電力用戶自動需求響應設備通信接入方案研究

張宏　祁兵　王皓

【摘要】 我國智能電網的建設已經逐步從單向的需求管理走向雙向互動的需求響應（DR），原有的電力通信網絡在用戶接入網處無法滿足未來需求，論文研究了DR系統的基本組成與通信架構，并就主流的接入網技術加以剖析，得出以PFTTH為基礎的光纖接入技術最為適合DR接入，實時性與安全性得以保障，更能夠為電力用戶提供豐富多彩的多媒體服務。

【關鍵詞】 需求響應 接入網 PFTTH

一、引言

需求響應（Demand Response，DR）指的是當供電成本升高時，電力企業可以通過對用戶的補償性行為降低負荷或暫時轉移負荷，保障供電穩定，緩解投資壓力，降低成本[1]。DR是傳統需求管理的演進，通過電網與用戶信息交互而非直接控制，完成用電負荷削減的過程。

DR所交換的信息不僅包括用戶的下行通知與上行響應，更包括了用戶實時用電數據、負荷能力等隱私信息。在DR復雜的信息交換需求下，公網通信難以保障用戶與電力企業的信息安全，而專網通信的成本又過于高昂，尋求一種中間的方案是理想的選擇。論文在保障電力企業對需求響應信號實時性的要求與用戶信息安全的基礎上，對符合國情的DR網絡結構做出一定研究。

二、典型DR組網方案研究

DR系統的典型方案如圖1所示，位于電力用戶側的設備包括DR系統控制設備、用電信息采集設備、用戶的交互設備三類。DR系統控制設備即用戶家庭中的遠程智能控制設備，可以通過來自電網或用戶的遠程指令控制自身的用電行為，進而增加或削減負荷，實現電網負荷的轉移；用電信息采集設備是以智能電表為主的具備通信接口的智能電量計算、采集裝置，典型的用電信息采集設備還包括用戶家庭中的智能插座、用電監測終端等具備計量功能的設備，在DR系統中，主要對用戶的節電行為進行監測與評估節電成果，為DR系統結算用戶激勵提供依據；用戶交互設備包括能夠連接互聯網或其他能夠參與DR過程的智能設備，主要包括電腦、手機、智能終端等的顯示部分，能夠獲取95598網站的電網供需形勢、檢修計劃、用電方案、電價補貼等經濟激勵方案，或是通過DR應用參與到實時需求響應中來，是用戶參與需求響應所必須的交互設備。在電網側，主要的系統或設備包括用電信息采集主站、供決策的DR服務器與發布信息的網頁服務器三類。DR服務器通過電網現有的系統信息分析，獲取電網狀態，并進行DR信號決策，最終將DR信號通過網絡發至用戶交互設備上。

現今，在電網與用戶之間的通信包括電力專網與Internet公網兩種網絡：專網承載電網關鍵信息，安全性和保密性十分出色，公網則相對開放提供更為通用、可擴展的服務。在DR系統中，二者能夠互相取長補短，因此在保障電網安全性的基礎上，在網絡接入處增加業務隔離網關，嚴格區分兩個網絡的數據流與業務流，保障電網安全。

三、電力用戶DR設備接入方案研究

目前通信領域接入網技術主要包括：數字用戶線路（DSL）、光纖接入技術（FTTx）、寬帶無線網絡三種，研究適合用戶DR設備的接入方案[2]。

數字用戶線路（DSL）是將數據經過調制解調器后通過電話線接入互聯網的一種接入技術。因其充分利用現有的電話線網絡資源，具備連接簡單、投資較小、接入方便等優點。目前國內運營商為用戶主要提供ADSL接入方案，形成不對稱信道。DSL技術應用于DR設備接入，有效降低網絡投資成本，但傳輸速率較低，不能滿足將來更為豐富的應用需求。

光纖接入技術（FTTx）是接入領域不可阻擋的方向，包括光纖到戶（FTTH）、光纖到路邊（FTTC）、光纖到辦公樓（FTTB）等。其損耗低、頻帶寬，能滿足DR系統對多業務的支撐，克服銅線電纜的限制因素，不受電磁干擾，保證了信號傳輸質量與可靠性。通過光纖復合低壓電纜（OPLC）將光纖隨著低壓電力線鋪設，實現電力光纖入戶（PFTTH）到戶，配合無源光網絡技術，承載用電信息采集、DR等雙向交互業務，能夠有效實現電信網、電力傳輸網、電視網、互聯網的多往融合，降低網絡建設的成本，從長遠的眼光看是性價比最高的技術之一[3]。

以WiMAX 、McWiLL、3G、LTE為代表的無線寬帶網絡，無需架設線纜、組網靈活、維護方便，可以隨時隨地接入網絡。但如果所有DR設備接入都采用無線的方法，由于頻段與帶寬的有限，無法滿足密集居住的用戶需求；無線信道還易受環境的影響，數據的可靠性也不如有線信道高，其固有的廣播特性也決定了信息的安全性只能通過加密來完成，對于電網私密信息的維護也具有潛在的危險，對用電信息采集、智能設備關鍵信息等安全性高、保密性強的信息不適宜使用無線信道接入。

XDSL在設備投資方面占有極大優勢，而且其性能介于光纖接入與無線接入之間，性價比較高，但其在接入速率無法滿足DR系統未來的需求；光纖接入以其高速率、高可靠性、低時延性、高安全性，在性能方面具有壓倒性優勢，設備過于昂貴成為制約的最主要因素，但在未來政策引導與科技進步的作用下，PFTTH的長遠技術性價比最高；無線接入技術以其靈活組網、隨時隨地接入的優點，可以作為有線接入的一種補充，在有線無法到達或是成本過高的地區可以靈活采用。

四、結論

在DR中，用戶不在是被動價格接受者，更是可能通過競價的形式主動參與市場競爭并獲得相應的經濟利益，雙向互動的新通信形式勢必對現有電力用戶通信提出更高要求。基于PFTTH的光纖接入方式不僅能夠滿足用電信息采集、DR等雙向交互業務的實時性要求，更是可以實現電信網、電力傳輸網、電視網、互聯網的多往融合，降低網絡建設的成本，對電力用戶有著重要意義。