也得到采用, 包括对拥堵控制 提高设备电池寿命和低复杂度设备的支持 已向个体监测提供了智能仪表, 并利用 GSM 技术提供了控制功能 此外, 数十年来听不见的副载波被用于美国利用 FM 广播网络和英国利用 LF 198 khz 国家联播服务进行的简单广域计量业务交换 IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定了用于支持智能电网应用的多项标准

18 16 ITU-R SM 号报告 8 对涉及部署用于支持电网管理系统的无线和线技术和设备的无线通信系统, 应考虑哪些干扰因素 IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会开发了多项无线技术, 并展示了在不对其他方造成干扰情况下支持电网管理的干扰适应性通信 IEEE 802 系列标准的典型特性 : 例如,IEEE (Wi-Fi ) 和 IEEE ( 蓝牙 ) 表明, 它们可在同一频段运行和并存多年 虽然数以千计的智能电网装置将得到部署, 其数据速率要求可能较低, 很可能不是所装置都在同一时间发射 因此, 它们可效地共用同一频段 为使这些频段得到利用, 联邦通信委员会和英国通信管理局等监管机构为不同频段提出了必须恪守的严格的发射限值 在 IEEE 802 标准 ( 如亦称 Wi-FAR 的 IEEE ) 范围内开发的新的认知无线电共用技术可使频谱得到效利用, 同时又不对在这些频段或相邻频段运行的其他主要业务用户造成损害 如频谱感应 频谱礼仪 信道设置管理和共存等 IEEE 802 标准中嵌入的特性, 将确保自身或他方受到最低限度的干扰 蜂窝 3GPP 技术采用经许可的频段, 因而使干扰得到控制 此外, 增强型干扰消除等用于多种装置的先进干扰管理技术已经部署到位 3GPP 解决方案提供的蜂窝电信网络技术包括无线电接入 核心传输网络和关调制解调器 安全 服务质量等服务功能, 即提供了全套系统规范 这些规范还提供了与核心网络非无线电接入和与 Wi-Fi 网络互通的连接 所 3GPP 版本的侧重点是 : 尽可能使系统前向或后向兼容, 确保用户设备的运行不中断 开展广泛的共存研究并制定规范, 以确保将采用 3GPP 接入技术的系统的频段共用对性能的影响降至最低 执行全球发射监控要求 提供和维护支持广泛数据速率和容量的接入技术 此外,3GPP 技术可采用跳频等多样化技术, 以增加干扰防范并减少对同频段运行的其他系统的干扰 这些技术还利用全系统频率规划和小区间干扰协调等规划和协调技术, 以确保效的频谱利用 接收机还采用了先进的干扰抑制技术, 以增强抗干扰能力 3GPP2 开发了许多证明具干扰适应性通信能力的无线技术, 以便在不对其他方造成干 扰的情况下支持电网管理 3GPP2 cdma2000 多载波系列标准包括 : 码分多址 cdma2000 1x 码分多址 cdma2000 High Rate Packet Data 高速率分组数据 / 演进数据优化 (HRPD/EV- DO) 扩展高速率分组数据 (xhrpd)

19 ITU-R SM 号报告 17 国际电联将 3GPP2 cdma2000 多载波系列标准视为纳入 ITU-R M.1457 的 IMT 技术 3GPP2 cdma2000 多载波系列标准提供的典型特性 : 一项经验证的具先进接入控制的技术, 可同时以干扰最小的随机接入和业务模式支持大量用户 已为提供广泛地域的连通性进行了全球部署 为每个基站设计了大规模的覆盖区域 具包括网络 安全 测试和性能方面的全套规范 9 用于电网管理系统的线和无线网络的广泛部署对频谱可用性的影响 3GPP 蜂窝无线技术和 IEEE 802 系列标准的目标之一, 是使频谱可用性免受与这类技术和设备广泛部署相关的干扰 这一考虑十分重要, 因为 : 在欧洲 澳大利亚和北美等不同国家和区域的无线智能电网设备装机量已达数百万, 并在共用频谱中运行 这类部署正在不断增长, 并计划在这些地域进行更多部署, 因为这些设备成功和效 移动消费者无线设备已在全球广泛使用 每台设备每月都可能传送吉字节的数据 无线智能电网设备的数据使用量级较小 无线电信公司管理的许可频谱能够轻易地处理递增的业务量 联邦通信委员会和英国电信监管机构等监管机构的现行规定, 已成功地使数百万无线智能电网设备在无互相伤害的情况下运行 IEEE 802 无线标准采用多项技术, 如跳频 网格选路 分段存储 加密和高突发速率, 以实现可靠的无线智能电网 此外, 无线智能电网对于链路中断和停电具适应性 蜂窝无线 3GPP 技术采用了高电频调谐和编码 资源块划分 干扰抑制和缓解以及 MIMO 等多种技术, 以便效地利用划分的频谱 此外, 对多点技术的协调提高了强健性 IEEE 802 标准范围内开发的新认知无线电共用技术可效使用频谱, 同时又不对在这些频段或相邻频段运行的主要业务用户造成损害 频谱感应 频谱礼仪 信道及管理和共存等嵌入 IEEE 802 标准的特性, 将确保自身和他方受到最低程度的干扰 蜂窝无线 3GPP 技术仍在持续演变,3GPP 13 版将推出与智能电网相关的新特性 无线以太网链接不使用无线频谱, 但通常被要求遵守限制非发射系统电磁干扰的现行当地和国家规则 因此, 在部署用于支持电网管理系统的无线和线技术及设备的过程中, 无需对与以太网使用相关的无线电通信给予更多干扰方面的考虑 3GPP 系列标准的目的之一是使频谱可用性免受这类技术和装配广泛部署相关的干扰, 考虑到 : 向数百万用户设备提供全球漫游的系统的广泛和全面部署, 几乎在全球实现可靠的蜂窝网络覆盖

20 18 ITU-R SM 号报告 10 结论采用无线 PLT 或其他连接感应器和智能仪表的通信技术的高容量双向通信网络, 可将现的公用事业公司配电网络改造成为智能电网 利用智能电网的智能计量和通信, 将原则上允许消费者以最利于他们的方式监测和改变其消费形式 公用事业公司也将推出实时的定价措施, 根据总体需求和配电网络的完整性持续调整费用 原则上还可根据具体的高使用率家庭电器和工业设备等级, 对需求进行管理 总体目标在于为了提高电力 煤气和自来水供应分配网络的效性 可靠性和安全性, 而对这些互动的智能电网进行监测与控制, 同时确保对消费者的持续供应

21 ITU-R SM 号报告 19 附件 1 与电网管理系统相关的现行标准示例 A1.1 IEEE 标准 IEEE 802 具适用于电网管理系统头一英里应用的多项无线标准 相关 IEEE 802 无线标准的技术和工作特性的总结见下表 注 与 IEEE Std 相关的技术参数, 请见 ITU-R M.1450 建议书表 2 表 A1.1 IEEE 标准的技术和操作特性 项目 ah 22 模型 1 23 模型 n ac 支持的频段 ( 许可或非许可 ) 2.4 GHz 900 MHz 900 MHz 2.4 GHz 5 GHz 标称操作范围 1.5 km 2 km 2 km 0.25 km 0.14 km 移动功能 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 游牧和移动 游牧 游牧 游牧和移 动 游牧和移动 2 Mb/s 156 Mb/s 1.3 Mb/s 600 Mb/s Mb/s 标称 RF 带宽 20 MHz MHz 分集技术 时空 TDD 2 MHz MHz MHz MIMO 支持 ( / 无 ) 无无 波束控制 / 成形无 转发 自动重复请求 (ARQ) 前向纠错卷积码和 LDPC 卷积码和 LDPC 干扰管理 对话前监听 对话前监听和频道选择 对话前监听和频道选择 对话前监听 对话前监听 22 IEEE P802.11ah 是一个事实上已完成了的项目, 但在编拟本报告之际, 正在等待批准程序的结果 23 模型 1 是系列说明 + 室内模式 24 模型 2 是具体的操作模型 + 室外模式

22 20 ITU-R SM 号报告 表 A1.1( 完 ) 项目 ah 25 模型 1 26 模型 n ac 功率管理 连接拓扑 点到点 多跳 星状 媒体接入方法 CSMA/CA 多接入方法 CSMA CSMA/TDMA CSMA/TDMA CSMA CSMA 发现关联方法 无源和源扫描 服务质量法 无线队列优先级 通过数据标记和业务优先 位置意识 测距 加密 AES-128 AES-256 认证 / 重放保护 密钥交换 流氓节点检测 独特设备识别 48 位唯一标识符 表 A1.2 IEEE 标准的技术和操作特性 项目 数值 支持的频段, 许可或非许可 (MHz) 非许可 : 许可 : 标称操作范围 移动功能 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 标称 RF 带宽 OFDM 2 km MR-FSK 5 km DSSS 0.1 km 游牧和移动 OFDM 860 kb/s MR-FSK 400 kb/s DSSS 250 kb/s TDD OFDM 200 khz 至 1.2 MHz 范围 MR-FSK 12 khz 至 400 khz 范围 DSSS 5 MHz 25 IEEE P802.11ah 是一个事实上已完成了的项目, 但在编拟本报告之际, 正在等待批准程序的结果 26 模型 1 是系列说明 + 室内模式 27 模型 2 是具体的操作模型 + 室外模式

23 ITU-R SM 号报告 21 表 A1.2( 完 ) 项目 数值 分集技术 空间与时间 MIMO 支持 ( / 无 ) 无 波束控制 / 成形 无 转发 ARQ 前项纠错 卷积码 干扰管理 对话前监听 频道选择 跳频扩频 频率捷变 功率管理 连接拓扑 点到点 多跳 星状 媒体介入方法 CSMA/CA 多接入方法 CSMA/TDMA/FDMA( 在跳频系统中 ) 发现关联方法 无缘和缘扫描 服务质量法 通过数据标记和流量优先级 位置意识 测距 加密 AES-128 认证 / 重放保护 密钥交换 流氓节点检测 独特设备识别 64 位唯一标识符

24 22 ITU-R SM 号报告 表 A1.3 IEEE 标准的特性 项目 数值 支持的频段 ( 许可或被许可 ) 200 MHz 和 6 GHz 之间许可频段 标称操作范围 移动功能 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 标称 RF 带宽 分集技术 MIMO 支持 ( / 无 ) 波束控制 / 成形 转发 在典型 PMP 环境中为 5 公里距离进行优化, 作用距离达 100 公里 游牧和移动 :34.6UL/60DL Mbit/s 配 1 Tx BS 天线 (10 MHz BW) 69.2 UL / 120DL Mbit/s 配 2 Tx BS 天线 (10 MHz BW) : 66.7UL / 120DL Mbit/s 配 2 Tx BS 天线 (10 MHz BW) 137UL / 240DL Mbit/s 配 4 Tx BS 天线 (10 MHz BW) 均获得 TDD 和 FDD 定义,TDD 最为通用, 自适应 TDD 适用于非对称业务 可选 :1.25 MHz 至 10 MHz 空间与时间 前向纠错 ( 卷积码 ) (ARQ 和混合 ARQ(HARQ)) 干扰管理 ( 分数频率再利用 ) 功率管理 连接拓扑 媒体接入方法 多接入方法 发现关联方法 服务质量法 位置意识 测距 加密 认证 / 重放保护 点到多点 点到点 多跳中继 面向 QoS 连接之前的协调竞争是通过使用五种服务原则提供的支持 OFDMA 通过 CID/SFID 的自主发现和关联 QoS 差异化 (5 级支撑 ) 和面向 QoS 支持的连接 可选 AES128 CCM 和 CTR 密钥交换 PKMv2( 第 节 ) 流氓节点检测 独特设备识别, 用于控制信息完整性保护的基于加密的信息认证码 (CMAC)/ 散列信息认证码 (HMAC) 密钥推导 此外, 用于 MPDU 完整性保护的 AES-CCM 的 ICV MAC 地址 X.509 证书 可选 SIM 卡

25 ITU-R SM 号报告 23 项目 支持的频段 ( 许可或非许可 ) 表 A1.4 IEEE 标准 625k-MC 模式的技术和操作特性 3.5 GHz 以下许可频段 标称操作范围 12.7 公里 ( 最大 ) 移动功能 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 移动 数值 625 khz 载波带宽的峰值下行链路用户数据速率 Mbit/s 和峰值上行链路用户数据速率 571 kbps TDD 标称 RF 带宽 2.5MHz( 可容纳四个 625 khz 间隔载流子 ) 5 MHz( 可容纳八个 625 khz 间隔载流子 ) 调制 / 编码速率 上游和下游 分集技术 MIMO 支持 ( / 无 ) 波束控制 / 成形 转发 前向纠错 干扰管理 功率管理 连接拓扑 媒体接入方法 多接入方法 发现关联方法 服务质量法 位置意识 测距 加密 自适应调制和编码 BPSK QPSK 8-PSK 12-PSK 16QAM 24QAM 32QAM 和 64QAM 空间分集 空间信道选择性与自适应天线阵列处理 快速 ARQ 块和卷积编码 / 维特比解码 自适应天线信号处理 自适应功率控制 ( 开环与闭环 ) 方案 功率控制将提高网络容量并减少上行和下行链路的功耗 点到多点 随机接入 TDMA-TDD FDMA-TDMA-SDMA 由 BS-UT 相互认证实现 625k-MC 模式定义了三个实行 IETF Diffserv 模式的 QoS 级别 : 快速转发 (EF) 保证转发 (AF) 和尽力而为 (BE) 基于 DiffServ 码点每跳行为 (DSCP) 流加密 RC4 和 AES 认证 / 重放保护基于根据采用 Rivest Shamir 和 Adleman(RSA) 算法的 ISO/IEC 9796 标准签署的数字证书的 BS 认证和 UT 认证 密钥交换 流氓节点检测 独特设备识别 椭圆曲线密码学 ( 在 FIPS 标准中采用曲线 K-163 和 K-233) 防范流氓节点

26 24 ITU-R SM 号报告 表 A1.5 IEEE 标准的技术和操作特性 项目 支持的频段 ( 许可或被许可 ) 标称操作范围 移动性能力 ( 游牧 / 移动 ) 移动功能 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 标 RF 带宽 分集技术 MIMO 支持 ( / 无 ) 波束控制 / 成形 转发 前向纠错 功率管理 连接拓扑 媒体接入方法 多接入方法 发现关联方法 服务质量法 位置意识 测距 加密 认证 / 重放保护 密钥交换 流氓节点检测 独特设备识别 MHz 数值 在典型 PMP 的点到多点 (PMP) 环境中为 5 公里距离进行优化, 作用距离达 100 公里 游牧和移动 Mb/s, 超过具 MIMO 的 40 Mb/s TDD 6 7 或 8 MHz 空间 时间 块码 空间复用 ARQ HARQ 卷积码 Turbo 和 LDPC, 低功率状态类型 点到多点 TDMA/TDD OFDMA, 根据 MAC 预订 OFDMA, 通过 MAC ID CID 和 SFID 设备 QoS 差异化 (5 级支撑 ) 和面向 QoS 支持的连接 地理定位 AES128 - CCM ECC 和 TLS AES128 - CCM ECC EAP 和 TLS, 通过加密 认证以及分组标记提供回放保护,PKMv2 48 位独特设备标识符,X.509 证书 A1.2 ITU-T 标准 ITU-T G.990x(G.9901 G.9902 G.9903 G.9904) 系列 NB-PLC 建议书的制定, 旨在向智能电网连接和通信提供支持 对于 ITU-T 介绍的两项经过实地验证的 NB-PLC 技术的技术和操作特性总结见下表

27 ITU-R SM 号报告 25 表 A1.6 ITU-T G.9903 和 G.9904 建议书的技术和操作特性 项目 G.9903 数值 G.9904 数值 支持的频段 khz khz 峰值数据速率 42 kbps 128 kbps 多接入方法 OFDM OFDM 前向纠错 Reed Solomon 卷积码 扰码 交织 重复码 网络拓扑网格树状 转发 ARQ ARQ 卷积码 扰码 交织 媒体接入方法 CSMA 和优先权 CSMA 和无竞争或优先 发现关联方法 6loWPAN 和基于 EAP-PSK 具体网络注册程序 服务质量法具两个优先权的 QoS 差异化具 4 个优先权的 QoS 差异化 加密 AES128 CCM AES128 GCM 认证 / 重放保护认证和反回放机制 密钥交换 认证和反回放机制 独特设备识别 64 位唯一标识符设备 64 位唯一标识符设备 A1.3 3GPP 标准 3GPP 拥的多种无线标准适用于电网管理系统的头一英里应用 相关 3GPP 无线标准的技术和操作特性的总结见下表

28 26 ITU-R SM 号报告 表 A1.7 3GPP 技术的技术和操作特性 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 可靠建设相关设备链路的能力 维护相关连接的能力 时间比例 每一千个会话的故障率 取决于部署 ( 典型 > 99%) 取决于部署 ( 典型 < 1%) 取决于部署 ( 典型 > 99%) 取决于部署 ( 典型 < 1%) 取决于部署 ( 典型 > 99%) 取决于部署 ( 典型 < 1%) 语音 数据 视频 以 Mbit/s 计算的每用户最大用户数据速率 x fps 像素计算的最大分辨率 采用 8 个 Using 8 时系 : Mbit/s ( 通用分组无线业务 (GPRS) UL/DL) Mbit/s ( 增强型 GPRS (EGPRS) UL/DL) Mbit/s (EGPRS2-A DL) Mbit/s (EGPRS2-A UL) Rel-7: 下行链路双载波,2x (EGPRS, EGPRS2-A) Rel-12: 下行链路多载波,2x 16x (EGPRS, EGPRS2-A) 地理覆盖区域 km 2 距正常定时超前的 35 km 直径 ; 具扩展定时超前的 120 km 直径 Mbit/s 346 Mbit/s DL; 用于 Rel 12 的 34 Mbit/s UL 扩展范围小区的 120 km 半径 扩展范围小区的 120 km 半径 取决于部署 ( 典型 > 99%) 取决于部署 ( 典型 < 1%) ~4 Gbit/s DL; ~ 用于 Rel 12 的 ~1.5 Gbit/s UL 100 km 半径

29 ITU-R SM 号报告 27 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 链路预算 db / db (Veh A50) (EGPRS) BTS 处的 Rx 分集 :144 db 用于 GPRS/EGPRS/ EGPRS2-A 最大相对运动速率 高达 147 db 高达 147 db ( 计划为 Rel-13 进一步扩大覆盖 ) 高达 143 db DL; 高达 133 db UL ( 计划为 Rel-13 进一步扩大覆盖 ) km/s 350 km/h 350 km/h 350 km/h 350 km/h 最大多普勒效应 Hz 1000 个, 具 信道跟踪均衡 器 空中下行链路数据速率峰值 空中下载下行链路峰值速率 Mbit/s Mbit/s Mbit/s (GPRS) 0,8125 Mbit/s (EGPRS) Mbit/s (EGPRS2-A) Mbit/s (GPRS) Mbit/s (EGPRS) Mbit/s (EGPRS2-A) Rel-7: 下行链路双载波,2x (EGPRS, EGPRS2-A) Rel-12: 下行链路多载波,2x 16x (EGPRS, EGPRS2-A) Mbit/s 用于 Rel 12 的 34 Mbit/s Mbit/s 用于 Rel 12 的 346 Mbit/s 用于 Rel 12 的 ~1.5 Gbit/s 用于 Rel 12 的 ~4 Gbit/s

30 28 ITU-R SM 号报告 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 峰值吞吐量上行链路数据速率 峰值吞吐量下行链路数据速率 在非许可频段运行的公共无线电标准 在许可频段运行的公共无线电标准 在许可频段运行的私人无线电标准 Mbit/s 采用 8 时隙 : Mbit/s (GPRS) Mbit/s (EGPRS) Mbit/s (EGPRS2-A) Mbit/s GHz L/UL Using 8 slots: Mbit/s (GPRS) Mbit/s (EGPRS) Mbit/s (EGPRS2-A) Rel-7: 下行链路双载波, 2x (EGPRS, EGPRS2-A) Rel-12: 下行链路多载波, 2x 16x (EGPRS, EGPRS2-A) 可操作, 但目前未确定 GHz L/UL 每 3GPP 多频段 GHz L/UL 可操作, 但目前未确定 Mbit/s ~29 Mbit/s (~15% 开销 wrt PHY) Mbit/s ~294 Mbit/s (~15% 开销 wrt PHY) ~1.275 Gbit/s (~15% 开销 wrt PHY) ~3.4 Gbit/s (~15% 开销 wrt PHY) 可操作 可操作 可操作 ( 许可辅助接入至针对 Rel-13 的非许可频段 ) 按照 3GPP 多频段 可操作, 但目前未确定 按照 3GPP 多频段 可操作, 但目前未确定 按照 3GPP 和 的多频段, 包括按讲和直接设备到设备技术 双工方法 TDD/FDD FDD FDD 和 TDD FDD 和 TDD FDD 和 TDD, 包 括半双功 FDD 载波带宽 khz % 用于 FDD 的 5 MHz 用于 FDD 的 5 MHz MHz 高达 100 MHz 的使用载波聚合的几种带宽

31 ITU-R SM 号报告 29 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 信道间隔 khz 200 khz 信道间 隔 用于 FDD 的 5 MHz 操作频段中非重叠信道数量 见 3GPP 见 3GPP 频谱效率 bits/s/hz 270.8/200= (GPRS) 812.5/200 = (EGPRS) /200= (EGPRS2-A) 平均小区频谱效率 bits/s/hz/cell Mbit/s/MHz/cell (Veh A50) (EGPRS) bit/s/hz UL; bit/s/hz DL 0.67 DL( 分集 );0.47 UL( 路人 A) 帧时长 Ms 120/26 ms 10 ms (2 ms TTI) 最大分组规模 字节 RLC 接口处 1560 字节 没用于 FDD 的固定规模 ( 取决于调制电频和信道化编码数量 ); TDD (3.84 Mbit/s) = bytes (see 3GPP ) 用于 FDD 的 5 MHz 见 3GPP bit/s/hz UL;5.6 bit/s/hz DL 取决于部署情境, 示范数值范围 DL; UL 10 ms (2 ms TTI) 每个 DL 流 比特 : UL 为 比特 分割支持 / 无 分集技术 天线 极化 空间 时间 波速控制 / 无无无 ( 用于 Rel 5) 标称信道间隔 = (BW 信道 (1) + BW 信道 (2))/2, 其中 BW 信道 (1) 和 BW 信道 (2) 为分别两个载波的信道带宽 见 3GPP 和 bit/s/hz UL; 40 bit/s/hz DL 取决于部署情境,Rel-8 的示范数值为 DL; UL 10 ms (1 ms TTI) 用于 DL/UL 的 8188 字节

32 30 ITU-R SM 号报告 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 重发 ARQ/HARQ/-, 如 ARQ HARQ/ 增量冗 余 纠错技术 干扰抑制 收缩卷积码每 Rel 7 在 EGPRS2/2 中增加 Turbo, 如单天线干扰抑制 (SAIC)DL IRC DL 和 UL 运行的 RF 频率每 3GPP 多频段, 如 ARQ/HARQ 卷积码和 Turbo 无 ( 用于 Rel 5) 由 3GPP 规定, 如 ARQ/HARQ 卷积码和 Turbo, 同时用于 DL 和 UL 由 3GPP 规定, 如 ARQ/HARQ 重试可配置可配置可配置可配置 接收信号强度指示 (RSSI) 丢失的分组 ; 在 110 dbm + 时标和 48 dbm+ 时标之间的 64 级 剩余块误差率 (BLER) = HARQ 后 1% 降低能耗机制, 如 DTX DRX 和功率控制 ; 在 100 dbm 和 25 dbm 之间 77 级 剩余块误差率 (BLER) = HARQ 后 1%, 如 DTX DRX ; 在 100 dbm 和 25 dbm 之间 77 级 取决于操作点, 但 HARQ 后的剩余 BLER 通常为 1%, 如 DTX DRX 低功率状态支持, 如所状 态下较长的 DTX/DRX 点到点 点到多点 广播 Turbo;BCH 上的咬尾卷积码 由 3GPP 规定 LTE 报告 LTE 邻近小区和 HSPA 和 EDGE 邻近小区 ( 100 dbm 和 25 dbm 之间 77 级 ) 的参考信号接收功率 (RSRP) 见 3GPP TS 取决于操作点, 但 HARQ 后的剩余 BLER 通常为 1%, 如 DTX DRX

33 ITU-R SM 号报告 31 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 切换 媒体接入法 发现 关联 电路交换 TDMA 同步和广播信道 临时块流 (TBF) 业务优先 块流 3GPP 定义的优 先 电路交换 CDMA 同步和广播信道 通过不同的 RNTI 3GPP 定义的优先 无线电排队优先 基站计划程序, 在节点 B 的计划程序 位置认知 (x y z 坐标 ) 测距 ( 距离报告 ) 每个 3GPP 规范一个 GPS 和 UTDOA 方法 加密 支持的算法 A5/3 A5/4 GEA3 每个 3GPP 规范一个 GPS 和 UTDOA 方法 KASUMI 计划的基于分组的 CDMA 同步和广播信道 通过指配给 UE 的 HRNTI 和 ERNTI 3GPP 定义的优先, 在节点 B 的计划程序 每个 3GPP 规范一个 GPS 和 UTDOA 方法 KASUMI 和 SNOW 3G 计划的基于分组的 OFDMA 同步和广播信道 通过 CRNTI 3GPP 定义的优先, 在节点 B 的计划程序 遵循 3GPP 规范的 A-GNSS OTDOA E- CID UTDOA 方法 SNOW 3G/AES 认证, 人工, 人工, 人工 回放保护 密钥交换支持的协议 MILENAGE MILENAGE AKA AKA 干扰源 同信道干扰 相邻信道干扰 相间信道干扰 防撞 其他用户 小区和网络 其他用户 小区和网络 其他用户 小区和网络 其他用户 小区和网络

34 32 ITU-R SM 号报告 表 A1.7( 续 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 保护机制 对其它干扰无线电技术的灵敏度 对其它无线电技术造成的干扰度 对电力线 RF 发射的灵敏度 MAC 地址 SIM 卡 其它身份 IMEI IMEI IMEI IMEI 流氓检测 基本标准, 标准制定机构 (SDO) 测试和应用机构 SDO 名称 协会 / 论坛名称 ATIS(3GPP 机构合作伙伴 ) ATIS(3GPP 机构合作伙伴 ) ATIS(3GPP 机构合作伙伴 ) ATIS(3GPP 机构合作伙伴 ) 温度范围 根据 3GPP 根据 3GPP & 根据 3GPP & 根据 3GPP & RF 噪声源 其它无线电 根据 3GPP & 根据 3GPP 根据 3GPP 根据 3GPP & RF 噪声源 其它电器设备 根据 3GPP & 根据 3GPP 根据 3GPP 根据 3GPP & 接收机灵敏度 dbm 根据 3GPP dbm (Veh 10% BLER 根据 3GPP & 根据 3GPP & 根据 3GPP & 发射机功率峰值 dbm 根据 3GPP 根据 3GPP & 根据 3GPP & 根据 3GPP & 发射机功率步近 db 根据 3GPP 根据 3GPP & 根据 3GPP & 根据 3GPP &

35 ITU-R SM 号报告 33 表 A1.7( 完 ) 功能特性测量单位 GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE 天线增益 dbi 根据 3GPP 根据 3GPP & 背景噪声 dbm 根据 3GPP 根据 3GPP & 调制 GFSK OFDM BPSK GMSK 每 Rel 7 在 EGPRS2-A 中增加 GMSK 8-PSK 16QAM/32QAM 前向错误编码 收缩卷积码 卷积码和 Turbo 根据 3GPP & 根据 3GPP & BPSK/QPSK QPSK 16QAM/64QA M 卷积码和 Turbo 根据 3GPP & 根据 3GPP & QPSK 16QAM/64QAM/ 256QAM Turbo;BCH 上的咬尾卷积码 最新版本的 3GPP 标准为机器间通信 (MTC) 采用了强化措施, 如 : 第 10 版本中的延迟容忍接入建立 (UMTS HSPA+ LTE) 第 11 版本中的扩展访问限制 (GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE) 第 12 版本中的欧盟节电模式 (GSM/EDGE UMTS HSPA+ LTE) 第 12 版本中的低复杂度欧盟类别 (LTE) 3GPP 已开始在第 13 版中进一步强化机器间通信的工作, 旨在降低设备复杂度的 提高覆盖率和延长电池寿命 A1.4 3GPP2 标准 3GPP2 拥多种适用于电网管理系统的无线标准 对相关 3GPP2 无线标准技术和操作特性的总结见下表

36 34 ITU-R SM 号报告 表 A1.8 3GPP2 cdma2000 多载波系列标准的技术和操作特性 数值 项目 cdma2000 1x cdma2000 高速率分组数据 (HRPD/EV-DO) 扩展高速率分组数据 (Xhrpd) 支持的频段 ( 许可或非许可 ) 可使用经许可的多频段 ( 见 3GPP2 C.S0057-E) 标称操作范围 160 db 路径损耗 ( 对于城市部署, 根据 3GPP2 C.R.1002-B 评估方法,2 GHz 典型最大范围为 5.7 km 对于特殊部署, 采用最佳参数设置, 其范围可高达 144 km ) 移动性能力 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同的话, 上行链路 / 下行链路 ) 双工方法 (FDD TDD 等 ) 标称的 RF 带宽 可使用经许可的多频段 ( 见 3GPP2 C.S0057-E) 160 db 路径损耗 ( 对于城市部署, 根据 3GPP2 C.R.1002-B 评估方法,2 GHz 典型最大范围为 5.7 km 对于特殊部署, 采用最佳参数设置, 其范围可高达 144 km ) 可使用经许可的多频段 ( 见 3GPP2 C.S0057-E) 北美属于对地静止卫星部署案例 ; 地面部署 11.4 km; 2 GHz 游牧 / 移动游牧 / 移动游牧 / 移动 下行链路为 3.1 Mbit/s (1.23 MHz 载波 ) 上行链路路 1.8 Mbit/s (1.23 MHz 载波 ) 每 1.23 MHz 载波 4.9 Mbit/s, 下行链路可多达 16 个载波 ; 每 1.23 MHz 载波 1.84 Mbit/s, 上行链路可多达 16 个载波 ; FDD FDD FDD 下行链路每 1.23 MHz 载波 Mbit/s; 每 12.8 khz 信道 Mbit/s, 在上行链路的 1.23 MHz 支持多达 96 个 12.8 khz 信道 1.25 MHz 1.25 至 20 MHz(1 至 16 个载波 ) 1.25 MHz 分集技术 天线 极化 空间 时间 天线 极化 空间 时间 天线 极化 空 间 时间 支持 MIMO( 是 / 否 ) 波束控制 / 成形 是是否 无无 重发 HARQ HARQ HARQ 前向纠错卷积码和 Turbo 卷积码和 Turbo 卷积码和 Turbo

37 ITU-R SM 号报告 35 表 A1.8( 完 ) 3GPP2 cdma2000 多载波系列标准的技术和操作特性 项目 数值 干扰管理 功率管理 cdma2000 1x, 接收机干扰抑制 功率控制等多种技术, 多种低功率状态 cdma2000 高速率分组数据 (HRPD/EV-DO), 接收机干扰抑制 功率控制等多种技术, 多种低功率状态 连接拓扑点到多点点到多点点到多点 媒体接入方法 发现和关联方法 服务质量法 扩展高速率分组数据 (xhrpd), 接收机干扰抑制 功率控制等多种技术, 多种低功率状态 CDMA CDMA (RL)/TDMA (FL) FDMA (RL)/TDMA (FL), 移动电话不断搜索最强基站, 向一组基站注册, 并在发射 / 接收数据时与最强基站连接 移动电话在注册时可能收到 MAC ID,3GPP2 定义的优先, 移动电话不断搜索最强基站, 向一组基站注册, 并在发射 / 接收数据时与最强基站连接 移动电话在注册时可能收到 MAC ID.,3GPP2 定义的优先 定位意识,GNSS 和 AFLT,GNSS 和 AFLT 无 测距 加密 认证 / 回放保护 密钥交换 流氓节点检测 唯一设备识别, 根据来回程延迟测量 蜂窝消息加密算法 (CMEA);AES, 根据来回程延迟测量 AES, 移动电话不断搜索最强基站, 向一组基站注册, 并在发射 / 接收数据时与最强基站连接 移动电话在注册时可能收到 MAC ID,3GPP2 定义的优先 未定 AES ;CAVE & AKA ;CHAP & AKA ;CHAP & AKA 用于 AKA 的 CAVE SHA-1 & SHA-2 SHA-1 SHA-2 & MILENAGE SHA-1 SHA-2 & MILENAGE, 可认证基站, 可认证基站, 可认证基站 采用 60 bits MEID 和 SimCard ( 可选 ) 采用 60 bits MEID 和 SimCard ( 可选 ) 采用 60 bits MEID 和 SimCard ( 可选 )

38 36 ITU-R SM 号报告 附件 2 北美的智能电网 A2.1 引言 美国和加拿大政府机构认识到, 智能电网的实时和高容量能力, 将能够使功用事业公司和最终用户在经济和环境上充分受益于可再生, 尤其是分布式可再生资源 28 同时, 这些功能望释放动态速率结构的潜在优势, 并要求获得能够实时与数千设备进行互动的响应应用 29 A2.2 智能电网部署的依据 美国和加拿大当局已将综合通信网络视为智能电网的组成部分 例如, 美国能源部发起的现代电网举措指出, 综合通信的落实工作是 ( 智能电网 ) 的根本需要, 也是其它关键技术的必须, 同时又是现代电网的关键 国务院还指出, 高速 充分整合的双向通信技术将支持急需的实时信息和电力交换 年年底, 加利福尼亚空中资源委员会 (CARB) 指出, 智能 和互动电网以及通信基础设施可实现能源和分布式可再生资源 插入式混合或电气车辆以及终端使用效率装置广泛部署所需的数据 智能电网可满足临近消费点的与日俱增的分布式发电资源的需要, 从而降低整体电力系统损耗和相应的温室气体排放 这种系统能够使分布式发电成为主流,... 支持将插入式电气车辆用作能源存储装置...[ 以及 ] 使电网运营商能够更灵活地应对发电方面出现的浮动, 通过整合风等间歇性资源帮助缓解目前的困难 加利福尼亚空中资源委员会界定规划, 附录卷 I,C CARB(2008 年 12 月 ) 29 见如 建设未来的电力系统 安大略省智能电网论坛报告, 安大略省智能电网论坛 (2009 年 2 月 ), 该报告告诫说, 关能源保护 可再生和智能仪表举措开启了向新电力系统的过渡, 但没能够实现智能电网的先进技术, 就不可能充分发挥系统的潜力 30 见国家能源技术实验室为美国国务院电力提供和能源可靠性能源办公室进行的 B1-2 和 B1-11 现代电网, 综合通信系统试图 (2007 年 2 月 ) 这种综合通信将 [ 为实时的信息和控制将组建于开放结构相结合 ], 旨电网的各个部分技能 交谈, 也能 聆听 智能电网 29 号介绍, 美国能源部 (2008 年 ) 31 同上

39 ITU-R SM 号报告 37 国家机构 32 和其他行业利益攸关方也对先进通信的功能给予同样的重视 例如, 安大略省智能电网论坛最近指出, 通信技术是智能电网的核心 [ 这项技术 ] 将仪表 传感器 电压控制器 移动网络单元和一系列其它电网设备生成的数据传送至计算机系统, 以及其它将这一数据转换为可采取行动的信息所需的其它设备 33 A3.1 引言 附件 3 欧洲的智能电网 欧洲利用其丰富的经验和资源努力掌握并促进智能电网的发展, 作为应对欧洲气候变化和能源效率挑战的解决方案, 其中包括所以下举措 : 2008 年 1 月 Fiona Hall MEP 题为 提高能源效率 : 释放潜力的行动计划 34 的报告, 报告认识到信息通信技术在欧洲超越 20% 增效目标的生产力进一步提高中所发挥的重要作用并认识到, 智能电网这类技术应成为效政策建议的主题 2008 年 6 月 欧洲议会关内部电力市场的通用规则指令 ( 一读 ) 35 指出, 结合智能仪表和电网的定价方式须促进家庭用户, 尤其是能源短缺家庭采取节能行为并在最大程度上降低成本 32 利用附加的双向通信 传感器和控制技术等智能电网的关键组件实现电力网络的现代化, 可使消费者极大受益 加利福尼亚 PUC 决策委托程序, 以便对寻求 3 中的恢复法资金的投资商所项目及投资进行审议 (2009 年 9 月 10 日 ), 请见 : 亦见加利福尼亚能源委员会位于 51 的自动配电价值, 加利福尼亚能源委员会公共利益能源研究最终项目报告 (2007 年 4 月 ), 请见 : 通信是几乎所应用的基础, 它包括贯穿整个配电系统并延伸至个体消费者的高速双向通信 ) 33 见建设未来的电力系统 34 页的安大略省智能电网论坛报告, 安大烈省智能电网论坛 (2009 年 2 月 ) 该报告还指出, 公用事业公司正在为智能仪表开发的通信系统, 不适于支持全面的智能电网建设 与收集仪表数据相关的通信不同于电网运行通信 鉴于运行速据的数量 数据使用所需的速率以及其关键作用, 电网运行需要更大带宽和冗余服务 第 35 页同上 DOC+PDF+V0//EN&language=EN 35

40 38 ITU-R SM 号报告 智能电网欧洲技术平台 36 旨在 为面向 2020 年的欧洲电网的发展制定愿景并推动其实现, 尤其将探讨如何利用先进的 ICT 使电网在满足不断变化的欧洲需求的过程中保持灵活性 可用性 可靠性和经济性 Address 项目 37 ( 全面整合了需求和能源资源分配的源配电网 ) 是欧盟赞助的项目, 旨在为未来智能电网发展的 积极需求 提供全面的商业和技术框架 ADDRESS 包含来自 11 个欧洲国家的 25 个合作伙伴, 涉及整个供电链 PLT 是 ADDRESS 项目中的重要组成部分 38 A3.2 欧洲在一些成员国中开展的活动 39 A3.2.1 欧洲关电力网的行业举措 欧洲电力网行业举措 40 是由欧洲委员会在欧洲战略能源技术 (SET) 规划框架内提出的 欧洲委员会能源总局于 2007 年 11 月 22 日提出了 SET 规划以便开展研究, 从而加速提供新能源技术并为欧洲能源技术发展制定长期框架 SET 规划将欧洲委员会的协调 主要欧洲机构和大学的研究能力 欧洲业界的参与以及各成员国的承诺汇聚成一股力量 SET 规划应对的两项挑战之一是筹集更多财务资源, 以便开展研究并在行业范围内进行相关基础设施演示和市场复制项目 在 SET 规划往来通信中, 委员会通报了欧盟 ( 年 ) 第 7 个框架项目预算的增长以及欧洲智能能源计划 QUERY=011bae3744bf:2435:2d5957f8&RCN= 见 2009 年 11 月 9 日今日智能电网, Iberdrola,EDP 在 EUTC 活动中宣布大规模扩大智能电网 ( Iberdrola 利用 PLC 连接其智能仪表, 同时 EDP 混合使用 PLC 和无线技术 ) 39 全段来源 : 欧洲监管机构电力和天然气小组关智能网的立场文稿 文号 :E09-EQS-30-04, 附件 3http:// PUBLIC CONSULTATIONS/ELECTRICITY/Smart Grids/CDhttp:// EER_CONSULT/CLOSED %20PUBLIC %20CONSULTATIONS/ELECTRICITY/Smart%20Grids/CD 40 参考 : 欧洲委员会, 欧洲委员会致理事会 欧洲议会 欧洲经社委员会和区域委员会的信函 欧洲战略能源技术规划 (SET-Plan) 面向低碳未来,COM(2007 年 )723 最终稿, 欧洲委员会, 2007 年 11 月 22 日, 欧洲未来的能源 : 战略能源技术 (SET) 规化,MEMO/08/657,2008 年 10 月 28 日

41 ITU-R SM 号报告 39 与前一个计划 41 相比, 用于能源研究 (EC and Euratom) 的年度平均预算从 5.74 亿欧元增长至 8.86 亿欧元 用于欧洲智能能源计划的年平均预算将达 1 亿欧元, 是上一个计划的两倍 为使欧洲业界参与进来, 欧洲委员会于 2009 年春季提出针对风 太阳 生物能源 CO2 捕获 运输和仓储 电网和核裂变开展六项欧洲行业举措 (EII) EII 旨在加强能源研究和创新, 加速技术部署并突破停滞不前的局面 EII 将整合相关资源并汇聚行业各方力量, 通过风险分担 公众私营伙伴关系和欧洲层面的融资发挥增值作用 关电网的 EII 将侧重于发展智能电力系统 ( 包括储备 ) 以及为落实欧洲输电网络研究计划创建欧洲中心 42, 从而最终实现统一欧洲智能电网的目标, 全面整合可再生和分散的能源源头 43 关其它欧洲行业举措, 电网 EII 应在削减成本和提高性能方面制定可衡量的目标 A3.2.2 国家技术平台 德国智能电网 电子能源 : 基于 ICT 的未来能源系统 44 是联邦德国新技术政策中重点支持和资助的领域 就像 电子商务 或 电子政务 一样, 缩略词 电子能源 表示整个能源供应系统的全方位数字连接和基于计算机的控制和监测 项目决定首选电力行业, 因为电力储备能力限, 因此在实施互动和计算机智能方面的挑战异常突出 电子能源的首要目标是创建电子能源示范区, 展示如何通过最深入地发掘信息通信技术 (ICT) 的优化潜力进一步提高效率, 完善供电安全和环境兼容性 ( 能源与气候政策的基石 ), 以及如何由此创造新的就业机会并开拓市场 该项目的创新之处突出表现在综合的 ICT 系统理念, 对整个供电系统链中的效率 供电安全和环境兼容性的优化 ( 从发电到输配电再到用电 ), 以及在区域性电子能源示范项目中的发展和实时测试 为跟上所需要的创新发展步伐并扩大创新成果, 电子能源计划侧重于以下三个方面 : 1) 开拓电子能源市场, 推进所市场各方之间的电子法律交易和业务往来 ; 2) 技术系统和组件以及基于这些系统和组件的流程控制和维护活动之间的数字连接以及计算机化确保整个技术系统普遍实现独立监测 分析 控制和管理 ; 3) 电子能源市场和总体技术系统之间的在线结合确保商务和技术操作之间实现实时数字互动 41 欧洲委员会, 欧洲委员会致理事会 欧洲议会 欧洲经社委员会和区域委员会的信函 欧洲战略能源技术规划 (SET-Plan) 面向低碳未来,COM(2007 年 )723 最终稿, 欧洲委员会,2007 年 11 月 22 日 42 构建欧洲电网中心的建议源于 6FP RELIANCE 项目,8 家欧洲输电系统运营商参与了该项目 43 欧洲委员会 欧洲未来的能源 : 战略能源技术 (SET) 规划,2008 年 10 月 28 日 44

42 40 ITU-R SM 号报告 通过举办电子能源技术比赛产生了六个获奖示范项目 这些项目均采用综合系统方式, 涵盖市场和技术操作层面所与能源相关的经济活动 该计划将持续 4 年时间, 通过参与企业的股本投入, 项目将为六个电子能源示范区的建设筹集 1.4 亿欧元 : etelligence Cuxhaven 示范区 主题 : 能源 市场和电网智能化 E-DeMa,Ruhr 区域示范区 主题 : 采用分散的综合能源系统实现未来的电子能源市场 MeRegio 主题 : 最小发射区 Mannheim 示范城 主题 :Rhein-Neckar 示范区中的 Mannheim 示范城 RegModHarz 主题 :Harz 再生示范区 智能 Watts,Aachen 示范区 主题 : 利用能源网提高效率, 提高消费者利益 除项目协调人员外, 诸如电器设备厂商 系统集成商 服务提供商 研究机构和大学等其它各方均参与到项目中 到 2012 年, 所选示范区将制定其向市场发布的提案并在日常应用中检验营销能力 附件 4 巴西的智能电网 A4.1 引言 矿产和能源部一直推进可用于智能电网理念的技术研究 这些研究旨在减少技术和非技术损耗并提高整个系统的性能, 从而进一步提高可靠性 耐用性和安全性 最近, 巴西矿产部支持的一个研究小组提出了目前能源系统面临的问题并介绍了可能降低损耗并提高这些能源系统性能的技术和解决方案 这些研究还考虑到经济方面, 尤其是在该国安装 4500 个仪表所带来的成本能否获得接受 此外, 私营机构也开展了其他研究, 并公布了研究结果, 如由 ABRADEE 和 APTEL 领导的研究以及与电力行业相关的非盈利协会进行的研究 APTEL 基础设施和电信系统专私营公司协会,1999 年 4 月 7 日成立 ABRADEE 巴西配电商协会,1975 年 8 月成立

43 ITU-R SM 号报告 41 A4.2 巴西的能源部门 目前巴西的发电能力超过 142 GW, 用户超过 7500 万 如图 A4.1 [1] 所示, 巴西的能源消耗 (2014 年 ) 约为 TWh 巴西生产的可再生能源占 74.6%, 不可再生能源占 25.4% 图 A4.1 巴西平均耗电量为 68GW, 高峰时超过 80GW 最近, 电力部门预测, 耗电量将增加 44% 左右, 因此需要提高电力系统的能源效率 作为这些进程的第一步, 相关部将把降低能源系统的技术和非技术损耗作为首要任务 输电系统和配电系统的技术损耗分别为 5% 和 7% 此外, 包括配电系统中非授权能源挖掘在内的非技术损耗多达 7% 通过这些数字, 我们可以看出, 巴西在提高效率, 降低损耗的基础上发展能源系统将面临巨大挑战 A4.3 巴西的智能电网研究组为了解智能电网概念,2010 年 5 月, 矿产能源部成立了由电力和电信行业成员组成的研究组 该组的宗旨之一是评估上述概念是否适用于巴西电网的系统效率提升 2011 年 3 月中旬, 矿产能源部收到了关这项技术的最新发展状况报告 报告包含智能电网概念以及关技术 计费和电信问题的技术信息 在电信方面, 研究考虑到了巴西的现技术和资源以及其它国家使用的 可用于巴西的技术 作为初步战略, 巴西政府特别关注先进的测量基础设施的部署 作为此项研究的组成部分, 一技术小组于 2010 年 10 月造访美国以收集关智能电网问题的信息 总之, 该组发现, 几乎所支持智能电网功能使用的电信技术均可用于巴西 ABRADEE/APTEL 研究组于 2011 年 12 月向国家电力监管机构 ANEEL(Agência Nacional de Energia Elétrica) 介绍的其研究报告 该研究的侧重点是预测在十年内在巴西整个电力行业推出智能电网供并对与这些预测相关的投资和效益进行了估算 研究采用了与该项目关的 50 多家配电公用设施单位的数据库, 且其预测是以巴西相关公司的真实情况为基础的

44 42 ITU-R SM 号报告 A4.4 电信问题技术小组注意到, 若干电信技术可用于相同目的 举例而言,Zig-Bee 和网格网均可用于最终用户电表的读取 回程 WiMax GPRS 3G 4G 等亦均可使用 各种解决方案的选择取决于可用频谱 传播 吞吐量等技术方面 目前, 智能电网应用所需要的回程吞吐量尚不确定 的确, 这一信息对于智能电网项目而言具战略意义, 从而对带宽等频谱资源 对其它业务的害干扰限制 功率和限制和传播方面的适当解决方案和需求做出选择 迄今为止, 尚未就用于智能电网的电信系统要求开展任何研究 我们对智能电网应用中 LF 频段电力线载波 (PLC) 使用中的电场计量技术极其关注 最近, 巴西一些公司对载波约为 80 khz 载, 智能计量 20 khz 的 PLC 设备认证表示出兴趣 该频段的发射受到规则限制, 电场限值用于在距源头 300 米处进行的计量使用 ABRADEE/APTEL 研究认识到, 在电信资产方面需要 190 亿雷亚尔 (Reais) 的投资, 部署基本智能电网功能 ( 如智能计量 配电网自动化 自愈 分布式可再生能源来源和电动车 ) 所需的这些技术资产方面的投资约为 30 亿雷亚尔 研究采用的通信架构参考模型是 IEEE P2030 提出的模型 所建议的架构确定了进行可互操作互连的逻辑系列和标准接口, 这些可由若干通信网络技术部署, 如研究中采用的技术 : 无线 (Wi-Fi WIMAX ) GPRS 3G MPLS VPN 以及用于场域网 (FAN) 和回程的光纤及无线电链路 关于巴西现公用事业设施电信网的研究表明,69% 的回程系统使用光纤, 而 GPRS 是最后一英里接入的最主要技术, 且 44% 的公司使用微波链路 (400 MHz 和 900 MHz) 进行安装在塔杆上的数据设备的连接 约 50% 的公用设施采用公众电信运营商的专用线路 A4.5 技术数据收集适于智能电网的关回程吞吐量 延迟 恢复能力 可靠性的数据至关重要, 以便用于规划必要的基础设施和频谱资源, 从而避免过期使用和资源浪费 采用通用信息模型 由 IEC 通过并由 IEC 定义的 CIM ABRADEE/APTEL 研究突出强调了这样的需要, 即, 在考虑到下述潜在风险的情况下, 制定与智能电网网络安全相关的具体战略 : 电网的复杂性很高 互连网络带来新的薄弱环节 可被利用的接入点数量 保护消费者隐私

45 ITU-R SM 号报告 43 A4.6 LF 测量此外, 为便于执行, 为避免城市地区电场测量的繁杂程序, 考虑到严格的规定, 我们认识到, 功率测量等其它程序与 LF 天线相连接的频谱分析仪相比复杂性较低 A4.7 结论 由于在发展中国家实施智能电网的战略意义, 我们请其它主管部门就上述技术数据和 LF 测量提交文稿 考虑到需要支持在巴西整个电网上推广智能电网概念所需的电信网络的规模和复杂性, ABRADEE/APTEL 通过研究提出的建议包括根据目标深入分析频谱, 以确定并预留专门用于场域和城域方面应用的具体频段 参考资料 [1] 介绍 :Rodrigo Campos de Souza 的分布式发电 APTEL 小型和微型发电研讨会,2015 年 12 月 8 日, 里约热内卢

46 44 ITU-R SM 号报告 附件 5 韩国的智能电网 A5.1 韩国的智能电网路线图为应对气候变化, 韩国在努力达到减排目标的过程中已认识到将智能电网作为低碳 绿色行业基础设施的必要性 在此基础上, 韩国政府努力将智能电网举措作为一项国策以实现 低碳绿色增长 的愿景 2009 年, 韩国绿色发展委员会提出了 建设先进的绿色国家 愿景并概括了智能电网路线图的主要内容 45 通过 2009 年 10 月以来征集业界 学术界和研究机构专家的意见于 2010 年 1 月宣布了最终路线图 根据国家路线图, 智能电网项目已在以下 5 个领域实施, 从而在 2030 年之前将智能电网遍布全国 : 1) 智能电力网 2) 智能地方 3) 智能交通 4) 智能可再生能源 5) 智能电力服务韩国的智能电网项目将分 3 个阶段落实 : 第一阶段旨在建设并运行智能电网测试点, 以测试相关技术 第二阶段是将测试点扩大到都市地区, 同时提高消费端智能化 最后一阶段用来完成全国范围内智能电网的建设, 从而实现所的智能网络建设 图 A5.1 韩国的智能电网路线图 按阶段实施的方向 第一阶段 ( 年 ) 建设和运行智能电网测试点 ( 技术认证 ) 第二阶段 ( 年 ) 向都市地区扩大 ( 智能消费者 ) 第三阶段 ( 年 ) 完成国家智能电网建设 ( 智能电网 ) 智能电网 智能消费 智能交通 智能可再生能源 智能电力服务 - 实时智能电网监测 数字电力输送 - 运行优化的配电系统 - 智能家庭的电力管理 各种消费选择 ( 包括费率 ) - 建设并测试电动车充电设施 将电动车运行作为试点项目 通过连接分布式发电存储设备和电动车运行微网格 扩大使用电力存储设备和分布式发电系统 - 消费者的用电费率选择 消费者出售可再生能源 - 预测电网中可能发生的故障 将电力系统与其它国家的系统相连接 - 将电力传送系统与分布式发电和电力储存设备相连接 - 建筑物 / 工厂的智能电力管理 鼓励消费者发电 在全国范围内扩大电动车充电设施 效维护并管理电动车 - 通过微网格优化运行电力系统 扩大电力存储设备的使用 促进电力衍生品交易 在全国范围内实施实时定价系统 自愿市场参与方的出现 - 电力网的自我恢复 运行整合的能源智能网 - 零能源家庭 / 建筑物 - 普遍提供充电设施 采用多样化充电方法 - 使用便携式电力储存设施 - 普遍提供可再生能源 促进各类电力交易 推动电力行业的市场融合 引导东南亚地区的电力市场 45

47 ITU-R SM 号报告 45 在完成第三阶段后, 智能电网的成果和收益将显而易见 通过智能电网, 韩国计划降低全国耗电 6%, 同时促进在更广的范围内使用风电和太阳能等新的可再生能源 此外, 韩国将减少 2.3 亿吨温室气体排放并在 2030 年之前通过 680 亿国内市场创造 个就业机会 长期积累的经验为韩国走向国际市场奠定了基础 韩国的绿色增长将助于防止未来全球变暖的趋势 从国内角度而言, 智能电网项目旨在提高能源效率并建设绿色行业基础设施 通过建设利于生态的基础设施降低 CO2 排放 从行业角度而言, 该项目旨在确保韩国获得向绿色增长时代发展的引擎 从个人角度而言, 这一发展将通过低碳和绿色生命经验和参与提高生活水平并打造新的低碳绿色生活 A5.2 技术发展智能网测试点是一个 户人家的城市 (10MW), 至少具两个电容器的两个变电站, 每个电容器都两条变电线 智能网测试点将作为 利用 IT 的电力传输 以及新的可再生能源资源研究项目所在地 五个区域中约 10 个联合企业参与了技术和商业模式的开发测试, 并按照表 A5.1 分两个阶段落实了该项目 表 A5.1 Jeju 测试点阶段性实施计划 阶段时间重点领域重点内容 基本阶段 ( 基础设施建设 ) 年 扩展阶段 ( 综合运行 ) 年 智能电网智能地方智能交通智能可再生能源智能电力服务 将网格网络和消费者 网格网络和电动车结合起来 提供新的电力服务 将可再生能源纳入电力网

48 46 ITU-R SM 号报告 附件 6 印度尼西亚的智能电网 A6.1 引言智能电网的实施涉及从发电厂到客户在内总共包含 7 个重要领域的业务流程变革的技术设备 : 批量发电 输电 配电 客户 运行 市场和服务提供商 各领域本身涉及智能电网各项元素通过使用模拟或数字双向通信方式的相互连接以收集信息 连接是智能电网的基本组成部分, 用于提高效率 可靠性 安全性 电力生产和配送的经济性和可持续性 图 A6.1 智能电网各方互动 安全的通信流电气流域 市场 运行 服务提供商 批量发电 输电 l 配电 客户 SM.2351-A6-01 报告 作为系统对系统的智能电网主要分三层 : 电力和能源层 通信层和 IT 层 这三层是电信和通信流的主要构成元素 在电力 / 能源消耗中, 能源的消耗和价格均上涨 这种情况与移动服务用户的增长相辅相成 A6.2 智能电网的发展和挑战 印度尼西亚政府认识到, 智能电网可作为提高电力使用效率的备选解决方案 因此, 政府机构已就智能电网在印度尼西亚东部的实施设立了试点项目 该试点项目是由评定和应用技术机构与 PLN( 国家电力公司 ) 合作进行的 智能网的发展面临多项挑战 技术和商业方面的挑战可为制定政策和规则提供根本性参考

49 ITU-R SM 号报告 47 图 A6.2 挑战性问题 技术方面 能源 / 频谱 / 业务方面财务政策 技术的掌握 电网质量 行业发展 电气管理 标准设备供应 频谱划分 电信问题 频谱干扰 网络安全 SM 报告 关图 A6.2, 影响智能电网发展的两个主要问题引发我们对电信和 IT 方面若干问题的担忧 : a) 标准设备和供应 : 简单描述设备的技术规范以便检验是否兼容 b) 频谱资源 : 制定关频谱划分 应用所需要的带宽的战略规划 这一问题对于高效使用稀缺资源至关重要 c) 频谱干扰 : 确保该技术的实施不对其它业务造成干扰 d) 网络安全 : 确保数据流的安全性 由于该应用可用于多项移动 ( 宽带 ) 业务, 建议相关研究组进一步讨论电信需求, 以便帮助发展中国家制定战略规划, 为妥善解决关落实智能电网的政策和规则问题提供指导

50 48 ITU-R SM 号报告 附件 7 中国智能电网无线接入技术的研究 A7.1 引言 无线技术是电力管理系统的重要组成部分 采用无线技术可以双向实时地传输管理和控制信息 早些时候, 配电和用电通信网需要的通信容量通常较小 使用固定频率的传统窄带无线通信设备主要作为专用无线通信手段用于电力管理系统 随着智能电网 电力能源数据捕获 负载需求管理 配电所需要的现场视频监测业务的发展以及通信网络的使用, 人们对通信带宽 传输延迟和可靠性提出了更高的要求 为此, 中国开展了研究并在智能电网中建设了新一代电力通信网 迄今为止, 新的无线通信系统已在中国智能电网内开展了大规模试点应用 A7.2 中国智能电网的无线接入技术 A7.2.1 引言 智能广域覆盖行业无线网络 (SWIN) 在设计中全面考虑到智能电网的业务需求 该网络基于 4G 技术并在用于智能电网的 MHz 频段中获得许可 该系统与窄带无线通信系统相比具诸多优势, 如覆盖广 用户接入量大 频谱效率高 实时 安全性和可靠性强 电力网管理能力突出等 A7.2.2 主要技术特性 MHz 频段已由中国国家无线电管理局以 25 khz 为单位进行了划分 关频谱特性,SWIN 可整合多个分离的窄带频段以提供宽带数据传输 与此同时, 利用频谱传感技术检测相邻频段 RAT 之间的干扰并改进共存能力是 SWIN 的关键技术之一 该技术可确保与窄带系统在 MHz 频段内实现共存

51 ITU-R SM 号报告 49 项目 支持的频段 ( 许可或被许可 )(MHz) 标称操作范围 移动性能力 ( 游牧 / 移动 ) 峰值数据速率 ( 如不同可分为上行链路 / 下行链路 ) 双功方法 (FDD TDD 等 ) 标称的 RF 带宽 MIMO 支持 转发 前向纠错 干扰管理 功率管理 连接拓扑 表 A7.1 SWIN 的技术和操作特性 数值 许可频段 : MHz 3~30 km 移动 1.5 UL/0.5 DL Mbit/s (1 M BW) 13 UL/5 DL Mbit/s (8.5 M BW) TDD 可选 : 25 khz 12 MHz 否 HARQ 卷积 涡轮 分段频率复用 频谱传感 是 点对多点 媒体接入方法随机接入 ( 争议和无争议的 ) 多接入方法 SC-FDMA( 上行链路 ) 和 OFDMA( 下行链路 ) 发现关联方法 自主发现 通过承载相关 服务质量法 QoS 插分 (5 级支持 可扩展 ) 位置意识 加密 认证 / 重放保护 密钥交换 流氓节点检测 独特设备识别 是 ZUC 是 是 是 15 位 (IMEI)

52 50 ITU-R SM 号报告 A7.2.3 工业化和应用 目前,SWIN 系统包含基带芯片 终端 基站 核心网和网络管理设备 SWIN 已部署于配电和通信网的使用中 迄今为止,SWIN 测试网已在中国 13 个省部署, 为智能电网的电力信息捕获 负载控制 配电自动化和其它方面提供服务 经过一段时间的测试, 可以证明, SWIN 能够满足智能计量和配电自动化的业务需求 A7.2.4 标准化 目前, 中国智能电网运营公司 ( 国家电网公司 ) 已开始制定 SWIN 标准 国家无线电监测中心的测试中心 ( 国家无线电频谱管理组织 ) 和中国通信标准协会 (CCSA) 正在制定 SWIN RF 标准, 以确保相同频段内系统的共存 与此同时,SWIN 的国家标准化工作正在进行之中 A7.3 结论 中国关智能电网无线接入技术的研究已着手进行 SWIN 可通过智能电网提供令人满意的无线通信, 由此降低智能电网的建设和运行成本