智能用電小區分層雙向互動體系架構研究

摘要：智能用電小區雙向互動是改變電網和用戶之間傳統交互方式的重要舉措，合理、科學、穩健的體系架構是實現雙向互動的重要保障。在此背景下通過對現階段雙向互動體系架構的研究和分析，提出了一種“電網—小區—用戶”的分層雙向互動體系架構并進行詳細闡述。該體系架構和現有架構相比，能夠提供更靈活的管理方式、更快速的故障響應、更優質的電力服務，對智能用電小區的雙向互動建設具有一定的指導意義。

關鍵詞：智能電網；智能用電小區；分層雙向互動

作者簡介：康超（1985-），男，山西柳林人，太原供電公司科技信息部，工程師；尚海燕（1961-），女，山西太原人，太原供電分公司科技信息部，高級工程師。（山西 太原 030012）

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0132-02智能用電是智能電網在用電環節的重要體現，是實現電網實時信息采集管理、電網與用戶之間實時交互響應，增強電網綜合服務能力，滿足互動營銷需求，提升服務水平的重要手段。智能用電小區是實現上述功能的主要載體，智能用電技術的快速發展，賦予了智能用電小區新的內涵。[1]

智能用電雙向互動是體現智能電網互動化特征的一個重要方面，通過綜合應用各類網絡通信技術、數據處理技術、計算機技術等，使電網和用戶之間形成網絡互動和實時連接，實現數據的實時、高速、雙向交互，將過去用電環節中單向的“電力輸送—電力消費”、“電力管理—電力被管理”的被動用電模式，轉變為雙向的互動用電模式。[2]建設電網和用戶互動系統，用戶可對電網分時電價、計劃停電等政策做出快速響應，合理安排電器使用，降低用電高峰時段電網負荷，參與需求側響應，通過互動提高供電可靠性、削峰填谷，起到節能環保的作用。[3]

雙向互動的體系架構是指導雙向互動建設、保證雙向互動效果、保障雙向互動質量的重要內容。文[3]對互動式智能用電服務系統的系統架構進行了研究，文[4]對智能用電小區的通信需求、物理架構、存在問題進行了詳細研究，文[5]對基于寬帶無線的智能用電小區網絡總體架構進行了研究。

但以上的系統架構基本劃分都是“電網—用戶”層，也即電網企業借助通信網絡直接與電力用戶進行雙向交互，這樣的架構存在一定的局限性。首先，電力用戶分散范圍較大，直接與電網企業進行雙向互動，建設的復雜度很大，不利于管理；其次，獨立的電力用戶并網接入及用電管理等，導致電網企業工作量較大且效率不高，靈活性較差，沒有充分發揮小區的中間作用；再次，由電網企業根據獲取故障信息進行現場故障響應還不太及時；最后，由以上原因導致的用電服務質量還有待提高。

本文結合智能用電小區雙向交互的特點，在分析現有的雙向互動體系架構的基礎上提出了“電網—小區—用戶”分層的雙向互動體系架構，該架構能夠實現靈活雙向交互，提升快速響應能力，提供優質用電服務。

一、雙向互動需求分析

為了向電力用戶提供更加全面、安全、便捷、舒適的服務，需要電網和電力用戶之間可靠、實時、雙向的互動作為支撐，智能用電小區的雙向互動存在以下幾個方面的需求。

1.雙向可靠實時通信網絡

通信網絡的建設是實現雙向互動的最重要也是最關鍵的內容，優質的網絡性能充分保障通信網絡的強壯性、抗干擾性、高帶寬、低時延。為了提供優質的通信服務，雙向互動通道必將融合多種通信技術以滿足各種應用場景下的需求。

2.多類信息挖掘與融合

雙向互動的目的是實現電網和電力用戶之間的良好互動，電網企業對用戶的用電行為進行分析，從而為用戶提供合理科學的用電指導。電力業務種類較多，雙向互動需要能夠對多類融合信息進行分析和挖掘，從多個方面保證指導的科學性。

3.智能低耗交互終端

智能低耗交互終端是電網與電力用戶進行雙向互動的重要硬件設備，交互終端包含多種類型，有控制類交互終端、顯示類交互終端、采集類交互終端以及多種功能融合的終端等，是實現電網和電力用戶交互的關鍵設備。

二、分層雙向互動體系架構

1.分層體系架構

基于前文分析，本文提出的智能用電小區“電網—小區—用戶”分層雙向互動體系架構如圖1所示。整個體系架構分為兩個層面，每個層面有三個層次。從目標對象角度來說，分為電網側應用層、小區側應用層、用戶側終端層，從通信角度來說，分為骨干通信層、接入通信層、短距離通信層。下面對兩個層面分別進行介紹。

（1）目標對象層面。用戶側終端層是雙向互動的最低層，該層終端設備主要包括電力用戶家庭用能設備、配電自動化配套設施、清潔能源發電設施、電動汽車充電設施、自助繳費設施等，這是響應互動的對象。另外，設備還包括智能交互終端、采集終端、通信終端、傳感終端等，智能交互終端負責用能設備的狀態控制，采集終端負責用電信息采集，傳感終端負責用能設備的信息感知，通信終端負責將相關信息進行傳輸。

小區側應用層是雙向交互的中間層，該層包括兩方面的應用，一方面是借助雙向通信網絡滿足小區內的系統應用需求，比如小區安防管理系統、小區停車管理系統、小區綜合服務系統等，另一方面是實現電力業務系統的部分功能，包括用電信息采集系統、電動汽車充電管理系統、并網接入管理系統等。小區側的作用主要是信息初步融合、處理并在此基礎上進行相關控制管理，比如，小區內的用戶存在并網接入的需求，小區側根據電網側的授權對小區的接入請求進行統一管理，減少電力用戶與電網直接交互的復雜度、降低了電網企業的管理難度。

電網側應用層是雙向交互的最高層，該層主要提供電力相關業務管理，包括配電自動化系統、用電信息采集系統、能效綜合管理系統、電動汽車充電管理系統、并網接入管理系統、營銷服務系統等，該層根據采集的相關用電信息，通過進一步的信息存儲、分析、挖掘等，進行合理的電能分配、提供科學用電指導、控制并網接入、管理電動汽車充電、完成自助繳費等功能，向用戶提供更優質的電力服務，保障電網穩定運行，實現節能減排。

（2）通信層面。短距離通信層是指利用短距離通信技術實現用能設備與交互終端、采集終端等之間的通信，短距離通信技術包括有線和無線兩種形式，常見的主要有ZigBee、WiFi、低壓電力線載波、藍牙以及RS485等技術，這一通信層次是建設最為復雜也是最重要的層次，復雜是因為不同應用場景會存在不同的通信方式，重要是因為這是雙向交互獲取的最原始的數據通道，數據的內容、傳輸的質量等將直接影響互動的效果。

接入通信層是將底層數據傳輸給骨干通信層的中間層次，目前，隨著電力光纖到戶的大力開展，基于EPON的電力光纖到戶技術在接入通信層面得到了廣泛應用，減少了建設的復雜性，滿足了雙向通信的需求，在光纖資源尚未覆蓋的小區，需要借助載波、GPRS等通信技術完成數據傳輸。另外，考慮到小區存在公共業務等，為保障電網數據安全，需要在小區出口處安裝安全接入平臺。

骨干通信層是數據傳輸的最上層，承載多個區域內的信息傳輸，是電網獲取全局信息的重要通信保障，目前骨干通信層技術比較成熟，常見的通信技術包括SDH、MSTP以及ASON等。

2.體系架構優點

（1）靈活的管理能力。改變了傳統的電網企業單一管理方式，將小區管理部門加入到雙向互動的環節中來，有利于進一步提高管理的靈活性，實現“電網-小區-用戶”共贏的局面。

（2）快速的響應能力。借助可靠的雙向互動通信網絡，在小區側就可以及時對各類故障進行初步判斷，及時查看現場情況，根據現場情況采取相關措施，提高了各類應用的響應能力。

（3）優質的服務能力。通過分層，有利于電網企業對小區的并網接入、電能需求等進行總體把握和控制，向電力用戶提供更優質的服務，同時也有利于小區管理部門提供更好的服務。

三、有待解決的難點問題

隨著智能電網在用電環節的不斷推進、關鍵技術的不斷突破、建設經驗的不斷積累，雙向互動的發展在不斷進步，但在現階段，也還存在一些難點問題需要解決。

1.多類業務系統集成

一方面，電力業務系統之間需要通過集成進行信息交互和共享，以實現數據資源最大程度的利用，另一方面，為了方便在統一平臺實現綜合管理，電力業務系統和非電力業務系統需要進行系統集成。各類系統之間的集成是實現雙向互動的一個難點問題。

2.合理科學的用電指導

雙向互動的目的是為用戶提供個性化用電指導和服務，電網需要在對用戶的各類用電信息進行分析、挖掘的基礎上提供服務，但不同用戶用電行為差異較大，且同一用戶也沒有規律的用電習慣，這給電網企業的用電指導帶來挑戰。

3.商業運營合作模式探討

雙向互動的建設需要投入大量資金和商業管理，探討電網、小區、用戶之間的商業運營合作模式對雙向互動的建設質量和服務質量有著重要影響。

四、總結

本文對智能用電小區的雙向互動體系架構進行了研究，提出了“電網—小區—用戶”的分層體系架構。該架構改變傳統電網企業單一管理的模式，分層的管理方式更提高了管理的靈活性，提高了故障的快速響應能力，減緩了電網企業的管理壓力，有助于電網企業提供更優質的服務，同時小區管理部門參與雙向互動的管理，通過信息共享有利于進一步開展各類小區服務，提高小區的服務質量，提升用戶的滿意度。

參考文獻：

[1]鄧桂平，陳俊.智能用電小區及其關鍵技術[J].湖北電力，2010，(34):

73-75.

[2]深圳市國電科技通信有限公司.基于電力光纖到戶的智能用電小區介紹[J].數字社區，2010，(6):56-60.

[3]劉旭生，何穎，吳潤澤，等.面向智能電網雙向互動信息服務的通信組網方案設計[J].電子設計工程，2011，(23):78-82.

[4]丁佳，孫繼成.智能用電小區中通信平臺建設研究[J].供用電，2010，

(27):21-24.

[5]尹曉華，李強，黃笑磊.智能用電小區的寬帶無線綜合業務系統研究[J].中國電力教育，2010，(S2):561-564.

（責任編輯：劉輝）