智能用电技术（共12篇）
智能用电技术 篇1
电能的广泛应用使人类社会发生了巨大的变革, 使人们的生活变得丰富多彩。随着社会的发展和科学技术的进步, 电力资源已经成为人们日常生活中必不可少的一部分, 电能已渗透到社会生产和生活的每一个角落。居民在家庭里使用的电视、空调、冰箱洗衣机、电饭煲和照明用的电灯等家用电器设备正常工作时都离不开电。
随着社会的发展和家庭经济条件的改善, 家庭中大功率用电设备越来越多, 加上人们的节电意识淡薄, 很多电能都得不到充分的利用。当人们在不断消耗电力能源并享受生活的同时, 电能浪费与环境污染的问题变得越来越突出。在我们这样一个以火力发电为主的国家, 如果电能的需求大幅增加, 必然造成环境污染的加剧。如何节约用电显得尤为重要, 这要求我们在用电系统中充分采用智能用电技术, 做到智能节电, 使单位用电发挥最大效益。
1 智能电网技术
智能电网技术是采用数字化信息网络将电能开发、转换、输电、配电与供电等环节串在一起, 实现高效、环保、节能、可靠和稳定的现代化电网建设技术, 它主要包括发电、输电、变电、配电及用电等环节。如智能变电站技术、智能馈线自动化技术、智能配电终端、智能调度技术和智能用电技术等。
智能用电技术是智能电网技术的重要组成部分, 是最能体现智能电网电能、业务和信息双向互动的环节, 也是电网实现营销现代化的基础。国外许多供电部门都将智能用电技术摆在了非常重要的地位。用电系统的智能化已经成为我国电网发展的必然趋势, 它将谱写电网建设的新篇章, 具有重要的现实意义。
(1) 具有强大的资源优化配置的功能。智能电网可以实现水电、煤电、核电与大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送, 提升电能在区域间交换的能力。如形成强交、强直的特高压输电网络。
(2) 具有更高的安全稳定性。电网各级防线之间紧密协调, 可以大幅提升电网的安全稳定性和供电系统的可靠性, 能有效应对突发性事件, 减少停电损失。
(3) 能够实现电网调度的高度智能化。智能调度技术能够实现电网智能的在线分析、预警和决策, 以及对各种电气设备的调控、交直流混合电网的精益化控制等功能。
(4) 能够对电网实现信息化管理和电能的高效利用。通过智能电网调度和需求管理技术, 实现电网数据的信息化管理、生产运行维护和调度等功能, 可以全面实现电网管理的信息化, 并提高电网资产的利用率。
(5) 可促进清洁能源的发展。智能电网技术还可以对风电等清洁能源的发电机组进行功率预测、动态建模、有功无功控制和快速调节。大幅提高了电力企业对清洁能源进行并网运行的控制能力, 为更加经济、高效、可靠的利用清洁能源提供了保障。
2 智能用电信息管理系统
智能用电信息管理系统是能够采集、处理、分析和存储电能的计量值, 并能与其它系统进行数据信息交换的计算机管理系统。通常包括智能用电管理主站系统与子站系统, 两者之间能够进行数据的传递和交换。
2.1 智能用电管理主站系统
智能用电管理主站系统通常置于区级电力公司的调度中心, 负责对某个片区的用电量信息进行管理。它收集、存储并智能分析来自用户的实时用电信息, 为智能电网营销系统的实施提供技术保障, 在一定程度上可实现电网负荷的预测与平峰填谷的调节。
2.2 智能用电管理子站系统
智能用电管理子站系统通常置于小区或者辖区所属的变电所, 负责对辖区内的用电量信息进行管理。它监视辖区的实时用电信息, 完成辖区内的收费、设备维护、用户需求的响应或用户的投诉等日常业务。
电网公司通过智能用电信息管理系统, 可以有效的进行负荷预测, 并在一定程度上实施平峰填谷的调节。将构建的用电设备模型和历史数据与实时用电数据进行对比分析, 可提高线路故障定位与预警的能力, 提高了供电的效率与质量, 有效的降低了供电成本。
3 智能用电终端与智能电器
用户与电网之间通过智能用电终端进行信息的交互。如随时查看分类的用电设备以及它们的用电量, 利用远程控制技术对用电设备进行自动化调节和控制, 可获取自己所需要的由电网推荐给用户的最佳用电方案等。
3.1 智能用电终端
智能用电终端是室内用电设备的集中管理器。它通过无线网络对家里的智能用电设备进行监控, 不仅能满足用户在线监控和任务设定的功能, 还可以根据用户的需求对来自电网的信息进行综合分析与判断, 完成对用电设备的综合管理。
智能电器能够与智能用电终端之间通过无线传输方式进行数据交换, 提供具体的用电量信息, 并执行智能用电终端发出的指令, 以控制和调整用电设备的运行。智能电器及插座技术能够实现服务、信息和资源的高度共享, 为用户提供更加安全、舒适、方便的智能化信息服务。
3.2 智能电器
随着智能用电技术的发展, 传统的家用电器正被智能电器逐步代替。智能电器技术集信息、控制、网络和计算机技术为一体, 能够为用户提供有效、便捷、舒适的家居生活, 还能与智能用电终端之间进行信息交换, 优化了对家用电器的智能化管理。
智能家用电器不仅能够接受电力企业和智能用电终端发来的信息, 还能对电器设备的用电量信息进行分析和实时显示。通过与电力企业之间的数据交换, 能达到智能化用电管理的目的。因此, 智能电器技术既可以使家电设备高度的信息化, 又具有高效节能的作用。
3.3 智能插座
家用电器设备的待机能耗是一个容易被忽视的问题。根据有关部门调查显示, 我国城市每个家庭的平均待机能耗约为15~30W, 浪费极大。智能插座技术的出现, 可以对家庭用电实现智能化控制, 适应智能电网技术的需求, 更好的建设资源节约型社会。
与普通插座相比, 智能插座集信息、通信、网络和电子技术于一体。通常由电源、监测与控制系统、通信系统与显示系统五部分组成。它可以监测和显示电源的电压、电流、频率及工作环境的温度, 能与普通的工作状态进行切换, 能自动实现功率的分配与负载准入、过流或过压保护, 并能实现家庭信息的采集与监控。
采用智能插座技术后, 可以利用无线电遥控方式来设定不同的家庭情景模式。例如, 自动调节室内灯光亮暗、电视机能够自动打开或关闭等。家中所有电器设备的电源开关都能够得到智能化控制。
4 结束语
随着居民生活水平的提高和条件的改善, 智能用电系统的使用范围越来越广泛。智能用电系统促进了电力资源的合理分配, 可以缓解资源短缺和环境污染等问题, 对我国可持续发展的环保事业具有重要意义。
摘要：随着社会的发展和大功率用电设备的广泛使用, 电力资源浪费与环境污染的问题变得越来越突出。对智能用电技术进行探讨, 促进电力资源的合理分配, 缓解资源短缺和环境污染等问题。
关键词：智能用电,智能终端,智能电器
参考文献
[1]陈辉, 余南华, 陈炯聪, 探讨智能用电技术的应用[J].广东电力, 2011, 1:82-86.[1]陈辉, 余南华, 陈炯聪, 探讨智能用电技术的应用[J].广东电力, 2011, 1:82-86.
[2]温铁钝, 孙键国, 张天宏.无线遥控智能插座的设计[J].测控技术, 2003, 22 (10) :53-55.[2]温铁钝, 孙键国, 张天宏.无线遥控智能插座的设计[J].测控技术, 2003, 22 (10) :53-55.
[3]王哲.智能电网涉及的关键技术[J].电源技术应用, 2009, 12 (10) :65-67.[3]王哲.智能电网涉及的关键技术[J].电源技术应用, 2009, 12 (10) :65-67.
智能用电技术 篇2
摘 要：社会进步和经济发展的过程中， 国家生产活动不断增加， 用户的用电量也出现明显的增长趋势， 在此过程中， 多元化用电需求进一步增加， 因而新时期的供电要求不仅是满足人们基本的生活、生产所需， 同时要求满足保护环境和节能减排等要求。基于此需要对用于用电量、用电行为和用电方向等进行分析， 为功能供电服务提供科学借鉴， 同时对供电量和供电方向等进行合理调整。
关键词：云计算； 用电； 智能； 应用； 方法； 要点； 分析；
针对我国电量使用情况， 统计和分析用户电量的使用数据， 在云计算技术基础上实行聚类算法分析， 建立电荷分析模型， 深度发掘用户类型， 为电网公司的供电计划制定提供依据， 提高电力资源的使用效率和使用价值。
1、云计算技术与用户用电智能分析
1.1、云计算技术分析
现代互联网技术和计算机技术的兴起与发展促进云计算技术的应用， 云计算技术是在互联网使用基础上增加相关服务， 完成多种不同交付模式的使用， 在此过程中包括使用互联网动态交易模式完成虚拟化资源的扩展。[1]电信网络中云计算技术可以抽象化的表示底层基础设施和互联网， 应用云计算技术能够在短时间内完成较高亿次运算， 用户直接通过手机、笔记本和电脑等完成数据中心的.接入， 按照实际需要进行相应数据的统计、分析和运算。云计算技术在电网、天气和核爆炸等领域具有极强的数据处理能力， 在一定的技术标准下， 云计算技术应用是有用量划分的付费模式的， 从而保证实用、便捷和适用的网络访问服务， 计算资源在可配置的情况下能够在共享池内被快速提供、提升。其中共享池资源类型主要包括服务、存储、网络、软件应用和服务器等， 总体管理工作和服务供应商之间的交互较少。[2]
1.2、用户用电数据处理
国民经济在快速增长过程中对电力资源的使用需求不断加大， 电力系统接入关键设备和技术后， 导致用户电量使用的数据信息量也加大。例如以电力资源家庭用户为例， 历史信息数据内容包括小区门号、家庭住址、电表号、抄电量日期、用电量等， 其中温度、天气和用电时长、家电类别等均属于需要记录和统计的信息。在整合和分析用户电量数据的基础上可以根据电量指标建立起一个相对完善的数据表， 存储用户基本信息， 结合用户总用电量、电表序号、设备ID和用电时长等建立数据模型， 对用户的用电行为、实际用电需求等进行分析。另外针对用户用电情况， 可以在数据模型和数据库应用基础上完成个性化分析， 这其中需要综合使用聚类算法和云计算技术， 划分方法为经典的K-means法， 设计出框架图。其中框架图主要包括行为分析、数据采集和数据处理等模块内容， 在相应的模块内容中输入用户数据， 通过云计算技术传输信息， 完成最终的数据存储和数据处理， 奠定后期的用户用电行为分析基础。[3]
2、云计算技术在用户用电智能分析中应用
2.1、聚类算法
在K-means法应用中主要的程序步骤是采集相关数据， 在聚类中心完成初始化处理， 需要注意的是， 聚类中心和计算的样本点之间需要保证欧式聚类， 根据其类别在聚类计算中心重新完成运算。应用K-means算法能够进行较大规模的数据采集、开发和运算管理， 其运算过程逻辑严谨， 运算结果准确可靠， 兼具扩容能力强和运作高效的特点。由于云计算技术的文件系统和计算平台属于分布式， 完成数据库信息存储后， 需要通过SQL接口完成数据分析， 总的运算阶段包括数据集的模型输入、中间集计算结果输入和最终的层级合并阶段。K-means计算中对应键归类后需要保证相同值的输入， 在数据重新标记中保证云计算平台内部文件系统运行通畅， 算法迭代直至收敛。
2.2、权重计算
在聚类分析的基础上需要在不同的数据集合中按照相似性原则搜索数据对象， 计算相似数据的相似程度， 从某种程度上来说， 云计算技术应用中的聚类分析算法相当于相似性测算法， 且这种测出的相似度更加具有可信性和可行性， 数据形式较为新颖。[4]关于用户用电智能分析中采用云计算技术可以对用户基本数据信息予以采集、存储和管理， 对于数据库中的用电峰值、谷电系数、平段百分比和负荷率等均可进行特征比较。在此过程中对其进行权重计算需要将选取的特征量建立向量矩阵， 计算特征指标可以使用熵权法， 标准化处理权重矩阵。用户用电量分析属于一项系统性和复杂化的数据统计、分析工作， 应用云计算技术实行数据量的权重计算要保证矩阵标准状态计算出后与实际的用电数据分类相适应。
2.3、数据分析和结果模拟
用户用电量分析过程中需要完成基础数据采集、分类和输入工作， 在此过程中需要针对实际出现的用户类型特征对其用电行为进行基本划分， 划分类别名， 研究用电特征。例如在小区用户用电中， 常见的用户类别包括空置房、老人、上班族、商用和老人加上班族结合模式。空置房总体用电量较低， 电量使用起伏不大；而老人由于年龄、生活活动特征， 总体用电趋势稳定， 下午用电较多， 晚上用电较少；上班族用电起伏大， 晚上用电较多；商用用户用电量大， 几乎没有用电低谷和用电高峰之分；老人加上班族结合模式下属于混合居住的家庭类型， 用电量较大。基于此， 在电量使用分析过程中应用云计算技术需要对主要的用户类别进行分类划分， 建立数据模型、统一比较分析。[5]
3、结语
电力资源在不同领域应用广泛， 在传统行业中电力资源的应用作用明显， 但是用户群体的划分不同， 其用电方式以及电力资源价值体现也不同。云计算技术在用户用电智能分析中， 能够在数据平台上针对多种不同的用户类别和用户特征展开分析， 提高数据运算的效率和准确度。
参考文献：
[1]庄绪强。基于云计算技术的用户用电智能分析技术研究[J].自动化与仪器仪表， 2016, 02:187-189.
[2]朱国富， 张晓东， 闫书芳， 赵军平。基于电力用户用电信息采集系统的智能售用电管理系统的应用及技术[J].电测与仪表， 2015, S1:13-16
厦门智能用电园区的解决方案 篇3
关键词：智能园区；智能用电；互动平台
中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0009-02
1 智能用电现状概述
智能用电是依托坚强电网和现代管理理念，利用先进智能量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，构建电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系，达到市场响应迅速、计量公正准确、数据采集实时、收费方式多样、服务高效便捷的目标。智能用电园区建设就是基于上述智能用电关键技术，实现信息在电力系统基础设施和高级应用中的深度渗透。
2 智能用电园区的解决方案
2.1 智能用电园区的建设内容
智能用电园区主要建设内容为用户能源管理系统，根据不同的应用功能分别部署在电网侧主站端、园区侧子站与园区企业侧子站，主体用户有三类分别为电网、园区管理者、园区内企业，如图1所示。系统分为四个模块：智能用电园区通信网络、智能用电服务子系统、智能信息互动服务平台、统一展示平台。
四大模块的功能如下：
①通信网络实现电网侧、园区侧与园区内企业之间的数据传输和通信，是用户能源管理系统应用的基础条件。
②智能用电服务子系统实现对园区企业内具体用能设备的监控，智能化决策用能方式的应用。
③互动服务平台强调是用能信息的双向互动，针对园区用电特性和客户需求的不同，实现电量电费的信息查询、信息定制与推送、业务办理、负荷监测、用电咨询等服务，满足园区内企业的智能化需求，互动示意图如图2所示。
④统一展示平台利用园区内新建的通信网络与电力公司原有网络的无缝融合，将采集的终端信息、用户的基本情况、园区用电结构、园区用电负荷、电力公司能源管理政策等信息，通过各类移动终端实时展示。
2.2 智能园区的技术方案
智能用电园区通信网络子系统（光纤网络），电力公司侧主站（电力公司用能管理主站）、园区子站（包含园区子站用能管理系统和展示平台子系统）、企业子站（包含企业内部现场用能采集设备及网络、智能交互终端和企业用能管理子站）、智能信息互动服务平台贯穿于整个系统，形成完整采集、监测、分析、控制体系。
2.2.1 通信网络
园区光纤通信网络主要通过应用服务器、接口服务器、各种中继器、终端、监控计算机组成。所使用的通信协议见表1。
2.2.2 智能用电服务子系统
本子系统主要对用电设备、负荷运行状态等用能信息，建立完善能耗监测系统，为能效分析平台提供详细的第一手企业用能数据，方便第三方专业厂商有针对性地对用户能效分析评估或为节能服务提供有效支撑，方便政府对企业用能情况进行对比，为出台新的用能政策提供佐证数据。
2.2.3 智能信息互动服务平台
采用统一的应用集成平台与营销业务应用、95598互动平台、用电信息采集等进行数据交换和通信，实现电力资讯、服务指南、停电公告、绿色电能、政策法规、自助营业厅、互动服务中心、智能用电等功能。
2.2.4 统一展示平台
统一展示平台可由多点触摸互动显示屏、移动终端等设备构成，实现园区信息的综合展示，展示信息包括园区配网自动化、用能信息采集、企业用能信息、企业设备运行状态等内容。
3 厦门智能用电园区试点建设
3.1 厦门智能用电园区建设
厦门某高新技术园区位于厦门本岛东北部五缘湾片区，总建筑面积约260万m2，园区主要功能定位为高新技术园区和企业营运中心。
规划电源为一座220 kV变电站和一座110 kV变电站。园区内划分为6个供电分区，规划设置10 kV开关站12座，电源切换单元5座，预测园区最大10 kV负荷为8.8万 kW。
园区涵盖用户类型典型，规模达标，是很好的智能用电资源。根据园区内企业的用电情况和节能空间，选取了2家节能潜力和节能意愿比较大的企业用户参与，所选用户分别为某全球家居生活大卖场和某贵金属研发中心。
3.2 试点企业的改造内容
某全球家居生活大卖场重新规划设计了整个大楼的电能量测体系，量测体系按照三级布控的原则，分为低压变压器出口一级计量，低压配电室负荷出线汇总处安装二级计量，重要负荷终端安装三级计量，通过改造可以有效地为企业提供实时用电信息，便于提升企业用电管理水平。
某贵金属研发中心利用用户已建能源管理系统的设施，对部分重要支路加装能够检测电能质量的表计，具体加装情况为：在2#变压器支路的几台用电负荷较大的烧结炉的出线加装2块电能质量表，在4#变压器支路的自动磁场压机和日本双室横型蒸汽处理炉处加装2块电能质量表，建设信息通讯通道汇入到现有系统通讯通道，实现对用户的电能质量重点监测的目标。采集和控制设备安装如图3所示。
4 结 语
本文主要介绍了智能用电园区用户能源管理集成系统的技术解决方案，同时介绍了智能用电在厦门某高新技术园区应用情况。本次试点项目建设的用户能源管理系统实现对厦门某高新技术园区内企业大型耗能的空调、变配电系统、照明系统等设备统一调度，集成优化，满足用户随外界环境条件变化自动调节用能方式，支撑电网绿色高效运行。
参考文献：
[1] 黄莉，卫志农.智能用电互动体系和运营模式研究[J].电网技术，2013，（8）.
智能用电小区及其关键技术研究 篇4
随着经济的不断发展和科技水平的不断提高,先进的通信、信息和控制技术渗入到生活的各个领域,同时改变了人们的生活理念,影响了生活习惯,提高了生活品质。同时,人们也开始追求智能化和信息化的居住环境,营造安全、舒适、高效和便捷的绿色住宅,在这种形势下,智能用电小区应运而生[1]。
智能住宅的概念在欧美等发达国家得到了广泛认同和发展。美国政府围绕智能电网建设,在创造高渗透性能源配送和充电网络条件的过程中发展安全、高效和可靠性强的保护和控制性技术,发展运作支持工具技术等[2]。
2006年法国、比利时、德国等欧盟国家选择1000户家庭住宅进行以住宅节能和减少碳排放为目标的实证研究[3,4]。在日本开展的智能家居研究项目中,主要实现家庭能源管理系统[5]。2008年荷兰阿姆斯特丹启动了智能用电小区相关建设工作,包括智能供用电、智能表计、电动汽车充电站、太阳能屋顶、LED路灯改造等17项试点工作[6]。
近几年,我国智能住宅小区的发展很快,国家电网公司提出智能电网概念并积极开展智能小区相关的各类技术研究[7]。2009年6月,国家电网公司在北京、浙江开展以光纤和电力线宽带等通信技术构筑的网络为基础的示范展示工作。2010年在重庆、上海、河北等地开展了智能用电小区的试点工程建设,并取得一系列的成果[8]。
智能用电小区是适应分布式电源广泛应用、电动汽车充电装置发展、居民和小区物业对供电服务日趋多样的要求,以及现代控制技术应用和国家“三网融合”战略的实施而发展起来的现代化居住示范区。为居民和物业提供安全可靠、清洁环保和便捷高效的居住场所,集中展现智能用电成果,提高小区内能源利用效率[9]。
目前我国智能电网第一阶段建设已经完美收官,多个智能小区示范工程建设完成并投入运行,但智能用电小区还存在系统集成性低、互动性低、硬件环境复杂、管理混乱等诸多问题。本文从研究智能电网如何应用于居住区和探索智能用电小区建设目标的角度出发,将智能用电小区内所有系统集成到统一平台上,提出智能用电小区综合应用互动集成系统,详细阐述了智能用电小区的系统架构、通信网络建设及智能用电小区关键技术。
1 智能用电小区的内涵及建设目标
1.1 智能用电小区的内涵
智能用电是智能电网的重要组成部分,智能用电技术的快速发展,赋予了智能小区新的内涵,开展智能小区试点建设工作,是为了探索我国智能小区的发展方向和建设模式,应用和验证关键技术,展示智能电网研究成果,达到宣传智能用电先进理念、提升供电服务水平和促进智能小区有序发展的目的[10,11,12,13]。
1.2 智能用电小区的建设目标
智能用电小区实现对小区内电力应用及社区应用无盲点的监测和控制,实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用。智能用电小区充分展示国网公司在智能配电、清洁能源开发、智能用电、智能家居、用能综合利用及用能管理方面的能力、实力及效果让居民最终感受到智能电网带来的生活品质的提高,进而引导相关应用的规范、有序发展,深入推进智能配用电的研究、建设和发展。
1.2.1 实现电网与客户互动,提供多样化供电服务
统筹应用实施95598互动网站、用电信息采集系统、客户用能服务系统、分布式电源与储能管理系统、电动汽车充电管理系统、营销业务应用系统等,通过电脑、自助终端、智能交互终端、智能监控终端、电话、手机等互动渠道,为居民客户提供多样化供电服务。
1.2.2 实现能效智能化管理,提高终端用能效率
及时响应客户自由用电需求,为居民家庭、小区公共设施提供科学用电指导;客户可根据电网发布的实时电价信息和负荷信息,选择最佳用能方案,自主做出用电需求响应;加快高耗电产品淘汰和节电新产品、智能电器的推广应用,实现家用电器实时监测和运行智能控制;降低居住区整体能耗,提高终端用能效率和电能占终端能源消费的比重。
1.2.3 开展增值服务,探索电力光纤到户商业运营模式
采用光纤复合低压电缆等技术,构建小区通信信息网络,积极开展增值服务,拓宽营销服务市场,提升供电服务能力和水平;服务国家“三网融合”战略的实施,积极探索电力光纤到户的商业运营模式。
2 综合应用互动集成系统
智能用电小区综合应用互动集成系统是一套大型应用集成系统,将整个智能用电小区用到的系统集成到统一平台上。系统的集成解决了多套系统硬件环境复杂、管理混乱的问题,方便用户使用和管理者管理。
2.1 系统硬件结构
综合应用互动集成系统的硬件主要包括一个一台前置/SCADA服务器、一台数据服务器、一台WEB发布服务器、三台交换机、一台硬件防火墙和一台纵向安全认证装置。
综合应用互动集成系统硬件分布在二个安全区中:电力网安全区和公网区,两者之间通过一个防火墙进行安全隔离,系统硬件结构如图1所示。
2.2 系统软件结构
综合应用互动集成系统的软件由操作系统、服务应用平台和信息发布平台共三个层次组成。其中:操作系统包括Unix、Linux和Windows;服务应用平台主要负责数据采集和处理;服务应用平台包括基本的通用业务服务和具体业务处理两部分,信息发布平台采用B/S结构,实现人机接口界面,系统软件层次结构如图2所示。
3 智能用电小区通信网络
智能小区系统架构是在通信网络支撑下由各业务系统相互关联而构成的。小区网络建设分为电力专网和电力公网两种。电力专网为电力业务提供通信支撑网络,各信息采集点均实现了光纤接入,提供宽带通信网络。电力公网为小区用户实现智能家居、Internet、电话等业务提供通信网络平台,两种网络分别建立一套光纤网络,采用同缆不同芯的方式建设两套EPON系统,使两种业务实现物理隔离,保证数据传输安全、稳定。总体结构分为主站系统、变电站、小区配电室和业务接入点四层,如图3所示。
4 智能用电小区关键技术
智能电网条件下智能小区关键技术包括6种业务功能和1个综合管理系统,分别为综合应用互动集成系统、用电信息采集、小区配电自动化、分布式电源接入、电动汽车充电桩、智能家居、智能社区和综合应用互动集成系统。
4.1 小区配电自动化
智能配电是智能电网建设各类成果在用户端的集中体现,是联系电力用户和智能电网的枢纽,是智能电网优越性的最终体现环节,应实现的功能如下:
(1) 小区配电系统运行监控 实现小区配电系统及公共用电设施的遥信、遥测、遥控等,实现运行监控信息的图形化管理和状态自动报警功能。
(2) 故障自动检测与隔离 小区配电自动化系统对配电系统的故障进行自动诊断和自动隔离,以减少故障停电范围,恢复非故障段供电。及时告知小区用户故障信息,并协调各部门进行故障处理。
4.2 分布式电源
小区分布式电源是小区微电网的重要组成部分,分布式电源的可靠接入是配电网系统的有益补充。小区微电网是小区各种分布式电源、储能单元、负荷监控以及保护装置组成的集合体,应实现的功能如下:
(1) 小区分布式能源系统运行监控 实现小区光伏发电、储能的遥信、遥测、遥控等,实现运行监控信息的图形化管理和状态自动报警功能。
(2) 分布式能源系统运行模式控制 微电网从并网模式切换到独立运行模式,以及微电网从独立运行模式重新切换回并网模式;并网设置上限模式,储能削峰填谷模式之间的切换,各种运行模式下定值和计划值的修改。
(3) 小区分布式能源系统运行统计 统计分布式能源的小时、日、月和年度发电量,各种累计发电量,各种运行统计,储能转换效率,储能充放电计量统计。
4.3 电动汽车充电桩
根据智能用电小区的建设需求并结合国网公司“统一标准、统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”的电动汽车充电设施的建设原则,实现充电桩监控信息的集中传输,完成信息与综合应用互动集成系统下电动汽车充电桩管理子系统的互联,应实现的功能如下:
(1) 充电桩控制调节功能 系统向充电桩下发控制命令,遥控充电机起停、校时、紧急停机、远方设定充电参数等,系统可以按照预定策略选择定时、定额等方式对电动汽车充电进行控制管理。
(2) 充电数据采集功能 采集充电桩工作状态、故障信号、功率、电压、电流等。
(3) 图形化操作界面 系统可以显示充电数据实时(以及历史)曲线图、棒图、系统运行工况图(包括充电机运行状态、通道状态)、实时数据表格等不同种类的画面。
4.4 智能家居交互
智能家居以住宅为平台,利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术和无线技术,提供友好的智能家居远程管理界面将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。智能用能服务系统是智能电网用电能效提升的关键,应实现的功能如下:
(1) 提供智能家居用能信息的查询 支持以日、月、年和时间段的查询方式,查询的用能信息结果以曲线图、棒图、饼图和表格数据的形式展现。
(2) 提供用能分析结果查询 通过用能分析界面可以查询智能家居的用能比例、用能同比、分时用能、阶梯用能和用能评测。
(3) 根据智能家居的用能情况 综合阶梯峰谷电价、小区气象环境、分布式电源接入、家居待机能耗、用户用电习惯等因素,提供用能建议和用能策略;实现能耗远程分析,让能源管理不再受地域和时间的限制。
5 结束语
本文在明确智能用电小区建设目标的基础上提出了智能用电小区的综合应用互动集成系统架构、通信网络结构和关键技术。研究成果已经有了实际应用的实例,为智能用电小区建设提供了重要参考,目前综合应用互动集成系统用于智能用电小区试点工程建设,在今后的研究中还需要对系统进一步优化,一方面提升系统性能,另一方面加强智能用电服务系统与小区智能系统集成,实现互联互通、业务协调和信息共享。
摘要：在分析智能小区研究现状的基础上,综合智能电网的先进技术,明确了智能用电小区的内涵与建设目标;提出了一种综合应用互动集成系统,整个系统是在通信网络支撑下由各业务系统相互关联而构成的;对智能用电小区信息流、业务流进行分析梳理,详细阐述了智能用电小区的通信网络、综合应用互动集成系统及配电自动化、分布式电源、电动汽车充电桩、智能家居等技术的功能要求。
智能用电技术 篇5
学校为加强安全用电的管理，提高广大同学节约用电的意识，消除用电隐患，在宿舍楼内安装了智能用电管理系统。该系统自使用以来，取得了不错的效果，基本杜绝了使用违禁电器的现象，保证了同学们的用电安全。但智能用电系统也存在着性能不稳定、莫名断电等问题，针对这一情况，校研究生会设计了100份问卷，组织成员发放到各个研究生宿舍，做了一次详细而全面的调查。具体调
查情况总结如下：
一、断电频率
35%的宿舍从未断过，47%的宿舍偶尔断电，18%宿舍断电较频繁。
二、断电时电器的使用情况
少部分女生宿舍因使用暖手宝、吹风机而断电，很多宿舍反映，用电
系统会莫名断电，即使是使用饮水机、电灯、电视、电脑等安全电器（一般是同时使用以上电器的两种或两种以上）。例如有四个宿舍反应，同时
开灯和饮水机也会断电。
三、断电时电器的损坏情况
大部分宿舍没有因断电而损坏用电器。九号楼一女生宿舍因断电导致
手机电池损坏。四号楼404反应，断电造成电视机损坏。另外几个宿舍因断电而导致电脑显卡损坏。断电对电脑的损害较严重，这是大部分同学担
心的问题。
四、对供电系统的建议
大部分同学对用电系统在限制违禁电器的使用方面给予了正面评价，同时也提出了一些意见和建议。具体有以下几点：
1、供电系统的性能有待改进，希望更稳定一些，减少莫名断电的次数。
2、大部分同学反应200W的功率有点低，超额用电一月交费一次比较麻
烦，建议期末结算。另外，部分同学反映电费过高。
3、三、四号楼离K楼开水房较远，同学们冬天打水很不方便，建议重新
修缮并启用第一食堂和第二食堂开水房。
4、考虑到冬天天气较冷和女生个人因素，大部分女生要求可以使用较小
功率的吹风机和暖手宝。
校研究生会生活部
2009-11-8
问题答复
2009年11月12日，校团委联合后勤保障处在大学生第二活动室召开了“职能
供电系统调查座谈会”，讨论了以上问题。学校有关领导答复如下：1.关于吹风机问题。在浴池安装吹风机供同学们使用。并且在每个女生宿舍楼
一楼大厅安装公用插孔，供同学们使用吹风机。
2.关于饮水机问题。饮水机属于发热电器，功率较大，刚开饮水机的时候可能
会造成断电现象，这是正常的。断电后，应关闭所有的电源，首先关掉饮水
机和电视，然后是其他的电源。等待几分钟即可自动送电。
3.断电对电器的影响。断电不会对电器，尤其是电脑产生损坏。
4.电压问题。学校控制的电压为200w，是指发热电器的电压不能超过200w，即
不能使用电吹风、暖手宝、热得快等电器。
5.关于开水问题。针对1、2、3号楼打开水难的问题，学校在第二学生餐厅特
智能用电技术 篇6
[关键词]窃电检查；智能用电检查仪；应用
一、前言
窃电问题是困扰众多电力企业的重要难题，同时也是影响电力企业经济效益的重要原因。近年来，我国许多电力企业针对反窃电技术的研究取得了很大的进展，尤其是智能用电检查仪在窃电检查工作中的应用，能够实现用电的智能化检查和管理，并为电力用户人性化的供电服务，智能用电检查仪在窃电检查中的应用已经成为一种必然趋势。因此，文章针对窃电检查中智能用电检查仪应用的研究具有非常重要的现实意义。
二、用电检查工作现状分析
近年来，人们对电能的需求量不断提高，电网建设进程不断加快、规模逐渐增大，但是用电检查工作却跟不上电网建设进程，存在用电检查人员数量不足、管理水平较低、思想意识不足等问题，严重影响用电检查水平和效率；用电检查工作缺乏规范的流程，存在很大的随意性；在用电检查的过程中发现窃电行为，由于过高的执法成本会影响电力企业的经济效益；用电检查过程中，一些检查项目会威胁检查人员的安全；由于用电检查工作人员素质水平较低，很难获得准确的窃电证据，导致窃电行为屡见不鲜。
三、智能用电检查仪在窃电检查中的应用分析
1、智能用电检查系统的构成
智能用电检查系统主要包括主站应用层、网络层、数据感知层、掌上终端，其核心是主站应用层，由大客户检查管理服务器、用电进网管理服务器、安全认证管理服务器、窃电管理服务器以及通信管理服务器等部分组成，主要任务是进行用电安全检查业务的处理；网络层的功能包括下发和上传数据；数据感知层主要包括微电网能量管理系统、电动汽车充电桩管理系统等，主要任务是进行用电安全检查数据采集；掌上终端结构设计图如图1所示，用于用电检查计划执行、用电信息记录等，显著提高用电检查效率。智能用电检查系统在窃电检查中的应用，能够实现对大客户周期检查管理、用电进网管理、窃电管理以及通信管理等，及时、准确的发现是否存在窃电现象。智能用电检查仪作为智能用电检查系统的重要组成部分，能够为用电检查人员提供真实、准确的信息，并且用电检查人员通过手机能够了解电网的实际状况，边缘窃电案件的检查、取证以及处理等。
2、智能化管理
智能用电检查仪是智能化设备的典型应用，能够为用电检查人员提供人性化的服务。智能用电检查仪对电网运行状况进行全面、实时的监控，并根据采集的数据信息了解电网的能耗状况，用电检查人员根据智能用电检查仪提供的数据，制定最佳的用电优化方案，然后自动实施，这对于实现电网的智能化、自动化管理具有非常重要的作用。智能用电检查仪在窃电检查以及其他项目中具有非常广泛的应用，既能够缩短管理距离，又能够缩短空间距离，对于实现电网以及窃电检查的智能化管理具有非常重要的作用。
3、优化源能源配置，规范用电秩序
充分利用智能用电检查仪的功能，能够实现对电力用户用电状况的全面、动态检查，进而为用户提供可靠的信息，有效降低能源消耗。智能用电检查仪在分布式发电设备的应用越来越广泛，并且能够为发电、用电提出合理、有效的建议，实现用户效益的最大化。随着智能用电检查仪的广泛推广和应用，其功能也呈多样化方向发展，对于优化能源配置以及规范用电秩序具有非常重要的作用。同时，智能用电检查仪还可以准确预测电力负荷，为热门播报提供可靠的参考，对能源配置以及新能源的调度和利用提供可靠的参考，例如，风能、太阳能等系能源，智能用电检查仪能够对系能源的运行状况进行全面、实时检查，获得准确的数据信息，这对于提高能源利用率、节约能源等具有非常重要的作用。
4、提高负荷预测的准确度
精确度直接影响整个电网的运行安全，一旦检查仪精确度出现问题或者疏漏，将会导致严重的问题，甚至是整个电网的瘫痪，造成严重的经济损失。智能用电检查仪能够显著提高电力负荷预测准确度，并且智能用电检查仪具有完全图形化界面、良好的人机界面，真彩色显示，并且在最短的时间内将采集的用电数据信息传递给用电检查人员，为用电决策和计划的制定提供可靠的参考。提高负荷预测的准确度，能够有效降低意外事故发生的概率，降低电网的备用容量，显著提高电力企业的经济效益和社会效益。
5、智能用电检查仪的保养和维护
智能用电检查仪是一种高科技产物，能够实现对电网的一体化、自动化和智能化检测，并且能够根据用户的实际状况，制定统一、完善的信息管理系统，运用程序处理环节、故障处理环节、作业流程环节等，加强企业内部人员和信息的沟通与交流，保证窃电检查工作能够顺利、有序的展开。用电检查人员必须具备一定的素质水平，充分认识到智能用电检查仪在窃电检查中的重要性，在窃电检查实践过程总，应该采用两人以上同时开展的方式，并且用电检查人员必须持有《工作证》、《用电检查证》等相关证书，才能够进入到现场进行窃电检查。如果在窃电检查的过程中出现违反用电规范、窃电等行为，应该填写《违约用电、窃电通知书》、《用电检查结果通知书》，一式两份，一份由电力客户保存，另一份由委托代理人或者法定代表人签收，递至电力企业进行保存。同时，按照相关规定，用电检查人员由义务帮助电力用户解决生活、生产中的用电难题，提高用户服务水平，获得良好的社会形象。
四、结束语
总而言之，窃电管理是电力企业管理的重点和难点，通过将智能用电检查仪应用在窃电检查中，能够实现对电网的全面、动态检测，为用电检查人员提供真实、准确、可靠的信息，通过主站应用层的处理，及时、准确判断是否存在窃电用户，并给予窃电用户一定的处罚，降低窃电造成的经济损失，并且窃电现象减少，对于提高电网运行的安全性、稳定性以及可靠性具有非常重要的作用。
参考文献
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智能用电技术 篇7
关键词：智能用电技术,智能用电产品,负荷控制,空调调控
近年来, 居民用户负荷增长迅速, 负荷的快速增长对电网安全和电力平稳运行产生较大影响, 随着国网公司智能电网的战略实践, 智能用电技术的应用为电网和用户之间搭建了双向互动平台。本项目利用智能用电技术探究空调作为可中断负荷的可行性及调控效果, 为电力需求侧管理提出合理化建议, 在用电供需矛盾的城市选取居民用户验证空调负荷作为可中断负荷进行调控对电网削峰的作用。
一、北京空调负荷调控必要性分析
据相关调研结果显示, 如果将目前的空调房间设定温度夏季提高2℃, 就可以削减空调峰值电力负荷10%～15%, 即削减大约50～75万千瓦的电力高峰期容量需求, 在缓解电力紧张局势的同时可以节约大量的电力建设投资;减排二氧化硫约2400～3500吨, 二氧化碳约40万～60万吨。经测算, 如果夏季空调温度调高1度, 空调能耗可降低8%, 仅北京市400万户家庭就可以节省1.08亿度电。
本文主要以北京莲香园小区150户居民用户家中的空调作为可中断负荷进行调控, 利用智能用电产品 (智能交互终端、智能家庭网关、智能插座等设备) 和技术将居民空调与电网高峰负荷进行联动, 在电网高峰负荷来临时按照制定的调控策略对用户空调进行调控, 研究空调负荷的调控效果。
二、空调负荷调控实证效果分析
(一) 空调调控方案设计
在参与空调调控的150户居民家中安装智能交互终端、智能家庭网关、智能插座等设备 (见图1) 用于采集空调的电量和功率, 实证分析平台通过与电力公司的用电信息采集系统对接, 实现用户家庭电表数据的抄收;并按照用户所属变压器或台变的位置将150户居民用户分为基准组、用电可视化组和空调调控组。分组情况见表1。
调控策略的制定综合考虑了北京电网负荷高峰时段、最高温度、湿度、居民生活习惯等因素, 制定了空调调控策略。项目对调控组用户家中空调远程进行关闭操作。具体策略见表2。
表2调控策略
图1为8月27日至9月2日在20:00-20:30执行关闭操作的调控组空调负荷变化情况, 图1可以看出在调控执行后, 空调调控组的空调负荷整体下降, 非调控时段两组曲线互有交叠。根据表6空调负荷值可以看出, 18:55的空调负荷值31.16千瓦与19:05的17.78相比, 负荷削减率达到42.94%。
根据表3数据, 利用智能用电设备实现远程对调控组空调关闭, 在电网高峰期间且与用户达成良好协议的前提下, 50%以上用户配合调控达到调控要求的30分钟, 用户配合度较高。
图2绿色曲线为用户室内温度随着空调关闭的变化, 在关闭用户空调后室内温度随时间逐步上升, 调控30分钟内室内温度升高3℃, 随着30分钟调控周期的结束, 50%以上用户手动开启空调设备。
(三) 影响调控效果的因素分析
1. 家庭年收入对调控效果的影响
表4数据来源于对调控组和可视化组的100户居民的调研问卷, 其中家庭收入10万以下占27%, 10万～30万占67%, 30万以上占6%。按照不同的收入人群统计了相应的平均调控时间, 统计显示年收入低于10万的人群平均配合度最高, 达到35分钟。收入越高的家庭整体配合程度呈下降趋势。
2. 空调数量及类型对调控效果的影响
表5中统计显示, 参与项目的家庭户均空调占有量为1.86台/户, 且多数用于夏季制冷, 这直接导致夏季电网负荷高峰的持续。
另外, 现在随着国家节能减排系列标准的出台, 居民节能意识的提高, 更高效的变频节能空调进入居民用户家庭, 本项目中变频空调占总量的52.69%, 且针对变频空调稳定运行的的研究显示, 变频空调稳定运行最低功率可到达30W, 在电网高峰负荷调控中, 考虑到空调启动瞬时功率大的特点, 对稳定运行的变频空调不进行操作, 在本项目中的关闭操作仅针对负荷>30W的空调设备进行。
三、空调调控效果总结
(一) 智能用电技术成熟度高, 具有大规模推广条件
由表3调控组的空调关闭率可以看出, 执行关闭后, 用户空调关闭成功率达95.44%, 另外根据用户回访, 除去用户关闭网关和网络通信原因, 关闭率可达到98.75%。技术成熟稳定, 组网简单适合在用户家庭中使用, 利用智能用电技术将用户家中空调加入到电网负荷调控中, 有效削减电网瞬时高峰负荷。
(二) 在电网运行危急时刻可将空调作为中断负荷进行调控
空调占电网高峰负荷比重大, 对电网的稳定平稳运行存在极大隐患。本次实证项目在与居民进行良好沟通签订用户协议的基础上, 配合电网高峰危害宣传, 调动用户积极参与到电网削峰行动中来。实验结果表明, 居民侧空调削峰效果明显, 居民配合高, 空调可作为中断负荷参与到电网的稳定运行管控中。
(三) 空调调控能够有效延缓电网投资和削减峰值电力需求
通过空调负荷调控实证的实施效果, 空调负荷调控能够有效削减高峰时段电网调峰的压力, 提高供电的可靠性及服务水平, 并帮助用户建立削峰填谷意识。促使电网负荷率提高, 发配电设备利用率相应提高, 电网运行状况得以改善。在缩小峰谷差的同时, 降低了输配电网络的线损, 从整体上提高了电网运行的经济性。
四、结论
空调负荷调控实证研究是利用用电可视化和负荷优化控制手段, 降低电力负荷峰谷差, 提高电网运行效率, 提高电能利用效率, 实现智能需求响应。在居民和商业用户用电负荷中空调负荷占有较大比重, 调整空调负荷对于改变居民和商业用户负荷曲线、实现电网削/移峰填谷具有重要意义。同时居民用户负荷可控性较大, 具有实现需求响应的巨大潜力。
参考文献
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智能用电技术 篇8
1 目前国内外用电技术发展现状
1.1 国内用电技术现状
1.1.1 智能用电技术普及范围小
随着我国用电技术的不断提高, 直流示范点工程相继运行, 2009年国家电网公司也明确提出了关于智能电网的工作计划, 国内的智能用电技术发展领域以开展了实践和研究, 其中相对较发达的国家已达到国际领先水平, 智能用电技术较为普及, 而且范围较广, 低压集中抄表系统安装使用客户众多, 大客户负荷管理比例占多数, 实现了指标监管功能和报表自动生成功能。
1.1.2 智能用电检测机制不完善
我国检测仿真技术正在不断完善, 智能用电检测研究中心不断筹建和规划。国网公司实施了有序分类的科学编制和用电预案实施工作。促成政府出台蓄热蓄冷电价、可中断负荷电价、尖峰电价等激励措施, 用经济手段规避客户用电高峰期。我国经济城市试行了绿色电力机制, 提高了电能在终端能源消费的比重, 有效引导新能源产业的发展, 部分网省公司开展多种收费方式, 制定了自助服务终端化建设规范和电费收缴工作标准。
1.2 国外用电技术的优势
1.2.1 开展分布式储能技术和电源监控模式
一方面, 研究储能装置技术是充放电自动控制技术的核心内容, 国网用电研究储能装置是利用电能质量监测、双向电能计量设备的信息采集, 实现电网的互动和储能装置, 完成填谷、移峰填谷以及电网削峰的目的;另一方面, 开展分布式电源监控模式, 可以规范装置配置原则和各类理论计算方式, 以便于智能电源接入时的电网能经济、稳定、安全的运行。
1.2.2 实施负荷响应控制机制
美国是较早实施“电网智能化”工程的国家, 主要是通过让用电客户自主设置电器的使用时间和功率, 人性化、合理化, 舒适不浪费而且节省电费;另一方面利用监控地区的电网使用状况, 逐渐完善用电自动化, 鼓励用电客户使用太阳能和风电等天然能源, 获得最大峰荷电价信息, 调整用电方式。发达国家的智能用电服技术服务实践采用用电设备自动控制为主, 利用智能自动抄表采集用电信息, 主要集中在用户和配电方面, 并开始实施能源分布式链接, 能够优化用电安分类分工工作, 提高电网用电效率。
2 智能用电技术的不足分析
(1) 智能系统产品链滞后。
(2) 是分布式电源接入分配不合理。
(3) 是智能用电技术的弊端。
3 智能电网在建设过程中所需要关键技术
3.1 建设完善的集成、标准的通信系统
随着对智能电网应用的不断深入, 现代化的智能电网就要求不仅能够分析系统本身的状态和运行情况, 还要对系统进行实时的监控, 以方便当智能电网发生波动时好及时做出调整。同时为了使智能电网在电网的规划、运行、建设、管理过程中可以提供更加全面的信息服务, 这就需要智能电网进行整合企业资产管理以及电网运行的通信系统。因此宽带通信网在智能电网中建设开放、集成的通信系统具有重要的作用, 同时还应注意在智能电网的发展过程中对网络安全的控制。
3.2 建设灵活、稳定的主网架结构
智能电网的发展过程中最基础的环节就是建设一个坚强、灵活的电网结构。由于我国资源分布不均衡, 为了使电力生产满足我国社会经济的发展, 这就要求实行大规模输送电的方式, 通过对电资源的整合和优化配置, 来提高对电力的使用。在输送电的过程中, 为了提高对电力生产的使用率及减少电力在传输过程中的损耗, 我国重在发展特高压电网。
当前阶段随着我国智能电网规模的进一步扩大, 所产生丞待解决的问题也在不断增多, 首先就需要处理好特高压和各级电网的规划, 使得特高电网和各级电网之间的更好地衔接, 从而进一步的促进各电压等级电网的协调发展。
3.3 调度智能化的关键技术
调度智能化主要是指通过建立一个信息网络保护和金及控制一体化的新技术和新理论, 并以此来实现协调电力系统元件的控制和保护、紧急控制系统、恢复控制系统等综合性的防御体系。因此未来智能化电网的发展趋势是实现电网的智能化调度, 从而保证能够及时进行决策指挥以及预防智能化电网发生大面积故障。实现电网智能化调度的关键技术主要包括: (1) 智能预警。
(2) 系统仿真。
(3) 调度优化。
(4) 数据处理。
(5) 智能优化调度。
(6) 应急指挥系统。
(7) 高级配电自动化。
4 智能用电技术的合理化建议
4.1 智能用电仿真技术
研究智能用电的网架模型构架方式, 建立智能用电模拟环境;研究双向分布式电源接入技术和基于智能需求侧响应的需求响应仿真技术、负荷预测和仿真算法等。
4.2 智能用电装置检测技术
对大量各种智能用电装置, 建立智能用电装置的检测标准, 研究相关的检测检验技术和手段。
4.3 智能用电系统检测技术
对智能用电服务体系的建设需要的大量支持系统, 建立相应的检测检验标准和检测平台的建设工作, 研究系统的相关检测技术。
5 结论
本文通过对智能用电技术的国内外发展现进行分析, 发现智能用电技术在我国仍然处于初级阶段, 要解决的问题很多。随着智能电网发展的不断改进, 智能将实现商业化、整体化模式, 作为发展中国家的我们, 更应该把握好机会, 实现智能化、人性化服务, 满足用电户的多元化需求, 面向经济高效、技术先进、灵活互动、服务多样的方向前进, 为未来用电服务技术的发展提供发展目标和方向。
参考文献
智能用电技术 篇9
随着智能电网的发展,智能用电业务日趋复杂,电力公司和用户之间的交互将越来越多,这必须以良好的通信平台为基础[1]。目前电力公司已经建立了电力营销通信网,实现公司营销主站与用电终端的信息交互,再由营销主站直接或间接向用户交互信息。这种方式下,业务主要的处理和传输工作量都在电力公司侧,而随着可以预见的业务种类和并发数的增加,该侧承担的压力将越来越大,要适应这种压力,一方面要建设强大的软硬件平台,另一方面则可以考虑优化整个信息通信系统的结构,调整业务流程,分散工作量。
目前智能用电系统通信网的结构是“用电终端—电力公司后台—合作方(电信、金融运营商)—用户”这样一个单链路形式,其上的各项业务流程也只能沿该链路设计成单向往返的形式[2]。而这个链路中“用电终端—电力公司后台主站”侧和“合作方—用户”侧又分别是电力公司的内部工业信息通信网和公共电信网两个界面明显的网络,所以大量的量测、控制、分析、存储工作都只能由电力公司内网侧处理,而公网部分则只承担简单的通知、查询等工作,这既没有发挥电力、电信公司各自的行业优势,也不是一个均衡、可靠的结构。
为改善这个问题,同时考虑到用电终端和用户的位置靠近、应用需求、技术可行性等多方面的因素,使用近场通信(Near Field Comunication,NFC)[3]技术等具有完整产业链、终端较普及、且技术上适应工商业业务的局域通信技术,将用电终端和用户之间的通信链路打通是完全有可能且意义重大。一旦打通该环节通信链路,就可以在用电终端、电力公司、合作方、用户之间形成一个环路,相应的可以为信息流和业务流设计更加丰富多样的双向传输模式,即智能用电系统的整体结构就可以从现在的单链路升级为环路结构,从系统级的层面为智能用电系统的优化和丰富提供可能。
1 现有智能用电通信及信息网结构
通信—信息—业务三层结构示意如图1所示。
由图1可知,智能用电系统由通信、信息、业务三层构成[4],纵向又需要分成电力公司工业内网和公共电信网两部分。智能用电系统必须以合理的通信—信息—业务对应关系为基础而设计,基础要求是实现内网通道传输核心信息,完成业务的内部流程,外网传输非核心信息,完成业务的外部流程,更高一级的要求则是实现环路上各节点按权重均衡分摊工作量,并有双向保护等更灵活可靠的方案。
图2是国内现有的智能用电通信链路示意图,电力公司已经建立了到电表等用电终端到自身主站的通信通道,同时利用电信公网(少量专网)也打通了到用户的通道,在其上完成用电信息采集、查询、付费、费控等业务[5]。在此基础上,信息流只能按照这个链路单向往返,按照图1的三层对应关系,使得所有的业务都按照这个流程进行设计,反而使一些简单的业务复杂化。
同时,由于这种单链路的结构,使得任何一个智能用电业务都需要电力营销后台这个节点进行处理,而且是多次的既要同内网用电终端,又要同合作方及用户互动的处理,这必将给这个节点带来巨大的工作和安全压力,远超其他3个节点,这也不是一个均衡可靠的结构。
例如图2中用户需要查询自己的用电信息,业务流程需要用户通知合作方或电力营销后台,电力营销后台确认后向用电终端查询(也可以用事先操收结算的数据来降低操作流程,这又会增加数据存储的压力),电力营销后台确认获得数据后,再从另一边推送给用户。这样的流程非常繁复,且可以看出,电力营销后台节点的处理量非常大,节点重要程度非常高。
2 构建智能用电通信环路
用电终端的地理位置与用户非常接近,同时随着智能用电的发展,用户对用电终端的使用和接触也必将增加,智能用电通信和信息环路示意如图3所示,如果能将用电终端与用户之间的通信链路打通,那么在现有通信链路基础上,就可以构建一个连接各方的通信环路,支持各种双向信息流[6],为业务流程的优化以及创新提供可能,从系统结构上实现对智能用电系统的优化。
从智能电网的发展趋势看,用电终端将向设备智能化、系统平台化发展,成为用户接入用电业务网络的窗口[7],其与用户的互动应包括信息推送、身份认证、互动控制等方面业务。这些业务的信息特征是数据量小、安全等级和私密性要求高。因此,在构建该环节通信链路时,应从以下方面考虑。
2.1 传输性能
用电终端和用户之间主要完成信息查询、缴费、身份认证等功能,需要交互的数据量不会很大,按照现行用电信息采集系统规约对信息的规定[8,9],数据量在10 kb数量级,缴费、认证类业务的数据量更小,不难理解,该环节对传输速率的要求并不高。
2.2 安全性
用电终端和用户之间的通信不仅是电力公司内网和公共电信网的交界面,同时还涉及用户隐私信息、金融、电能电费计量核算等内容[10],安全性要求较高,该处的安全性至少应达到商业级。
首先,从物理操作方式上考虑对通信的保护,尽量采取有线、短距离无线等安全性高的通信方式,避免多个用户接入到同一终端,影响安全性或增加识别开销,所选用的通信技术应有从物理方式上保障点对点或局域通信的特征。
其次,考虑到将来业务的扩展,很可能需要对接入设备进行认证鉴权,甚至更高级的管理。为此,除了信息层的认证策略,还应考虑增加通信层的认证鉴权机制,或者在认证鉴权过程中考虑增加对通信层设备的检验。相应的,通信设备应具有提供MAC、IP等各层标志的能力,考虑信息系统该方面的适应性。
加密方面,除业务系统自身规定的信息层加密外,还应在通信层面上考虑安全策略,即除智能用电业务信息系统自身对此处交互的信息内容进行加密外,还应考虑对该处的通信通道(IP、MAC层)进行加密,实现从信息到通道的层层安全防护。
双向通信控制方面,用电终端要与电力公司内网及用户通信,前者是工业企业内网,后者面向公众,二者是不同的链路,用电终端在交界点上,需要考虑根据业务情况对终端—用户链路通信方向的控制,保障内网安全性,因此该处的通信设备应具备双向通信及对其进行调整配置的能力。
2.3 技术标准化、产业链完整性
该环节的通信双方是电力公司的用电终端和用户自己的设备,前者相对容易做到标准化,而后者的种类和技术选择则丰富多样[11],在构建该环节通道时,应考虑选择被用户市场广泛接受、拥有成熟产业和应用标准的技术设备。
从用户接受和标准化角度考虑,应选择在用户侧市场接受度较好的技术路线,如以太网方式、微功率无线技术,这些技术已经有国际化的标准和成熟的终端设备,即不需要研发生产方再研发新的底层技术,也不需要用户重新接受新设备。
从行业接受角度考虑,由于智能用电业务涉及电力、金融、电信、用户各方,所以应考虑被各行业接受且有较完整应用链条的技术路线,才能保障通信层之上的业务层的贯通。
从行业发展角度考虑,由于智能电网、物联网产业还处在发展初期,诸多事宜还有发展变化的空间,所以在构建该环节通信链路时,应考虑为业务、设备的发展预留空间,应尽量选择模块化、嵌入式程度高的技术设备,优先做好底层通信层,应用层留待软件扩展。
3 技术案例
按照可能的发展情况看,微功率无线技术是比较适合用电终端和用户之间的通信技术,常用无线局域网技术性能比较见表1所列。
其中,NFC技术具备近距离操作、高安全性、双向读写等特性,已经被金融、电信等行业广泛应用于金融支付等业务中[4]。其国际标准为ISO18092,2011年,全球移动通信系统协会在其基础上推出了SIM-Based NFC标准,包括我国运营商在内的全球45家电信运营商支持该协议,中国银联也在其基础上推出了SWP-SD的NFC支付标准,这使得智能用电用户侧将有大量标准化的终端设备及其应用可以采用,这可以保障该侧设备的丰富性和应用扩展性。
表1中,NFC技术的传输速率可以满足一般工商业业务数据量要求,其传输距离和安全加密方式比其他方式更适合工商业业务需求,工作模式可以为主动/被动模式,也适合智能用电的“双向”需求,并为应用设计提供了灵活性,是目前比较适合承担用电终端和用户之间通信工作的技术。
利用NFC技术补全智能用电通信环路的方案如图4所示。
在原有智能电能表基础上增加NFC模块(包括控制和安全模块),与MCU接口,利用NFC模块为电表提供一个对外部的读写接口,用户使用NFC手机等设备与电表实现通信,利用电力公司或合作方的应用软件,完成用户和电表的双向认证及接入、双向读写等功能,实现查询、缴费等业务,实现电表等电网侧终端与智能手机等用户侧终端通信,打通智能用电通信环路上最后一个环节,将智能用电通信链路补全为环路(此时MCU除完成与PLC及NFC模块的通信控制工作外,还要作为内外网的隔离设备,需要增加设计隔离过滤的功能)。
4 基于通信环路的智能用电系统优化
通信是支撑层[12],通信环路的构建可以从下往上支持信息层、业务层、管理层的重新设计,可以促进整个智能用电系统架构的优化,实现扩展业务种类和功能、提高设备利用率等多方面效果。通信环路基础上的业务流示意如图5所示。
智能用电服务的业务终点都在用户节点上,不管业务由何处发起,业务流最终都需要到用户才能结束,在图2的结构中,由于通信和信息流只有单链路,所以任何一个业务流程(不管该流程是何种等级和内容)都只能随之在这个链路上往返,又由于电力公司内外网隔离的要求,使得在很多时候,区分了内外网的通信、信息、业务三层内容不能对应起来,造成业务层的设计困难。
图5中,环路形式的系统结构可以为业务流程设计提供更多的选择[13],为智能用电系统理清业务流—信息流—通信流的对应关系提供便利。除控制、核算等核心业务流程必须留在电力公司内网外,其余安全等级较低的抄收、查询、推送流程可以推到用电终端—用户—合作方侧,或作为内网通道的备份,这种模式下,内外网业务流—信息流—通信流的对应关系将更加清晰,实现更容易。最终能达到分散工作量、降低内网压力、充分发挥合作方能力的目的,从而提高系统整体的可靠性和灵活性,甚至可能将电力营销模式从现在的抄—核—收扩展到抄—收—核等新的模式上。
用电终端和用户的连通,还可以为电力公司提供一条新的、更自主掌控的与用户交互的渠道,提高电力公司在整个产业环节中的话语权。如用户可以利用自有的NFC终端方便地完成与电力公司的实时双向交互,获得缴费、查询甚至各类增值服务,不需要另行购置电卡等设备,也不需要到网点充卡缴费。
5 结语
随着物联网、智能电网的发展,用电终端的智能化及其与用户之间的通信是必然趋势,这个环节的通信链路建立,将补全整个智能用电通信环路,对整个智能用电系统架构产生进一步的影响。
1)用电终端—用户侧通信及信息技术的深入研究。该处是电力公司内网和公共电信网的交界点,两侧的通信及信息网络在标准体系、功能侧重、安全性要求上并不对等,需要对该处的通信及应用层技术进行深入分析,明确该接入点的功能需求、安全性要求,对该处应用层进行行业化定制,同时又要保障通信层技术的标准化和开放化,这是其能否被市场所接受的关键点和难点。
2)业务及管理模式的探索。技术进步始终以应用为导向,虽然一定情况下技术革新会催生或倒逼管理模式的改革,但技术进步最终能否得以实用和被接受,还是由业务应用的发展情况决定的。一方面需要对智能用电业务,特别是互动业务进行整合和创新,以明确用电通信网的需求;另一方面也应该利用技术进步带来的更好条件,积极探索更好的业务及管理模式,为新技术开辟市场,使之得以应用。
3)通信技术和设备的研发。NFC是目前较适合承担用电终端—用户环节通信工作的技术,但由于其目前主要用于商业、民用领域,所以其芯片等设备是按照商业级要求设计生产的,如果在用电终端中使用,还需要工业级设备的研发,甚至是新技术的开发。
总之,智能用电本身还处在发展初期,互动、双向的总体方向是明确的,但具体业务模式还在调整发展中,通信层作为信息和业务层的基础层,环路的构建利于业务层的扩展整合,其大方向是可行且有益的。但更具体的技术性能要求还需要在业务应用明确后进一步整理。
摘要：为了完善智能用电通信链路,对智能用电系统的通信链路现状进行了分析。设计了利用近场通信技术(NFC)补全智能用电系统通信环路的方案,并给出了实现案例。分析了通信环路构成后优化设计信息流、业务流的可能方向,以及可能带来的整个智能用电系统架构的变化。
智能用电技术 篇10
2012年12月31日, 工信部下发了《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》和《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工及验收规范》2项光纤到户的国家标准, 并于2013年4月1日起实施[1]。住房和城乡建设部随即颁布第1565号、第1566号公告予以配合。上述2项强制性的国家标准具有非常重要的意义, 规定了住宅小区应允许多家宽带运营商平等接入, 并与建筑主体同设计、同验收, 有利于破除垄断、提高服务水平、引导合理竞争[2]。
但在具体执行中存在诸多问题, 比如入小区难、入户工程难、建设推进难、标准实施难、成本改造难, 给标准应用带来很大阻碍。今年以来, 国家电网山东威海供电公司积极推进电力光纤到户项目, 有效解决了上述难题。电力光纤到户是通过一根光纤低压复合电缆, 同步将电能和广电、宽带、语音三网信号传输到千家万户。电力光纤到户搭建了小区公共服务平台, 为智能电网配用电侧的信息采集、智能互动用电等业务应用提供了有力支持, 同时利用富余带宽为社区公共服务建设提供基础。电力光纤到户公共服务网络的建设, 将为智能电网配用电侧的创新应用带来无限可能, 对新能源、新光源、新材料、节能技术等新兴产业的发展和智能用电业务起到极大促进作用[3]。随着国家新型城镇化战略的实施, 第1批90个智慧城市的试点建设, 光纤到户公共网络建设将发挥更大的作用[4]。本文以电力光纤到户公共服务平台建设为依托, 探索实践配用电侧信息采集、小区配电自动化、商户 (居民) 家庭能效管理、智能家居与安防、一体化缴费技术、社区公共服务体系等智能电网用电侧新型业务的应用技术, 提升供电服务的内涵和外延。
1 电力光纤到户公共服务平台的建设
电力光纤到户 (Power Fiber To The Home, PFTTH) 是采用光纤低压复合电缆, 将光纤随电缆同步敷设到电表和用户家中, 配合无源光网络 (Passive Optical Network, PON) 技术, 搭建电力光纤到户公共服务平台, 实现电力网与互联网、电信网、广播电视网的融合与互动 (见图1) 。
在光纤网络的基础上, 研制了电力光纤到户运营监控和能效服务平台, 通过开放性、标准化的接入技术, 实现广电网络、电信运营商等相关业务主体的信息共享和业务互动, 达到资源共享、共赢发展的目标。目前在山东威海供电公司试点运行的电力光纤到户运营监控平台, 主要实现以下7项智能用电业务的技术支持。
1) 全光纤配用电信息采集功能。采集效率和可靠性更高, 为实时监测用电现场信息、配电自动化、大客户用电监测和服务提供信息支持。
2) 实现小区配电自动化功能。故障自动隔离、隐患提前预警、状态实时监测和主动抢修服务, 提高供电质量和可靠性。
3) 提供智能用电在线互动分析和“家庭能效管家”, 让客户用上放心电、明白电。
4) 支持智能家居功能。搭建了家用电器的物联网, 可在本地和远程实时监测和控制家用电器的通断和运行行为, 自动接收家庭安防设备发出的预警事件, 提供全新的智能生活新体验。
5) 研究实现基于光纤网络的自助终端缴费、电视机顶盒缴费、网上缴费、远程费控等新型缴费和费控技术, 满足客户个性化缴费需求, 提高缴费效率。
6) 社区公共服务体系支持。形成包括互动营销、电动汽车充电桩、太阳能无线Wi-Fi、电子公告牌、家庭数字电视点对点信息服务、专职的社区经理、广电服务微博等社区供电公共服务体系。
7) 通过开放标准的技术和服务, 实现广电网络、宽带、语音三网接入与业务互动融合, 达到资源共享利用、业务互动发展的效果。
2 配用电侧信息实时采集
配用电信息采集是所有智能电网互动业务的基础。借助遍布小区的电力光纤通信网络, 实时采集小区配电设备状态和用电信息, 为配电实时监测、抢修调度、大客户用电监测分析和服务提供支持。光纤网络随低压复合电缆敷设到电表、用户家中、配变、低压电缆分支箱, 采集终端通过OLT、变电站SDH、电力通信骨干网络分别与配电自动化系统、用电信息采集主站的前置服务器进行通信。全光纤的采集终端和光纤表突破了传统485的端口制约, 数据传输更稳定和高效。光纤用电信息采集如图2所示。
3 小区配电自动化
利用小区配电信息采集, 为配电自动化延伸至小区提供平台。配变和电缆分支箱等台区低压设备的电压、电流、功率、频率、温度、负荷、开关状态等信息, 经采集模块、IO模块、光纤通信模块, 上传至控制主机及电力调度中心, 从而实现“四遥”功能。
小区配电自动化的建设, 实现了智能电网“最后一公里”的全面覆盖, 广大用户可以直接感受到智能电网建设的好处。供电可靠性极大提高, 通过智能装置快速有效对事故进行隔离, 运用智能算法制定故障恢复方案, 完成配电网自愈[5];实时监测开关状态, 主动开展现场抢修, 缩短故障消除时间。全面的供电质量监测体系, 逐渐改善提升供电电压和频率。同时将小区停电信息传递到营销GIS平台, 进一步分析停电影响, 查找停电用户, 从而实现精准抢修服务。
4 智能互动用电与家庭能效管理
借助部署在商户和居民家中的智能插座设备, 可将每个家用电器的用电详细数据采集到能效管理平台, 客户可通过家中的智能交互终端、手机、IPAD等设备在线互动分析家用电情况, 查询电量和电费信息, 向下深入挖掘, 掌握用电构成情况, 查找主要耗电设备, 针对性改进使用习惯。能够进行历史用电趋势分析, 可与小区住户横向对比用电量排名、电器用电排名, 指导用户合理选择节能电器, 科学合理用电。针对用电疑问, 可请求95598互动网站进行在线帮助, 协助进行用电分析。智能互动用电和家庭能效管理如图3所示。
平台系统能够根据后台设定的业务规则, 自动分析挖掘用户用电的薄弱环节, 查找不科学的用电行为, 提供合理节能建议, 指导居民建立良好的节电行为。针对待机设备, 可自动切断电源, 实现自动节电。根据商户的用电以及电器使用情况, 结合峰谷分时电价政策, 主动向商户的智能终端、电视、手机等终端推送合理用电建议。此外, 用户可通过电视频道查看用电分析建议, 并与银联系统对接联机缴纳电费, 为客户提供一体化的查询、缴费服务。
5 智能家居新体验
通过部署在用户家中的智能用电网关、智能交互终端和智能插座等设备, 利用信息集成技术、通信技术, 搭建家用电器的物联网, 用户可通过手机、IPAD和电脑等终端实现对家用电器状态的在线监测, 一键关闭所有电源 (或逐个关闭) ;提前设定空调、热水器和电饭煲等智能电器的工作状态, 实现自动运转;根据电视节目安排, 定时启动录像设备录制感兴趣的电视节目;借助布设在家中的门磁感应、煤气泄露感应器、烟感、红外感应器, 可对家庭安全进行全方位的监视, 发现问题实时上传至平台主站系统, 并同步向用户手机发送短信, 以便及时处理。通过视频监控系统, 可远程查看家中实况, 方便远程监护老人和小孩。
6 多渠道个性化缴费方式与信息查询研究
电力光纤到户建成后, 为小区居民的缴费服务提供了高带宽的网络支持。结合光纤到户的特色优势, 探究实现24 h自助缴费、手机终端、家庭数字电视机顶盒缴费、95598互动网站缴费等多渠道缴费方式, 满足客户个性化快捷缴费的需求。
1) 供电信息公告和点对点信息发布。通过光纤到户网络, 经过对广电网络系统的升级改造, 将居民用电户号与电视机顶盒编号进行一一对应, 从而通过数字电视机顶盒发布欠费提醒通知, 实现一对一电费信息告知。设置社区24 h供电服务信息公告提示牌, 让居民及时了解供电质量和附近线路计划停电信息、小区抄表信息、缴费渠道、缴费方式、供电服务新举措等。
2) 24 h自助终端缴费。在光纤到户小区内设立24 h自助缴费亭, 实现24 h全天侯的电费查询和缴费服务, 不出小区即可自助缴费。在供电公司端搭建了缴费前置机, 所有的自助缴费终端、便民服务终端、移动POS缴费终端均按照统一接口实现一体化缴费接入, 对外提供统一的缴费服务、对内实现全过程缴费认证、监控。
3) 移动POS终端缴费。在小区周边商户开通委托代收费服务, 借助手持式移动POS缴费终端, 客户可方便地进行电费查询、缴费、对账, 在购物过程中顺便缴纳电费。
4) 网上银行缴费。小区居民可借助光纤到户网络, 用户可高效访问95598互动网站进行网上缴纳电费, 目前已实现13家银行的网银接口。利用手机可下载掌上营业厅客户端实时缴费, 使用便携式购电宝实时卡表购电。
5) 广电机顶盒缴费。依托光纤到户网络和视频技术, 在有线电视系统中开通供电服务窗口, 通过电视点播的方式, 与供电企业营销业务系统进行互联, 提供欠费信息点对点推送、实时缴费、冲正、对账查询、停电信息发布、节电科普等互动服务。为确保资金安全, 系统提供严格的资格认证、业务授权、信息确认、传输加密、数据备份、访问控制列表、域管理、数字签名等安全机制。
6) 电动汽车充电。在光纤到户小区中布放24 h电动汽车充电桩, 用户可通过缴费卡方便充电。
7) 远程费控。通过全光纤的集中器和智能表, 每天实时采集客户用电信息, 经后台分析, 向客户实时提醒卡中剩余金额界限, 短信提醒及时充值。客户完成欠费缴纳后, 系统自动通过用电信息采集主站发布远程送电命令, 即时恢复送电, 让客户免去反复联系相关人员送电的烦恼。
7 社区公共服务体系
作为联系民生最紧密、服务群众最直接的供电企业, 威海供电公司始终坚持“居民用电无小事”的工作理念, 在2013年试点建设的电力光纤到户运营管理平台, 通过整合各种服务资源, 为商户、居民、物业公司提供了一整套社区公共服务解决方案, 让客户真切感受到快速、周到、细心的用电服务, 极大拓展了供电服务的内涵和外延。
1) 商户、居民互动营销服务。借助遍布小区的光纤网络, 建立了商户与居民之间的互动营销模式。商户可在线发布商品及促销信息, 居民可根据产品服务分类, 查询餐饮、购物、家政服务等信息, 与商户进行在线互动交流, 定购产品和服务。
2) 小区物业和电子政务信息服务。利用光纤到户互动营销服务平台, 提供物业互动服务, 物业公司可在线发布物业管理信息、答复社区居民的需求和意见, 小区居民可利用家庭智能终端、电脑终端等形式实时查阅物业服务信息、电子政务信息, 并反馈意见[6]。同时, 居民商户可根据需要向供电公司定购智能用电套装、家庭安防服务。
3) 公共清洁能源。小区提供了光伏发电、光导照明、太阳能无线Wi-Fi、风光互补路灯等新能源、新光源的示范应用。日间发电储能, 夜间利用储存的电能给小区路灯和车库供电;利用光导照明技术, 将太阳光引入车库公共照明, 节能又环保。对路灯进行互补改造, 能够利用风能和光能等清洁能源, 并利用红外感应技术自动控制路灯亮度, 达到节能效果。清洁能源体系体现处处节能的理念, 引导低碳节能生活方式, 服务国家节能减排政策。
4) 电动汽车充电服务。通过充电桩为电动汽车提供快捷的充电服务, 可实现定电量、定时间、定金额、自动充满断电4种充电模式, 方便客户选择。充电桩具备完善的通信功能, 获取智能电能表的计量信息, 完成充电计费和充电过程的联动控制;可通过GPRS无线网络将用户信息、设备状态信息上传给后台的运营监控系统, 获取并执行后台监控系统的控制命令。
5) 小区供电公告和点对点信息提醒。通过大屏幕实时发布供电服务的动态信息、小区停电计划、安全节约用电知识。借助电视机顶盒, 可点对点向客户发布欠费信息及公告信息。客户打开电视后, 即时弹出停电提醒、欠费信息, 点击操作后方可进入后续操作, 确保了关键信息的及时送达 (见图4) 。
6) 社区供电服务微博。利用光纤到户宽带网络, 搭建了社区供电服务微博, 在线收集客户用电需求, 完善供电服务举措, 在微博上发布最新的供电服务信息, 及时答复咨询问题和反馈问题处理情况, 达到满意用电的效果。
7) 智能表改造和远程费控服务。制定了统一的居民小区户表改造施工标准, 从表箱安装位置、布线方式、工程材料等提出明确要求。在每个电表下方均张贴门牌号, 在表箱上张贴“读表说明”和“95598”24 h供电服务热线号码, 方便客户对应查找自己的电能表, 及时进行故障报修。并随时掌握当前电量信息, 合理安排家用电器的使用。全面推广智能远程费控业务, 这是智能电网背景下的一种新型用电方式, 采用当今最先进的技术手段, 当欠费居民在缴纳电费后, 系统自动判断并远程复电, 解决了人工复电的弊端, 将复电时限缩至最短, 减少客户的停电时间, 大大提高服务效率。
8) 智能安防体系。家庭安防是居民家庭的防盗、防劫等不同类型的安全防护, 延伸到居民家中的光纤网络为家庭安防提供了无限可能, 在一定程度上保障家庭成员的人身和财产安全。借助安装在家中的烟雾探测器、红外探测器、燃气泄露探测器、门磁感应器和视频监控等设备, 可对覆盖区域进行全天候的探测, 当室内烟雾、煤气浓度超过预设标准, 或检测到设定时间段内的人体红外信号、房门开启等事件, 探测器会主动发射报警信号至主站平台, 并以短信形式发送给用户。视频监控可即时录制现场信息, 并将信号传递至主站保存。此外, 可通过视频系统远程查看家中情景, 对老人、小孩等行动不便人群进行实时监护。
8 三网融合业务互动
电力光纤到户工程的实施, 从根本上解决了宽带信号入小区难、入户难、标准施工难、成本改造难等问题, 为广电、语音、宽带的三网融合应用提供了最佳解决方案, 避免了资源浪费。通过开放标准的公共网络接入平台, 实现多家宽带运营商的方便接入, 用户可凭喜好选择宽带运营商, 有助于打破垄断, 引入合理竞争, 降低价格, 并使大众享受更加优质的服务。在山东威海建立的电力光纤到户运营监控平台, 实现了供电、广电、电信业务系统的互联互通。在业务报装方面, 广电网络和电信公司接到客户报装申请时, 同步向供电公司传递工单, 双方协作完成用户信号的接入调试;客户可同时在供电公司和广电、电信系统报修, 受理方同步将报修工单传递至相关设备运维方, 按照规定流程和时限要求进行诊断处理。
9 应用成效
基于电力光纤到户的公共服务平台已在山东威海全面实现, 该平台承载三网融合、配用电信息采集、智能互动用电、智能家居、社区公共服务等智能电网用电业务, 对于推动国家信息化建设战略, 拓展深化智能电网应用具有十分重要的示范引领作用。
一期试点阶段实现三网融合1 300余户, 小区居民可自主选择联通和电信运营商, 有效践行了工信部的光纤到户2项标准, 对于广泛推广具有积极示范的意义。
试点小区实现了全光纤配用电侧的信息采集, 克服了无线传输速度慢、稳定性差、部分区域信号不好、采集器下行485通道速率瓶颈等问题, 为开展智能配电抢修服务提供了支撑, 可实时开展配电抢修监测、大客户用电监测和高端分析应用。
智能互动用电功能改进了供电服务模式, 用电分析能够向下延伸至每个家电, 客户可自助分析用电量的构成、历史趋势、横向对比, 供电公司后台系统按照设定的业务规则可主动形成分析建议报告, 提醒客户科学用电, 引导节电行为和自动化的节电管理。统计分析, 试点用户平均节电10%~15%以上。
智能家居体验搭建了智能家居生活体验环境, 示范智能用电新生活理念, 引导基于光纤到户的家庭智能安防应用, 提高生活品质, 实现网络资源的增值利用。
电力光纤到户为社区公共服务提供了广阔的平台支持。丰富的缴费方式、便捷的信息服务渠道、畅通的互动交流平台, 以及绿色清洁能源的广泛应用, 使生活更加低碳环保, 更舒适便捷, 引导新能源、新产业和新生活方式。
1 0 结语
山东威海电力光纤到户智能气候小区项目, 实现了开放标准的电力光纤到户公共服务平台, 以此为支撑, 开展智能电网业务深化应用和创新服务, 取得了积极有益的探索, 拓展了智能电网配用电侧业务的外延和内涵。利用富余带宽, 服务三网融合、智能家居、社区公共服务和智慧城市建设, 实现资源共享和增值利用, 服务国家节能减排、信息化建设的战略, 示范引领新能源、新产业和新生活方式, 具有深远的意义, 也为下阶段的推广积累了丰富的经验。
摘要：以电力光纤到户公共平台建设为基础, 搭建了光伏储能电站、光导照明系统和能效管理平台为核心的绿色清洁能源示范应用体系, 落实国家节能减排政策, 应对全球气候变化;探索研究基于电力光纤网络的智能电网业务应用, 实现了配用电侧低压信息自动采集、小区配电自动化、商户 (居民) 能效管理、智能家居与安防技术、一体化缴费方式等新型业务应用技术, 搭建了光纤到户气候小区运营管理平台, 并与智慧城市云平台建立接口, 实现供电企业与广电网络、通信运营商、小区物业和居民等多方利益主体的信息共享和协同发展;配套建立了社区“六位一体”公共服务体系, 为小区住户提供点对点信息服务、专职社区经理、定期社区服务、供电质量监测、标准户表改造工程、电动汽车充电服务、民商互动营销、公共Wi-Fi等服务, 拓展提升了供电服务的外延和内涵。
关键词：电力光纤到户,智能互动用电,能效管理平台,六位一体
参考文献
[1]工业和信息化部.住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范[R].2012.
[2]工业和信息化部.住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工及验收规范[R].2012.
[3]IBM.“智慧城市”规划解决方案[R].2009.
[4]国家电网公司.关于印发智能电网支撑智慧城市发展指导意见的通知[R].2013.
[5]剑钧.中国智能之城[M].北京:作家出版社, 2012.
智能用电技术 篇11
关键词用电管理;智能控制;巡回检测;电能计量
中图分类号TM734文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0122-01
在我国电力企业中,随着电力管理系统的逐步现代化和自动化,对电能计量仪器仪表有了更高的技术要求。目前各式各样的电度表(如机械型、电子型、电子计量机械走字混合型等)大量出现,这些产品主要应用在一户一表情况下,对于像集体宿舍等人员集中的用户,每个房间单独装表费用很高并且不方便控制。为此,以计算机为用户平台的集体用电智能控制管理系统随之采用。
1集体用电智能计量控制系统概述
集体用电智能控制系统以计算机Windows操作系统为开发平台,软件具有普遍的适用性和通用性,每个系统可以有多达256路的输出口,每路输出可以独立的控制,每路控制的成本低,而且是集中控制,能够进行智能计量和显示,可实现数据存储、组织、处理,可集中自动抄表,管理也方便。(其系统组成如图1所示)
图1系统组成
2集体用电智能计量控制系统的工作原理
巡回检测单元可以实时测量各路出线的用电功率,并转换成数字量。计算机则实时读取各路的功率值,然后累加,实现电量的计量。计算机读取读卡器中的用户数据,然后储存起来,作为该用户的新购电量数据,并根据用户当前电量进行动态数据处理,当用户所剩电量小于规定值时,在屏幕上给出提示,值班人员应及时通知用户购电。若剩余电量为零,则停止该用户的供电。
每一路出线都由保险丝、电流互感器、继电器组成。取自母线的电能量通过互感器换成电压信号,由多路切换开关送给一个公用的精密整流电路,然后转换成直流电压信号。同样,母线的电压信号也经过电压互感器后,再经整流转换成直流电压信号,这两个信号通过双路A/D转换器,在单片机的控制下转换成数字量。而电压和电流的取样信号还同时送给一个整形电路,再用与门获得电压与电流之间的相位差,由单片机定时器测量得到相位差的时间值,再用查表得到对应的余弦值,这样,功率计算的三个要素都成为已知量。电功率的计算是由单片机完成的。单片机每200ms检测一个出线的电功率,然后把该功率值连同出线的编号通过RS-232接口发送给计算机。
图2巡回检测单元原理图
巡回检测单元中的单片机只是测量出了各条支线的用电功率,对电功率累计并形成电量计量是在上位计算机中完成的。如图2所示,电量累计和控制每30s由计算机的实时钟触发1次,然后发出命令信号给单片机,读回单片机检测到的电量数据,同时发出各个支路的送电标志。共发送256个控制位,以此确定256条支路中继电器的通断,也就是控制这些出线是否可以送电。当然这些控制位是由计算机根据电量的累计情况判断得出的,凡是用电量超过已购电量的出线,其控制位是为0,否为1。发送控制位总共要256/8=32个字节,发送完成后,就接收单片机发出的电功率数据,每个支路的电功率由编号、功率字1、功率字2这3个字节组成。功率字和功率字2的单位是0105W,也就是说,把功率扩大了20倍,以达到精确计量。其最大数值为65535,可以表示的最大功率为65535×0105>3000W,以满足要求。计算机内存中为每条支路开辟一个电量累计变量,其数值根据读取的用电功率每3s进行一次累加。内存变量使用浮点双精度数,单位是W/h,每次累加时,设从下位机读取的功率数为Pi,每T秒累加一次,下位机的功率扩大系数为K,则累加数值应按图3软件流程进行。
图3软件流程
公式计算:Wi=TPi/3600K
在本系统中,T=30s,K=20倍,所以Wi=Pi/2400。
3集中智能化计量控制系统的优势
集中智能化计量控制系统可以选用成品读卡器,连接到计算机串口上,在附带的软件中可以对IC卡进行读写、加密等操作。在上位机软件中,运用附带的基本软件对购电过程进行重新开发,管理室的读卡器只读入电量,不对购电的财务科室进行。因此,要在财务科室放置相应的写卡器,当收取购电者的现金后,由专人把电量写到IC卡中。写入电量的IC卡交由用电管理值班员,通过读卡器把所购电量读入计算机,IC卡内的电量即变成零,该卡不可再被读入,但是可以作为载体再次购电用。在上机位管理软件设计了友好的用户界面,以方便集体用电的管理。
4结论
综上所述,集体用电智能化计量控制系统在电力系统中广泛利用,给电能计量带来诸多的方便,节省用电管理成本,并且具有节电的功用,随着电力技术的发展,智能化计量成为现代电力企业电能计量中的重要组成部分,因此,掌握和运用智能化计量控制技术是每个电能计量工作人员的必要工作。
参考文献
[1]杨洁.用电管理的整体优化与计算机技术的应用[J].管理科学文摘.
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[3]彭时雄.我国电能计量技术的现状及其展望[J].电测与仪表.
[4]王军.用电管理与电能计量改造的探讨与实践[J].河北煤炭.
智能用电技术 篇12
智能微网信息的采集及交互包括智能电网最后500米及最后50米两方面。智能电网涉及到发电、输电、配电、用电等所有环节的智能化建设。而AMI (先进量测体系) 主要包括用电端的量测、信息采集及用电管理等是智能电网的重要组成部分, 智能电表及通信是AMI的核心, 而低压变压器500米供电半径区域内的通信问题是AMI信息采集及信息交互的基础。用户端能源监测及智能用电是智能电网建设和发展的核心目的之一。除了通过智能电表的用电信息采集及信息交互外, 楼宇及家庭内电器设备的用电监测及智能用电控制十分重要。针对这些设备的通信及信息交互问题成为智能电网核心之一。
近年来, 大家在考虑多种技术和方案, 包括光纤到户、RF无线及电力线载波技术等。光纤到户可以提供宽带及可靠的通信性能。但具有布线施工以及维护成本高等缺点。RF无线具有无需布线的优点, 但需要进行频率规划, RF无线电频谱资源有限, 信号穿透性不强, 存在通信盲点, 信号易受干扰。相比较而言, 电力线载波由于具有一系列的优点而被广泛采用, 这些优点包括:
1) 充分利用电力系统所拥有的现有电力线资源。智能电表及电器设备本身就与电力线相连接, 因而不需要额外及专门线路维护。
2) 与有线方式相比, 无需要重新布线。
3) 与RF无线方式相比, 可以穿墙越壁, 无需要频率规划。
4) 被国家选定为电力用户用电信息采集主要技术。
目前的电力线载波技术还存在着很多局限性, 例如数据速率低、抗干扰能力差、信道自适用能力差等。这些都需要通过技术的进步来解决, 这也是OFDM技术在电力线载波通信上得以迅速发展及应用的主要原因。
2 国内外OFDM通信技术
由于智能电网的发展, 以及智能电网信息采集及信息交互对电力线载波所提出的新的、更高的要求, OFDM高速电力线载波技术近年来迅速发展, 并正成为下一代低压电力载波通信的主要技术。
2009年西班牙电力发布了其应用于智能电表的OFDM电力线载波标准PRIME, 物理层使用10 – 95 kHz频段, OFDM/DBPSK/DQPSK调制, 支持数据速率20 – 128 kbps。法国电力ERDF 在2009年也颁布了其OFDM电力线载波标准G3 AMM, 物理层使用35.9kHz - 90.6kHz频段, 采用OFDM/DBPSK/DQPSK调制, 支持数据速率33.4kbps。此外, 目前欧洲IEC 也正在征集OFDM标准提案。同时, 国外多家芯片公司已推出了OFDM电力线载波芯片。
国内第一家OFDM高速电力线载波芯片近期可能推出低压电力线载波技术应用情况, 见表1。
3 OFDM通信技术研究
3.1 载波网络技术层面
无论在用电信息采集系统, 或者楼宇及家庭能源管理系统, 电力线载波网络的关键技术主要包括以下三个层面, 如图1所示。
1) 物理层:
包括电力线载波信号调制及接收技术, 信号注入及藕合。物理层是抗干扰能力及提供可靠的点对点数据传输的根本保障;
2) 数据链路层:
包括MAC子层 (即介质接入控制层) 及LLC子层 (即逻辑链路层) 。MAC子层涉及 CSMA/CA (载波侦听及避碰) 信道接入, 节点寻址, 路由及中继, 在物理层的支持下, 为LLC子层提供双向端对端数据通信服务。逻辑链路子层 (LLC) 为应用层及网络管理提供双信端对端数据通信服务;
3) 应用层:
例如 DL/T645, 698.42 及 网络管理等, 取决于具体的系统应用。对于用电信息采集系统, 应用层已经有了比较完善的标准体系。
3.2 电力线载波物理层技术挑战
物理层技术决定了数据速率, 抗干扰能力及点对点通信可靠性。先进的调制解调技术是物理层的核心。物理层技术的设计必须考虑到以下几个方面:
1) 必须工作在规定的频段:欧洲:3 - 150 kHz, 其中室外电力线载波抄表应用必须工作在95 kHz 以下。中国3 – 500 kHz (见DL/T698)
2) 最大发送电平:必须在规定的最大发送电平下工作 (见DL/T698)
3) 必须有效地解决抗噪声, 抗干扰, 抗衰减, 抗多径等恶劣的信道环境问题
4) 芯片成本/价格/性能/功耗满足市场要求
3.3 低压电力线载波信道环境
对应500 kHz 以下的电力线载波信道, 主要具有特征:
频率选择性衰落及干扰信道:各种不同特性的负载, 对不同频率呈现不同的响应, 导致信道的频率响应极不平坦;
干扰及噪声:各种电器设备产生严重的带内干扰 (连续型的, 脉冲型的) 和噪声, 尤其是国内电网环境, 是频率的函数;随时间及地点而变化, 无法预测。
3.4 低压电力线载波信道模型
图2为典型的低压电力线载波信道模型。信号经过线路衰减及多径到达接收端。同时, 线路上的各种噪声及干扰叠加在信号上。这些噪声及干扰主要包括:
有色背景噪声:具有低频端噪声大, 高频段小的特点。
窄带噪声:主要由窄带无线设备造成, 例如中低频的广播等。
脉冲噪声:包括工频同步、工频异步脉冲与随机脉冲。
工频同步脉冲噪声主要由可控硅调节器产生, 目前可控硅器件被大量使用在调光灯、电风扇、复印机等电器中, 产生大量的谐波。
工频异步脉冲的重复周期50Hz ～ 200kHz, 这种类型的噪声主要由开关电源、显示器的扫描等产生。
突发随机脉冲是由于电网中负荷的投切所引起开关设备的通断造成的, 如开灯, 开电视时产生的脉冲噪声。
3.5 传统电力线载波技术的局限性
目前国内的多数载波技术都是基于固定频点、窄带、简单调制技术, 因而在实际中具有一系列的局限性, 主要体现在:
1) 对时变、频率选择性衰落不具备自适应能力。
2) 对窄带干扰不具备自适应能力。
3) 对多径衰落不具备抵抗能力。
4) 数据速率低: 大都在数百比特/秒。
5) 通信性能:严重地取决于环境。
3.6 OFDM (正交频分复用)
为满足智能电网对电力线载波通信所提出的新的、更高的要求 (包括数据速率, 通信可靠性, 通信实时性等) , 必须依靠新的、更先进的技术大幅度提高目前电力线载波的性能。从技术上讲, 对电力线载波信道的动态自适应是核心。
OFDM (正交频分复用) 是一种先进的多载波数字调制技术, 近年来广泛用于恶劣信道环境下的现代通信系统。OFDM的基本原理是在工作频带内, 以一定的频率间隔使用N个相互正交的子载波 (通常数百至数千个子载波) , 经过编码后的数据块调制到N个子载波上发送。特别是, 子载波数、每个子载波的调制方式、编码方式可以灵活地根据信道状况自适应调整。OFDM在抗频率选择性衰落, 抗干扰, 抗多径, 信道动态自适应方面有着独特的优点, 因而正成为下一代低压电力线载波通信的核心技术。
3.7 OFDM信号频谱
OFDM信号频谱如图3所示 (四个子载波) 。可以看出, 子载波相互正交 (这与传统的频分复用技术不同) , 具有很高的频谱利用率。
3.8 OFDM抗干扰能力分析
如图4所示, 由于信息经过编码后调制在多个子载波上发送, 对于信道的频率选择性衰落 (图中蓝色所示) , 只有个别子载波可能受到影响。同样, 窄带干扰 (图中红色所示) 也只对个别子载波造成影响。由于信息已经过编码及交织, 这些受影响的个别子载波数据在接收端可以被恢复。
4 OFDM通信技术的应用
4.1 在AMI中的应用
OFDM技术将会极大地提高电力线载波通信在AMI中的性能, 具体有以下几个方面:
1) 数据速率将会有较大提高:
从目前的数百比特/秒提高至数十甚至数百千比特/秒。
2) 通信可靠性将会有较大提高:
这是由于OFDM具有较强的抗干扰能力, 对信道环境的动态自适应, 以及新的网络中继技术。
3) 通信实时性:
由于通信速率以及可靠性的提高, 通信延迟将会大大缩小, 实时性提高。
4) 通信安全性:
由于通信速率以及可靠性的提高, 允许使用先进的加密技术, 提高通信安全性。
4.2 在智能用电中的应用
智能用电是智能电网建设和发展的重要组成部分。而电力线载波是提供智能用电网络通信的理想技术:无需要重新布线, 可以穿墙越壁。
OFDM电力线载波技术在提供可靠的楼宇或家庭网络覆盖, 以及在提供较高的数据速率具有优势。可以较好地支持网络层及应用层的各种应用需求。
OFDM电力线载波将广泛用于以下能源管理终端及设备:
1) 智能交互终端。
2) 智能插座。
3) 智能家电。
4) 楼宇能源检测及监控设备。
5 结束语
利用OFDM技术实现智能用电中通信环节, 可较好的实现数据的交互, 避免了重新布线的复杂。研究OFDM电力线载波技术, 为智能微网研究项目提供技术支撑。
参考文献
[1]蒋承延, 肖贵元, 周新.低压配电网数据通信的抗干扰技术[J]重庆电力高等专科学校学报, 2007, (03) .
[2]梁明, 梁恩明, 宋晋冀等.高速电力线通信的关键技术[J]电工技术杂志, 2004, (04) .