家庭網絡與“智能電網”的關系

廣州廣聯數字家庭產業技術研究院

1 智能電網概念

智能電網就是把電網智能化，以便獲得最好可能的工程效果。智能電網近期研究的典型課題有：

●遠程抄表；

●電力負荷預測；

●電力經濟調度；

●分布式能源系統;

●用戶電源線復合光纜。

2 智能電網課題與數字家庭的關系

2.1 關于遠程抄表

電力公司抄錄每個家庭的用電量以便收費。現實電力抄表系統已經實用，但是，成本比較高，數據質量和傳輸效率比較低。與此類似的還有煤氣抄表、水量抄表，單獨實施這些抄表是一個麻煩的事，因為每一種抄表都需要建設一個獨立的傳輸網絡和處理系統。從通信技術角度來看，各種系統的容量都非常小而且功能類似，可是，每一個系統都是五臟俱全。如果有了家庭網絡，抄表系統將變得非常簡單。

因為家庭網絡分布在家庭各個部位，很容易連接電表、氣表和水表，而且這些系統的數據量都很小，家庭網絡可以完成這些功能。

2.2 電力負荷預測

“預測”是基于現實數據的“外推”。可見，實現電力負荷預測必須有足夠的實時測量數據支持。這時，傳統的抄表方案可能遇到困難。電力、煤氣、水量都存在供應預測問題。電力供應預測的基礎是常年測量用戶需求數據，通過數據統計得出需求規律，通過外推得出供應預測。所以，需要構建一個能源供應預測系統，常年測量每個家庭每小時的用電數量，積累得出每個小區每小時的用電數量，每個城市每小時的用電數量。顯然，這個能源供應預測系統的基礎結構是每個家庭網絡，每個家庭的電表、煤表、水表的數據通過家庭網絡和互聯網把測量數據傳遞給數據統計中。借助于家庭網絡能夠容易地提供需要的實時數據。

2.3 電力經濟調度

原電力系統已經有了相當完善的電力調度通信網。但是，主要保證高層指揮調度。如果“電力經濟調度”涉及到廣大用戶，電力調度通信網必須向下擴展。電力、煤氣、水量都存在經濟運營問題。根據常年的統計設計，主管部門或者運營公司制訂經濟運營對策，以獲得利益最大化。為此需要構建能源經濟運營系統。其中，家庭網絡是基礎。家庭網絡對上傳遞應用數據，對下傳遞控制數據。例如，隨時改變收費標準，隨時改變供應量限制數據等。

2.4 分布式電力能源系統

是否可以把“分布式電力系統”理解為用戶既用電又發電呢？如果如此，這時各個家庭與能源網管理中心之間必然存在多種類、大數量的信息交換。因此，家庭網絡必然成為智能電力網的基礎結構。例如，在家庭中，可以利用太陽能發電和溫差發電。如果家庭用電量比較大，需要隨時購買電能；家庭用電量比較小，需要隨時出賣剩余的電能，這一切都需要實時計算和實時記錄，這是各個家庭必須具備的功能。如果有了家庭網絡，可以輕易地實現這些功能。

2.5 關于用戶電源線復合光纜

研制“用戶電源線復合光纜”是一種戰略性部署。目標是把光纖接入千家萬戶。電力線進入家庭是正常的事，光纖隨其進入家庭是不可阻擋的事。而此處的光纖，性能與任何部門提供的光纖無異，覆蓋面比任何部門提供的光纖都廣，成本比任何部門提供的光纖都便宜。所以，這種方案具有最強的競爭力，同時，這種方案給家庭網絡以有效支持。如圖1所示。

3 家庭網絡在智能能源系統中的應用示例

3.1 基于家庭網絡的能源抄表系統

在一個擴展型家庭網絡上，可以同時與多個電表、氣表和水表進行指令遙測，這些數據通過家庭網關接入公用互聯網，最后納入位于任何位置的與互聯網連接的能源抄表服務器。如圖2所示。

3.2 基于家庭網絡的設備用電量測量系統

可以利用同一個擴展型家庭網絡，同時實現多種能源抄表和多種設備用電量測量。如圖3所示。

4 國家電網公司的智能電網研制規劃

4.1 規劃內容

規劃內容如下：

1）發電環節

（1）大規模蓄能領域。系統/設備包括集成蓄能間歇式電源功率平滑調節；化學電池蓄能能量管理；化學電池蓄能能量轉換；化學電池蓄能模塊化集成；智能調度。

（2）可再生能源發電領域。包括兆瓦級光伏并網逆變器；風電控制接入導則符合性檢測；風光儲聯合智能監控；風電場故障穿越裝置；間歇式電源功率預測與協調控制；間歇式電源功率控制裝置；可再生能源電站與電網協調控制；兆瓦級垂直軸風力發電機控制。

（3）常規能源發電領域。包括常規、新能源自動化成套控制；水電廠電網調度支撐；次同步震蕩抑制；水電機組設備狀態檢測與故障分析；水電群優化調度；快速并網裝置。

2）輸電環節

（1）直流輸電領域。包括直流場關鍵設備；高壓直流換流閥；柔性多端直流輸電設備；柔性直流輸電電纜；柔性直流換流站；柔性直流換流閥。

（2）柔性交流輸電領域。包括統一潮流控制器；靜止同步串聯補償器；故障電流限制器；SVG,FSC,TCSC,STATCOM,CSR。

（3）監測裝置領域。包括電磁環境智能監測；桿塔集成監測裝置；線路氣象/視頻/圖像監測；電纜狀態監測裝置；導線狀態集成監測。

（4）輸電線路狀態監測領域。包括狀態檢修與監測，故障診斷，輔助決策，在線預警；雷電監測。

3）變電環節

（1）建設與運維支撐領域。包括變電站數字化裝置測試檢測評估；變電站數字化裝置調試試驗；二次設備在線自校及預警；多態遙視/巡檢/安防；組態和系統調試工具。

（2）站控層關鍵設備領域。基于信息共享的電網故障定位；基于信息共享的廣域控制保護；基于信息共享的站域控制保護；數據及事件記錄裝置；網絡安全及在線監控裝置；時間同步系統；遠動終端；統一信息一體化監控系統。

（3）過程層、間隔層設備領域。間歇電源并網保護測控；數字式保護裝置；保護測控一體化裝置；測控裝置；合并單元；電子式互感器；智能組建。

4）配電環節

（1）分布式電源和微網控制、保護和接入領域。包括大容量、高可靠快速切換固態開關；飛輪/超導/電容儲能裝置；分布式供電系統微機保護裝置；分布式供電系統標準化換流裝置及電能控制裝置；分布式供電系統及微電網電能質量治理裝置。

（2）配電自動化和配網規劃領域。包括配電網調控一體智能技術支持系統；配電自動化系統；智能配電網規劃決策系統。

（3）智能配電設備領域。包括環保智能化柱上開關；少維護金屬封閉開關設備；集成智能配電站；智能配變檢測終端；智能配電網保護測控一體化裝置；高效節能配電變壓器；復合電能質量控制；環保型環網柜。

5）用電環節

（1）智能用電小區領域。包括智能用電小區電能服務系統；居民用電交互終端；家用分布式電源及儲能管理系統；智能插座；智能家電。

（2）智能用電檢測裝備領域。包括便攜式智能用電交互終端維護儀；高級計量管理系統；智能用電技術檢測設備。

（3）智能營業廳領域。包括用戶電能服務系統；自助用電服務終端及系統；省級集中95598供電服務系統；95598門戶網站；停電管理系統。

（4）電動汽車充放電領域。包括電動汽車充放電設備；電動汽車充放電管理系統。

（5）智能大戶服務領域。包括客戶側分布式電源及儲能管理系統；大用戶交互終端；智能樓宇服務系統；大用戶智能需求側管理系統。

（6）用電信息采集領域。包括用電信息采集專用芯片；用電信息采集終端設備；用電信息采集系統主站軟件；智能電能表。

6）調度環節

（1）省級及以上智能電網調度技術支持系統領域。包括安全校核；調度計劃；調度管理；實時監控與預警；基礎平臺。

（2）地區智能電網調度技術支持系統領域。包括調度計劃；調度管理；實時監控與分析；支撐平臺。

7）通信環節

（1）信息系統與高級應用領域。包括綜合輔助決策分析模型與分析系統；電網信息一體化綜合展現平臺；地理信息與空間服務平臺GIS。

（2）信息安全和運維領域。包括智能應用系統災備系統；一體化信息系統監管運維平臺；等級保護合規性管理平臺；信息網絡隔離裝置；網絡信任平臺；安全移動作業終端；信息安全接入平臺。

（3）信息化基礎設施領域。包括嵌入式系統平臺；實時數據庫管理系統及套件；智能電網基礎應用開發平臺；智能電網應用集成平臺；信息采集與數據交換平臺。

（4）通信支撐網及其優化領域。包括統一電力通信網管系統；全網時間統一系統。

（5）配電和用電環境通信網建設領域。包括智能家電網絡通信設備；配電工頻通信設備；電力專業通信控制芯片；配用電一體化通信設備；低壓載波通信設備；輸配電線載波通信設備；電力無線寬帶通信網；物聯網關鍵通信設備及系統。

（6）骨干傳輸建設和完善領域。包括電力通信加密裝置；工業以太網交換機；電力專用智能化光傳輸系統。

4.2 內容分析

內容分析主要包括：1）智能電網主體設備仍然是傳統的電力設備；2）電網智能化的主流是利用電子技術支持傳統電力設備，使之充分發揮其潛在效能；

3）配電和用電部分智能化，大量使用了電力電子技術；

4）用電部分智能化，與家庭網絡技術密切相關；5）調度和通信部分與現代通信技術密切相關。

5 結論

智能電網是數字家庭的一個重大潛在市場。例如：

●高效率抄表系統；

●UPS電源系統；

●電動汽車充電系統；

●雙向蓄能逆變器；

●微網發電系統（別墅、家庭）；

●電能質量檢測系統（電能質量監測裝置、諧波治理設備）；

●鋰離子電池化成設備；

●電池維護系統、電池管理系統；

●箱式變電站；

●配網自動化；

●設備狀態監視測量；

●分布式能源控制；

●電能質量檢測；

●電力電子變壓器；

●區域智能供電系統；

●電力調度。