2024年构建支撑新型电力系统发展的坚强时空数字底座报告

国网信息通信产业集团有限公司陈向东 目录 全域时空信息在新型电03力系统中的创新应用 时空信息在新型电力01系统中的应用需求 02基于低轨卫星网络构建全域时空数字底座 时空信息在新型电力系统中的应用需求 2024年能源北斗与时空智能创新技术应用大会 ■近年来，随着经济发展和能源需求日益增长与环境恶化和能源问题凸显，风电，光伏等新能源在新型电力系统中的占比不断提高。截至2022年12月底我国新能源发电装机达7.4亿千瓦。其中，风电装机3.48亿干瓦、光伏发电装机3.58亿干瓦、生物质发电装机4060万千瓦。 新能源具有资源可再生、分布广、间断式供应等特点。随着新能源的接入，电网结构愈加复杂，系统特性发生根本性改变等一系列问题也给电力系统的安全监测和稳定运行控制带来了挑战。与此对应的系统的可观性、可控性吸待提高。 空间定位需求 由于新能源的不断接入，为加强电力生产管理，提高管理水平和生产效率，新型电力系统中需要对电力设备，特别是新能源电力进行精确定位，并将电力设备设施信息、电网运行状态信息与地理及自然环境信息集中于统一的系统，该系统即为电力地理信息系统（PowerGIS）。随着我国自主的北斗卫星导航系统的发展，基于北斗的时空数字底座和GIS的作用发挥越来越重要，可提供电力设施（如输电线路杆塔）的位移状况，实现远程监测，并实现电网多维多态“一张图” 时频同步需求 新型电力系统更加依赖于调控一体的智能电网调度技术支持系统，且调控分布广，涉及发电、输电、变电等电力生产的各个方面。目前，电力系统各电站一般通过综合自动化控制网络与主站连接。为了确保实时准确反映主站下达的信息和动作控制指令，主站和从站间必须高精度时间同步。因此，要实现调度主站内多个系统及主站间协调稳定的运行，主站系统均需建立在严格统一的时间系统上 全域通信需求 新型电力系统中以风电、光伏为代表的小型分布式电站的数量越来越多。现有的电力通信以载波通信、光纤通信和地面移动4G/5G通信为主要方式，对大型发电厂、变电站以及中低压配网自动化系统，基本上都采用现有的通信技术。但是针对小水电、分布式光伏电站等新能源发电点通信网络不是很健全，加之地理位置偏远大多数都不具备电力系统常规通信条件，因此急需全域覆盖的通信网络 安全可靠需求 由于卫星信号是从2万多公里甚至3万多公里的高空传播到地面，其被地面接收机接收时，信号功率已十分微弱，易受到环境干扰；此外，因北斗卫星授时信号对于电力系统监测控制的重要性，北斗卫星导航信号成为了敌对恶意干扰攻击特别是欺骗式干扰攻击的对象。欺骗信号和真实信号在结构上一致，因此具有很强的隐蔽性。其能够在不被接收机轻易察觉的情况下，尝试引导自标接收时篡改它们的时间和位置信息，导致实际信号被拉偏，从而出现授时或定位错误，对电网安全构成威胁 基于低轨卫星网络构建全域时空数字底座 低轨卫星通信网络 低轨卫星是指运行轨道高度在300~2000km的卫星。2015年美国太空探索技术公司（SpaceX）正式发布低轨互联网卫星星座计划“星链（Starlink）：计划将在近地轨道部署4.2万颗卫星，为全球用户提供高速卫星互联网服务。2017年6月美国FCC批准了英国通信公司OneWeb提出的非地球同步轨道（NGSO）卫星星座计划，使其成为美国首个获批的新一代NGSO星座计划，该星座包含720颗轨道高度为120Okm的卫星。 2020年9月，中国星网集团向国际电信联盟（ITU）递交了两个卫星网络频谱申请，分别是GW-A59和GW-2，计划发射低轨卫星12992颗后又补充申报5656颗卫星。上海垣信公司原计划发射1296颗低轨卫星，构建宽带通信星座“于帆星座”，后在基础上再申报2.7808万颗。并分别于2024年8月6日和10月15日以一箭18星发射两组共36颗“干帆卫星”。2020年1月16日，银河航天公司成功发射我国首颗通信能力达10GbpS的低轨宽带5G通信卫星，2022年3月5日成功发射6颗单星设计通信容量超40Gbps的低轨宽带卫星，构建起国内首个低轨宽带通信试验星座，并构建星地融合5G试验网络 2024年能源北斗与时空智能创新技术应用大会 低轨卫星北斗导航信息增强 利用我国自主的低轨卫星通信网络首先构建起电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务及应用系统在服务平台侧，利用电力北斗基准站网获取的观测数据，解算播发用户进行北斗PPP-RTK定位所需的高精度信息，包括高精度的轨道、钟差、码相位偏差小数频率间偏差以及局域电离层、对流层模型改正参数信息等，并针对低轨通信卫星网络提供的信息带宽，需播发参数的时效性，研究设计合理的信息播发格式，满足实时性和精度的要求。在终端侧，集成我国自主的低轨卫星通信模组或终端，研制电力北斗北斗星地基融合增强PPP-RTK定位终端，接收服务平台播发的电力北斗PPP-RTK定位信息，实现无公网地区快速高精度定位。 2024年能源北斗与时空智能创新技术应用大会 低轨卫星北斗导航信号增强 利用我国自主的低轨卫星通信网络及星座资源设计选择部分低轨通信或遥感卫星，在其上部署北斗/GNSS接收机，用以接收上部中高轨道的北斗/GNSS卫星信号，可以实现星上自主的精密轨道和钟差的测定，并通过搭载北斗载荷，发射北斗卫星导航信号，实现对北斗卫星导航系统的星座增强，提高电力北斗终端的定位授时精度。同时，也可以通过建立低轨卫星北斗导航增强数据处理中心，充分利用低轨卫星的运动变化较大的特点，与北斗/GNSS卫星一起实现联合高精度定轨和钟差高精度解算，然后将解算参数通过低轨卫星通信链路播发给电力北斗终端，最终实现电力北斗终端的快速高精度定位授时 2024年能源北斗与时空智能创新技术应用大会 全域时空信息在新型电力系统中的创新应用 全域设备资产管理 新型电力系统中，设备资产分布更加广泛，且光伏和风力发电设备均处于偏远山区和海上等无公网地区，目前无法实时获取设备资产的高精度位置和姿态等信息。可以通过构建电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务平台，利用低轨卫星通信网络发播电力北斗PPP-RTK定位服务信息，实现对设备资产的快速高精度定位定姿，并可实现位置和姿态等信息的回传，从而实现对设备资产的精细化管理和资源的有效调度。动态条件下，还可以实现对精密设备资产运输的全程精准跟踪管控，包括位置和三维姿态 无公网地区无人机自主巡检 随着2023年国家电网公司数字化工作部组织开展的“数字技术支撑输电无人机规模化应用”专项攻坚行动为牵引带动，利自动规划、自主飞行。但电力北斗精准位置服务网提供服务的通信链路依赖于4G公网。在无公网地区要实现无人机自主飞行检，必须依靠低轨卫星北斗导航增强手段。同样利用电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务，实现移动机巢的快速高精度定位，进而实现无人机的RTK定位。 防山火监测与决策支持 输电线路穿山越岭，森林防火成为线路运维的关键。自2018年起，国网总部、四川省电力公司和凉山州供电公司建有防山火监测相关系统共计14个，通过在线可视化监测装置、无人机巡视（有公网地区）、遥感卫星监测和气象终端采集山火、气象信息，并传送监控中心，由监控中心处理、分析数据，发布监测、告警信息。初步形成了山火监测预警和辅助决策能力。但还缺乏无公网地区无人机巡视的手段，需要利用电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务，尽快实现无人机自主化多频次巡视并通过无人机提供的位置和图像数据等，确定过火面积等，为应急救援处置提供决策支持 全域杆塔倾斜监测 输电线路贯穿无公网地区，目前的杆塔倾斜监测，还没有完全实现高精度监测且监测数据是利用北斗短报文通信链路进行传输，有一定的传输频次和带宽的限制为了实现全域高精度监测，需要依靠低轨卫星增强北斗导航定位技术，利用电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务平台，实现全域杆塔，特别是输电杆塔的高精度倾斜监测，并通过低轨卫星通信网络，将监测数据及时回传。 全域线路舞动监测 舞动监测对于输电线路的运维和保安全生产至关重要，因此必须要实现高精度的监测。同样，对于途径无公网地区的输电线路，目前无法实现高精度的监测。需要利用电力北斗星地基融合增强PPP-RTK定位服务平台，实现全域输电线路舞动的精准监测，并通过低轨卫星通信网络，将监测数据及时回传，确保安全生产和电力保供 总结与展望 THANK YOU