基于互動感知的電力智能小區(qū)設計及應用

鄭建柏，王 芳

(1.國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000; 2.國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司，福建 廈門 361000)

基于互動感知的電力智能小區(qū)設計及應用

鄭建柏1，王 芳2

(1.國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000; 2.國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司，福建 廈門 361000)

概述了電力智能小區(qū)的技術現(xiàn)狀及業(yè)務功能，提出了適應我國國情的電力智能小區(qū)系統(tǒng)架構和通信體系；針對智能電網(wǎng)條件下的智能小區(qū)建設的實際要求，設計了智能互動感知系統(tǒng)框架和各項功能的實現(xiàn)方案，最后將研究成果應用于實際，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

智能電網(wǎng)；互動感知；智能小區(qū)；用電服務

1 電力智能小區(qū)概述

隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，電力用戶期望居住區(qū)能夠低碳環(huán)保、安全舒適、便利快捷、有更高的供用電服務質量。為了滿足用戶對智能用電的需求，開展了實現(xiàn)小區(qū)智能化的技術的研究。

構建以信息化、自動化、互動化為基本技術特征的智能電網(wǎng)已成為世界范圍內的研究熱點。利用分布式清潔能源、電動汽車、配電自動化、電力光纖通信等智能電網(wǎng)技術成果，構建新一代智能小區(qū)，可豐富現(xiàn)有智能小區(qū)的技術內涵，增強其服務功能，為用戶提供安全可靠、清潔環(huán)保、便捷高效的居住場所。

電力智能小區(qū)是指通過電力通信技術，構造覆蓋小區(qū)的通信網(wǎng)絡，通過小區(qū)配電自動化、用電信息采集、智能用電服務、電動汽車充電、分布式電源、需求響應、智能家居等功能的實現(xiàn)以及與小區(qū)公用設施的信息交互，對用戶供用電設備、分布式電源等系統(tǒng)進行監(jiān)測、分析和控制，實現(xiàn)小區(qū)供電智能可靠、服務智能互動、能效智能管理，提升服務品質，提高終端用能效率。

電力智能小區(qū)業(yè)務功能包括核心功能和拓展功能2大類。其中核心功能是指智能小區(qū)中與電能輸送、使用和服務相關的功能，主要包括配電自動化、用電信息采集、用電服務、需求響應、電動汽車充電和分布式電源。拓展功能是指充分利用智能小區(qū)的信息通信資源，實現(xiàn)核心功能以外的延伸性功能，主要包括服務三網(wǎng)融合和智能家居。

2 電力智能小區(qū)設計

電力智能小區(qū)將以用戶需求為導向，實現(xiàn)電力公司與用戶的雙向互動，全面提升電力公司的服務品質。為實現(xiàn)電力智能小區(qū)的各項功能，設計了感知互動綜合服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護和使用的平臺，是電力智能小區(qū)的指揮調度中心，負責指揮、協(xié)調、組織各部分安全穩(wěn)定運行。感知互動綜合服務系統(tǒng)具有開放性、可拓展性和多點接入的特性，各功能模塊與系統(tǒng)主體框架進行有機結合，在今后的推廣過程中可平滑接入各個新增小區(qū)，也可通過對舊小區(qū)的通信網(wǎng)絡進行改造完成接入。

2.1 通信網(wǎng)絡設計

電力智能小區(qū)中開展光纖入戶建設，采用PFTTH的組網(wǎng)方式，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(EPON)作為網(wǎng)絡傳輸技術方案，兼具以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點。該網(wǎng)絡具有一點對多點的結構特點，在擴容時只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側光纖即可，能充分保證投資效益。在建設過程中采用具有電力特色的光纖復合電纜，隨著電力線路的敷設將光纖同步建設到位。電力智能小區(qū)內的光纖通信網(wǎng)絡可實現(xiàn)電動汽車充電信息、配電自動化信息、智能電表用電信息的自動采集，對用戶提供寬帶上網(wǎng)、電話及有線電視等功能。

2.2 用電信息采集建設

電力智能小區(qū)中所有用戶均安裝智能電表，選擇的是遠程費控載波表，智能電表與集中器通過電力線載波進行通信，通信頻率是421 kHz。集中器安裝在小區(qū)配電站房中，與主站采用光纖通信方式，集中器與主站采用376.1通信規(guī)約。用電信息采集主站采用的是全省統(tǒng)一部署模式，服務器均部署在省電力公司，采集系統(tǒng)采用專網(wǎng)運行方式。

用電信息采集的主要內容是電能表的日凍結指針，電能表每日零點凍結指針并發(fā)送到集中器存儲，集中器統(tǒng)一發(fā)送到用電信息采集主站。采集主站通過數(shù)據(jù)中心將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給SG186營銷系統(tǒng)，每個月到用戶的抄表日需要結算時則使用采集數(shù)據(jù)進行電費結算。SG186營銷系統(tǒng)通過接口將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給智能互動感知平臺，用戶在平臺上可以查詢每日的用電情況。

2.3 智能家居整體設計

智能家居系統(tǒng)建設主要是通過智能網(wǎng)關、智能插座與傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)進行融合，在家居電器控制、燈光控制、場景控制、家庭安防等傳統(tǒng)功能基礎上實現(xiàn)家庭用電信息采集和能耗分析功能。

為了滿足系統(tǒng)后續(xù)的規(guī)?；茝V的需求，智能小區(qū)智能家居系統(tǒng)與前段設備廠家系統(tǒng)后端采用API接口調用和中間數(shù)據(jù)庫交互的方式實現(xiàn)融合。因此這種方式可靈活選擇不同廠家的智能家居設備接入，可滿足用戶不同的個性化需求。

2.4 低壓配電自動化

電力智能小區(qū)低壓配電自動化系統(tǒng)主要是對0.4 kV低壓配電系統(tǒng)中斷路器的開關和報警觸點信號進行采集，并在感知互動綜合服務系統(tǒng)上通過圖形顯示的方式實現(xiàn)小區(qū)低壓配電自動化故障定位功能。該功能服務于物業(yè)和電力公司，雙方均可根據(jù)現(xiàn)場情況配合電力公司進行故障排查，同時該數(shù)據(jù)還將快速上報至95598，以縮短故障判斷時間。

小區(qū)在低壓饋出和動力回路中的所有斷路器上均增加開關分、合輔助接點和故障脫扣輔助接點，通過四芯屏蔽雙絞線連接至智能采集監(jiān)控裝置S7200L上，完成對低壓回路的開關和報警狀態(tài)的采集。其中四芯屏蔽雙絞線的布線將結合光纖入戶工程統(tǒng)一進行施工，S7200L放置在2個配電房內，通過光纖直接將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫。

2.5 電動汽車充電設施

在小區(qū)地上停車場建設交流充電樁供小區(qū)居民停車進行充電。交流充電樁主要是落地式的充電樁電源就近由低壓饋出電纜提供，相近充電樁電源進線采用電纜并接方式。每臺充電樁的配線包括電源線和通訊線2類。其中電源線采用2×10+1×6電纜(對應于標準單相5 kW充電樁)；通訊線包括1對RS485通訊線和1對CAN通訊線。RS485通訊線用于將臨近的充電樁用電信息上送至用電信息系統(tǒng)，信息匯集后再通過光纖接入的方式上傳至用電信息采集系統(tǒng)主站。

智能感知互動平臺通過與統(tǒng)一的電動汽車服務系統(tǒng)進行交互，為用戶實現(xiàn)充電樁狀態(tài)、預約、計費、計量信息的查詢與互動。

2.6 太陽能光伏發(fā)電接入

分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、防雷匯流箱、光伏控制器、防雷電氣控制箱、逆變器等設備組成。該系統(tǒng)為小區(qū)地下車庫照明、草坪燈、景觀燈等公共設施供電。通過感知互動綜合服務系統(tǒng)實現(xiàn)對分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)分析及狀態(tài)監(jiān)測。

2.7 商業(yè)運營及增值服務

電力智能小區(qū)增值服務系統(tǒng)的主要目標是實現(xiàn)三網(wǎng)融合和電力服務方式的轉變。首先由電力系統(tǒng)投資建設光纖入戶的各項基礎設施，通過光纖直接入戶ONU接入的方式，用戶可方便地接入電力光纖網(wǎng)絡。同時通過資源置換的方式，將電力光纖網(wǎng)絡租用給電信運營商，在智能小區(qū)的配電站房實現(xiàn)光纖到戶的專用通道與電信運營商的城域網(wǎng)對接，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)寬帶的接入服務。在此基礎之上作為全業(yè)務的電信運營商通過各種營銷政策和業(yè)務打包，為用戶提供寬帶網(wǎng)絡服務。

2.8 智能互動感知平臺設計

智能互動感知平臺通過與各類電力信息平臺(95598管理系統(tǒng)、SG186營銷系統(tǒng)、電動汽車充/換電服務系統(tǒng)、GPMS系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng))整合，形成感知互動綜合服務系統(tǒng)，通過系統(tǒng)將海量信息進行重新整合與打包，為用戶提供豐富的互動用電服務。同時該系統(tǒng)以增值服務子系統(tǒng)為通道，整合社會第三方服務供應商，通過平臺增值應用軟件的使用，以平臺為主體實現(xiàn)電力流、信息流、服務流的三流合一，凸顯平臺作為信息總線的作用，支撐智能電網(wǎng)信息化建設。

智能互動感知服務平臺在用電信息采集的核心功能中，利用先進的互聯(lián)網(wǎng)、無線自組網(wǎng)、數(shù)字集群無線通訊等技術，可對用戶信息進行分布式采集，適用于包括住宅小區(qū)、工業(yè)園區(qū)、高層樓宇等各類客戶群體。同時在系統(tǒng)的訪問和接入端采用瘦客戶端形式，可通過包括手機、平板電腦、PC等各類終端進行接入，并且通過與移動運營商的合作，將用戶綁定在平臺中，與客戶進行深度互動，完成即時的需求側響應服務。

3 電力智能小區(qū)的實施

按照以上設計方案，某試點小區(qū)以“優(yōu)質樣板，中心輻射，逐步拓展”為選定原則選定，小區(qū)內共482戶，大多屬于高端用戶，對高品質的生活有較高的追求。

在該電力智能小區(qū)的試點建設中，構建了智能互動感知服務平臺，建設完成感知互動綜合服務系統(tǒng)，在小區(qū)內部建設基于電力復合電纜的光纖入戶工程，實現(xiàn)所有用戶的光纖入戶。對小區(qū)內所有動力箱全部安裝采集裝置，實現(xiàn)對動力箱供電的實時監(jiān)控。用戶可通過平板電腦、網(wǎng)絡和手機進入感知互動綜合服務系統(tǒng)，在系統(tǒng)中辦理電力業(yè)務，實時監(jiān)控家中各種電力設備，掌握小區(qū)內動力箱、太陽能發(fā)電和電動汽車充電樁的供電情況。此外，在系統(tǒng)中部署了各項增值服務，用戶可以進行網(wǎng)上訂餐、購物以及其他與民生相關的各項內容的查詢。該智能小區(qū)提高了用戶的生活品質，加強了用戶與電力企業(yè)的雙向互動。

為了集中展示此次試點實施的成果，在小區(qū)內選取了一戶進行樣板房建設。樣板房作為一個全方位、多角度的綜合展示平臺，讓用戶對智能小區(qū)有切身的體驗，引導用戶樹立起高效、節(jié)能的智能用電觀念。

4 結束語

目前電力智能小區(qū)建設過程中還存在信息集成度不夠，用戶自主響應能力不足，設備及運維成本偏高等缺點。在今后的工作中將進一步優(yōu)化設計、提升性能，探索電力智能小區(qū)建設運營模式。

2014-03-28。

鄭建柏(1981-)，男，工程師，主要從事智能電表信息采集及處理工作，email：wangfang39@126.com。

王 芳(1981-)，女，工程師，主要從事電力安全監(jiān)察及電力生產應急工作。