智能用電社區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：智能用電社區(qū)作為智能用電環(huán)節(jié)中核心技術(shù)成果的綜合示范區(qū)，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。文章從全景概述的角度介紹了國內(nèi)外智能用電社區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了智能用電社區(qū)的內(nèi)涵和特征，針對(duì)智能電網(wǎng)環(huán)境下用戶側(cè)互動(dòng)服務(wù)需求，從技術(shù)內(nèi)涵的角度闡述了智能用電社區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，展望了智能用電社區(qū)在我國智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能用電；互動(dòng)服務(wù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）11-0025-02

隨著全球能源危機(jī)與環(huán)境污染的日益加劇，發(fā)展智能電網(wǎng)被世界各國認(rèn)為是保障能源持久安全、推動(dòng)后危機(jī)時(shí)代經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的有效途徑，受到廣泛關(guān)注。智能用電是智能電網(wǎng)發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)，是用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”整合統(tǒng)一的主要載體。作為先進(jìn)智能用電技術(shù)成果的集中示范區(qū)，智能用電社區(qū)被賦予新的特征與內(nèi)涵，逐漸受到廣泛關(guān)注。

智能用電社區(qū)綜合運(yùn)用了現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、高級(jí)量測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息的監(jiān)測(cè)、采集以及用戶與電網(wǎng)的雙向交互響應(yīng)，激勵(lì)用戶廣泛參與需求側(cè)響應(yīng)，提供優(yōu)質(zhì)、多樣化的用電服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)能效管理，滿足電動(dòng)汽車、分布式電源和儲(chǔ)能裝置等多種新能源形式的規(guī)模化接入需求，提高終端能源利用效率，構(gòu)建“友好互動(dòng)、清潔環(huán)保、安全可靠”的現(xiàn)代居住示范區(qū)。

1 國內(nèi)外智能用電社區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外智能用電社區(qū)的發(fā)展概述

隨著智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，世界各國有關(guān)智能用電社區(qū)的研究與應(yīng)用迅速發(fā)展。推動(dòng)清潔能源的綜合利用，提高居民終端能源利用效率，促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與居民用戶之間的良性互動(dòng)，成為了世界各國發(fā)展智能用電社區(qū)的共同目標(biāo)。基于上述目標(biāo)，世界各國立足于本國實(shí)際，積極參與智能用電社區(qū)的研究與實(shí)踐，呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)。

2008年，美國Xcel Energy公司宣布在博爾德（Boulder）建設(shè)美國首個(gè)智能用電社區(qū)，為社區(qū)內(nèi)每戶家庭安裝智能電表，可直觀地了解實(shí)時(shí)電價(jià)信息，引導(dǎo)用戶合理安排用電時(shí)段。此外，社區(qū)內(nèi)鼓勵(lì)分布式清潔能源接入，用戶可以根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)信息，優(yōu)先選用清潔能源發(fā)電。從2001年起，意大利ENEL公司共投資21億歐元改造、安裝智能電表，是世界上最大規(guī)模的智能電表安裝項(xiàng)目，為智能用電社區(qū)的前期建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。2008年，荷蘭啟動(dòng)阿姆斯特丹智能用電社區(qū)的建設(shè)工作，其中包括智能供電系統(tǒng)、照明路燈改造、智能電表、智能樓宇、電動(dòng)汽車等17類示范工程項(xiàng)目。法國、比利時(shí)、德國等歐盟國家相繼開展了針對(duì)1 000戶家庭住宅的“Econ Home Project”的住宅節(jié)能示范項(xiàng)目。日本針對(duì)本國實(shí)際，基于家庭能效管理目標(biāo)，規(guī)劃建設(shè)100個(gè)智能用電社區(qū)，開展家庭節(jié)能的相關(guān)技術(shù)研究，包括智能電表、家庭節(jié)能管理系統(tǒng)、清潔能源接入、電動(dòng)汽車等。

1.2 國內(nèi)智能用電社區(qū)的發(fā)展概述

智能用電社區(qū)建設(shè)是我國在智能用電領(lǐng)域的初期實(shí)踐之一。20世紀(jì)90年代，基于智能用電理念的智能社區(qū)規(guī)劃與建設(shè)逐步開展起來。2000年，建設(shè)部開展社區(qū)智能化標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，批復(fù)了廣州匯景新城、上海怡東花園等7個(gè)社區(qū)為國家家居示范工程智能化社區(qū)。2003年，建設(shè)部發(fā)布了《居住小區(qū)智能化系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》、《居住區(qū)智能化系統(tǒng)配置與技術(shù)要求》，明確了技術(shù)指導(dǎo)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

自2009年以來，國家電網(wǎng)公司在全國各地廣泛開展智能用電社區(qū)的試點(diǎn)工作。目前，國家電網(wǎng)公司確定了在北京、天津、江蘇、浙江、吉林、福建、河南、重慶、四川、寧夏等14個(gè)省市開展智能用電社區(qū)及電力光纖到戶試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)。

2 智能用電社區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能用電社區(qū)采用先進(jìn)通信技術(shù)，打造通信網(wǎng)絡(luò)社區(qū)全覆蓋，通過用電信息采集、雙向互動(dòng)服務(wù)、配網(wǎng)自動(dòng)化、電動(dòng)汽車充電、分布式電源協(xié)調(diào)控制、智能家居等關(guān)鍵技術(shù)，通過智能電表對(duì)用戶供用電設(shè)備、分布式電源、公共用電設(shè)施等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高終端能源利用效率，為用戶提供優(yōu)質(zhì)便捷服務(wù)，支持“三網(wǎng)融合”服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)安防等設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

根據(jù)國內(nèi)外智能用電社區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)分析，結(jié)合我國智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)實(shí)際，考慮智能電網(wǎng)環(huán)境下用戶側(cè)互動(dòng)服務(wù)需求，歸納總結(jié)智能用電社區(qū)系統(tǒng)的基本邏輯架構(gòu)主要分為三層，分別為通信網(wǎng)絡(luò)層、信息采集層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。它們對(duì)應(yīng)著多個(gè)工作子系統(tǒng)，分別為先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、雙向互動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)（平臺(tái)）、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、分布式電源管理系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充電管理系統(tǒng)、智能家居服務(wù)系統(tǒng)等。

①通信網(wǎng)絡(luò)層是智能用電社區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，是聯(lián)接電網(wǎng)與用戶的橋梁，是各工作子系統(tǒng)的生命線。通信網(wǎng)絡(luò)層主要由電力和公用業(yè)務(wù)相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中電力通信網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)用電信息采集、雙向互動(dòng)服務(wù)、配網(wǎng)自動(dòng)化、分布式電源、電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能裝置的充放電管理，區(qū)間段覆蓋到變壓器出口至用戶側(cè)智能電表、電動(dòng)汽車充電樁、分布式電源以及公共用電設(shè)施；公用業(yè)務(wù)通信網(wǎng)主要負(fù)責(zé)電話、有線電視、互聯(lián)網(wǎng)、智能家居設(shè)備的通信管理。其中電力通信網(wǎng)絡(luò)是專網(wǎng)通信形式，主要包括230 MHz無線窄帶通信、電力光纖通信以及同步碼分多址無線寬帶通信。

②信息采集層是對(duì)用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控的系統(tǒng)，位于用戶側(cè)，通過智能電表和智能終端計(jì)量設(shè)備，結(jié)合應(yīng)用社區(qū)電力光纖、電力線纜及無線等通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感測(cè)量、信息實(shí)時(shí)采集、信息監(jiān)測(cè)與處理、異常用電分析等功能，為其他子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)用電信息支撐，滿足智能服務(wù)需求。同時(shí)，整合電動(dòng)汽車充電、分布式電源及儲(chǔ)能裝置接入的信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，將其統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào)調(diào)度，為智能用電社區(qū)提高基礎(chǔ)用電信息，有效地服務(wù)居民用戶多樣化的用電需求。電動(dòng)汽車充電、分布式電源及儲(chǔ)能裝置監(jiān)控系統(tǒng)完成電量計(jì)量、監(jiān)控管理功能，主要包括有序充電管理、分布式電源與儲(chǔ)能并網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行監(jiān)控，與營銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，完善用戶檔案管理。

③業(yè)務(wù)應(yīng)用層是電網(wǎng)與用戶互動(dòng)的有效載體，主要以雙向互動(dòng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，有效融合營銷業(yè)務(wù)、用電信息采集、配網(wǎng)自動(dòng)化、95598等工作子系統(tǒng)的多樣化業(yè)務(wù)，提供常規(guī)用電服務(wù)、智能用電服務(wù)和社會(huì)增值服務(wù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。智能用電子系統(tǒng)通過家居智能終端、95598網(wǎng)站等途徑給用戶提供靈活、多樣的雙向互動(dòng)服務(wù)，為用戶提供信息查詢、智能控制、用電輔助決策等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能用電的增值服務(wù)。配電自動(dòng)化子系統(tǒng)完成社區(qū)低壓配電系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)測(cè)控制、用戶故障自動(dòng)報(bào)修，提高供電可靠性和停電搶修的及時(shí)性，滿足用戶高質(zhì)量的用電需求。智能家居子系統(tǒng)通過自助用電服務(wù)終端繳納電費(fèi)，通過95598網(wǎng)站進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)電力光纖到戶，支持三網(wǎng)融合。

3 智能用電社區(qū)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

智能用電是智能電網(wǎng)發(fā)展的客觀要求，也是低碳智慧城市的外在表現(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，居民用戶期望居住社區(qū)能提供更低碳、節(jié)能、環(huán)保、便捷的供電服務(wù)，智能用電社區(qū)應(yīng)運(yùn)而生。然而，現(xiàn)階段的智能用電社區(qū)試點(diǎn)中，存在運(yùn)行管理技術(shù)滯后、設(shè)備集成技術(shù)不成熟等問題，無法滿足用戶多樣化的用電需求。因此，需要從技術(shù)內(nèi)涵的角度對(duì)智能用電社區(qū)的先進(jìn)通信設(shè)計(jì)、互動(dòng)服務(wù)技術(shù)、智能家居技術(shù)、分布式電源技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。

①先進(jìn)通信技術(shù)。先進(jìn)通信系統(tǒng)是智能用電社區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是智能用電社區(qū)的骨架。先進(jìn)通信技術(shù)是為系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行提供信息傳輸通道和技術(shù)保障。當(dāng)前的通信技術(shù)主要存在光纖復(fù)合低壓電纜技術(shù)、電力線寬帶通信技術(shù)、基于以太網(wǎng)方式的無源網(wǎng)絡(luò)光通信技術(shù)。通過運(yùn)用先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)與用戶的雙向互動(dòng)，獲取用戶側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有效引導(dǎo)用戶參與電網(wǎng)移峰填谷，提高終端用戶能源利用效率。

②互動(dòng)服務(wù)技術(shù)。互動(dòng)性是智能電網(wǎng)的重要特征之一。互動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)是電網(wǎng)與用戶友好交流的信息匯集地，也是構(gòu)建智能用電服務(wù)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能用電社區(qū)雙向互動(dòng)服務(wù)技術(shù)包含自助用電服務(wù)終端技術(shù)、95598互動(dòng)服務(wù)技術(shù)以及智能交互終端技術(shù)。通過運(yùn)用互動(dòng)服務(wù)技術(shù)可以提升現(xiàn)有用電服務(wù)水平，開展智能化用電業(yè)務(wù)應(yīng)用，為第三方開展其他社會(huì)增值服務(wù)提供有效的技術(shù)支撐。

③智能家居技術(shù)。在智能用電社區(qū)范圍內(nèi)，智能家居技術(shù)主要包括智能家電、智能插座、智能終端技術(shù)等。通過安裝智能交互終端、智能家電、智能插座、智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備，實(shí)時(shí)采集家用電器的用電信息，針對(duì)異常用電信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析，并上報(bào)處理信息。通過智能交互終端連接通信網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用95598網(wǎng)站、智能家居服務(wù)系統(tǒng)（平臺(tái)）完成智能家居用電信息的雙向遠(yuǎn)程管理任務(wù)，優(yōu)化居民用戶的生活方式，提升家居生活的舒適性與安全性。

④分布式電源技術(shù)。智能用電社區(qū)是有效接納清潔能源的載體。智能用電社區(qū)允許多種不同類型的發(fā)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)無縫接入，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)分布式電源的即插即用，從而形成微電網(wǎng)模式，具有并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種運(yùn)行方式。智能用電社區(qū)內(nèi)分布式電源（微電網(wǎng)）的關(guān)鍵技術(shù)主要有實(shí)時(shí)通信、能量管理、電力電子、故障檢測(cè)與繼電保護(hù)等技術(shù)。智能用電社區(qū)的微電網(wǎng)模式可以提高供電可靠性、電能質(zhì)量以及清潔能源的利用效率，還可以實(shí)現(xiàn)定制電力服務(wù)。

4 結(jié)論與展望

智能用電社區(qū)在實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)服務(wù)，滿足電動(dòng)汽車、分布式電源規(guī)模化接入需求，提高終端用戶能源利用效率等方面表現(xiàn)出很好的效益。世界各國立足于本國國情，積極開展著智能用電社區(qū)方面的研究。我國智能用電社區(qū)的研究從互動(dòng)服務(wù)促進(jìn)低碳發(fā)展的角度出發(fā)，通過關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了提高能源利用效率、促進(jìn)清潔能源發(fā)展的目標(biāo)，但是現(xiàn)階段仍存在一些問題，需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)、政策、管理等方面的研究與實(shí)踐，探索出適合我國國情的發(fā)展道路，促進(jìn)智能用電社區(qū)在我國的規(guī)模化推廣應(yīng)用。

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