鄭建柏，王 芳

(1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000; 2.國(guó)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(dòng)感知的電力智能小區(qū)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭建柏1，王 芳2

(1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000; 2.國(guó)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(shù)現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)功能，提出了適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的電力智能小區(qū)系統(tǒng)架構(gòu)和通信體系；針對(duì)智能電網(wǎng)條件下的智能小區(qū)建設(shè)的實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了智能互動(dòng)感知系統(tǒng)框架和各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)方案，最后將研究成果應(yīng)用于實(shí)際，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

智能電網(wǎng)；互動(dòng)感知；智能小區(qū)；用電服務(wù)

1 電力智能小區(qū)概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(wù)質(zhì)量。為了滿足用戶對(duì)智能用電的需求，開展了實(shí)現(xiàn)小區(qū)智能化的技術(shù)的研究。

構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為基本技術(shù)特征的智能電網(wǎng)已成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。利用分布式清潔能源、電動(dòng)汽車、配電自動(dòng)化、電力光纖通信等智能電網(wǎng)技術(shù)成果，構(gòu)建新一代智能小區(qū)，可豐富現(xiàn)有智能小區(qū)的技術(shù)內(nèi)涵，增強(qiáng)其服務(wù)功能，為用戶提供安全可靠、清潔環(huán)保、便捷高效的居住場(chǎng)所。

電力智能小區(qū)是指通過(guò)電力通信技術(shù)，構(gòu)造覆蓋小區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)小區(qū)配電自動(dòng)化、用電信息采集、智能用電服務(wù)、電動(dòng)汽車充電、分布式電源、需求響應(yīng)、智能家居等功能的實(shí)現(xiàn)以及與小區(qū)公用設(shè)施的信息交互，對(duì)用戶供用電設(shè)備、分布式電源等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和控制，實(shí)現(xiàn)小區(qū)供電智能可靠、服務(wù)智能互動(dòng)、能效智能管理，提升服務(wù)品質(zhì)，提高終端用能效率。

電力智能小區(qū)業(yè)務(wù)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(wù)相關(guān)的功能，主要包括配電自動(dòng)化、用電信息采集、用電服務(wù)、需求響應(yīng)、電動(dòng)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(shí)現(xiàn)核心功能以外的延伸性功能，主要包括服務(wù)三網(wǎng)融合和智能家居。

2 電力智能小區(qū)設(shè)計(jì)

電力智能小區(qū)將以用戶需求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)電力公司與用戶的雙向互動(dòng)，全面提升電力公司的服務(wù)品質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)電力智能小區(qū)的各項(xiàng)功能，設(shè)計(jì)了感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護(hù)和使用的平臺(tái)，是電力智能小區(qū)的指揮調(diào)度中心，負(fù)責(zé)指揮、協(xié)調(diào)、組織各部分安全穩(wěn)定運(yùn)行。感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)具有開放性、可拓展性和多點(diǎn)接入的特性，各功能模塊與系統(tǒng)主體框架進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在今后的推廣過(guò)程中可平滑接入各個(gè)新增小區(qū)，也可通過(guò)對(duì)舊小區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造完成接入。

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

電力智能小區(qū)中開展光纖入戶建設(shè)，采用PFTTH的組網(wǎng)方式，以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)方案，兼具以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)具有一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在擴(kuò)容時(shí)只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側(cè)光纖即可，能充分保證投資效益。在建設(shè)過(guò)程中采用具有電力特色的光纖復(fù)合電纜，隨著電力線路的敷設(shè)將光纖同步建設(shè)到位。電力智能小區(qū)內(nèi)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電信息、配電自動(dòng)化信息、智能電表用電信息的自動(dòng)采集，對(duì)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(shè)

電力智能小區(qū)中所有用戶均安裝智能電表，選擇的是遠(yuǎn)程費(fèi)控載波表，智能電表與集中器通過(guò)電力線載波進(jìn)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(wù)器均部署在省電力公司，采集系統(tǒng)采用專網(wǎng)運(yùn)行方式。

用電信息采集的主要內(nèi)容是電能表的日凍結(jié)指針，電能表每日零點(diǎn)凍結(jié)指針并發(fā)送到集中器存儲(chǔ)，集中器統(tǒng)一發(fā)送到用電信息采集主站。采集主站通過(guò)數(shù)據(jù)中心將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給SG186營(yíng)銷系統(tǒng)，每個(gè)月到用戶的抄表日需要結(jié)算時(shí)則使用采集數(shù)據(jù)進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算。SG186營(yíng)銷系統(tǒng)通過(guò)接口將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給智能互動(dòng)感知平臺(tái)，用戶在平臺(tái)上可以查詢每日的用電情況。

2.3 智能家居整體設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)建設(shè)主要是通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)、智能插座與傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行融合，在家居電器控制、燈光控制、場(chǎng)景控制、家庭安防等傳統(tǒng)功能基礎(chǔ)上實(shí)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)模化推廣的需求，智能小區(qū)智能家居系統(tǒng)與前段設(shè)備廠家系統(tǒng)后端采用API接口調(diào)用和中間數(shù)據(jù)庫(kù)交互的方式實(shí)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(shè)備接入，可滿足用戶不同的個(gè)性化需求。

2.4 低壓配電自動(dòng)化

電力智能小區(qū)低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要是對(duì)0.4 kV低壓配電系統(tǒng)中斷路器的開關(guān)和報(bào)警觸點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行采集，并在感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)上通過(guò)圖形顯示的方式實(shí)現(xiàn)小區(qū)低壓配電自動(dòng)化故障定位功能。該功能服務(wù)于物業(yè)和電力公司，雙方均可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配合電力公司進(jìn)行故障排查，同時(shí)該數(shù)據(jù)還將快速上報(bào)至95598，以縮短故障判斷時(shí)間。

小區(qū)在低壓饋出和動(dòng)力回路中的所有斷路器上均增加開關(guān)分、合輔助接點(diǎn)和故障脫扣輔助接點(diǎn)，通過(guò)四芯屏蔽雙絞線連接至智能采集監(jiān)控裝置S7200L上，完成對(duì)低壓回路的開關(guān)和報(bào)警狀態(tài)的采集。其中四芯屏蔽雙絞線的布線將結(jié)合光纖入戶工程統(tǒng)一進(jìn)行施工，S7200L放置在2個(gè)配電房?jī)?nèi)，通過(guò)光纖直接將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.5 電動(dòng)汽車充電設(shè)施

在小區(qū)地上停車場(chǎng)建設(shè)交流充電樁供小區(qū)居民停車進(jìn)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(jìn)線采用電纜并接方式。每臺(tái)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(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)單相5 kW充電樁)；通訊線包括1對(duì)RS485通訊線和1對(duì)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(guò)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(dòng)平臺(tái)通過(guò)與統(tǒng)一的電動(dòng)汽車服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行交互，為用戶實(shí)現(xiàn)充電樁狀態(tài)、預(yù)約、計(jì)費(fèi)、計(jì)量信息的查詢與互動(dòng)。

2.6 太陽(yáng)能光伏發(fā)電接入

分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)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(shè)備組成。該系統(tǒng)為小區(qū)地下車庫(kù)照明、草坪燈、景觀燈等公共設(shè)施供電。通過(guò)感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式太陽(yáng)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(cè)。

2.7 商業(yè)運(yùn)營(yíng)及增值服務(wù)

電力智能小區(qū)增值服務(wù)系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合和電力服務(wù)方式的轉(zhuǎn)變。首先由電力系統(tǒng)投資建設(shè)光纖入戶的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)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(luò)。同時(shí)通過(guò)資源置換的方式，將電力光纖網(wǎng)絡(luò)租用給電信運(yùn)營(yíng)商，在智能小區(qū)的配電站房實(shí)現(xiàn)光纖到戶的專用通道與電信運(yùn)營(yíng)商的城域網(wǎng)對(duì)接，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)寬帶的接入服務(wù)。在此基礎(chǔ)之上作為全業(yè)務(wù)的電信運(yùn)營(yíng)商通過(guò)各種營(yíng)銷政策和業(yè)務(wù)打包，為用戶提供寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2.8 智能互動(dòng)感知平臺(tái)設(shè)計(jì)

智能互動(dòng)感知平臺(tái)通過(guò)與各類電力信息平臺(tái)(95598管理系統(tǒng)、SG186營(yíng)銷系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充/換電服務(wù)系統(tǒng)、GPMS系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng))整合，形成感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)將海量信息進(jìn)行重新整合與打包，為用戶提供豐富的互動(dòng)用電服務(wù)。同時(shí)該系統(tǒng)以增值服務(wù)子系統(tǒng)為通道，整合社會(huì)第三方服務(wù)供應(yīng)商，通過(guò)平臺(tái)增值應(yīng)用軟件的使用，以平臺(tái)為主體實(shí)現(xiàn)電力流、信息流、服務(wù)流的三流合一，凸顯平臺(tái)作為信息總線的作用，支撐智能電網(wǎng)信息化建設(shè)。

智能互動(dòng)感知服務(wù)平臺(tái)在用電信息采集的核心功能中，利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線自組網(wǎng)、數(shù)字集群無(wú)線通訊等技術(shù)，可對(duì)用戶信息進(jìn)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(shí)在系統(tǒng)的訪問(wèn)和接入端采用瘦客戶端形式，可通過(guò)包括手機(jī)、平板電腦、PC等各類終端進(jìn)行接入，并且通過(guò)與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的合作，將用戶綁定在平臺(tái)中，與客戶進(jìn)行深度互動(dòng)，完成即時(shí)的需求側(cè)響應(yīng)服務(wù)。

3 電力智能小區(qū)的實(shí)施

按照以上設(shè)計(jì)方案，某試點(diǎn)小區(qū)以“優(yōu)質(zhì)樣板，中心輻射，逐步拓展”為選定原則選定，小區(qū)內(nèi)共482戶，大多屬于高端用戶，對(duì)高品質(zhì)的生活有較高的追求。

在該電力智能小區(qū)的試點(diǎn)建設(shè)中，構(gòu)建了智能互動(dòng)感知服務(wù)平臺(tái)，建設(shè)完成感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)，在小區(qū)內(nèi)部建設(shè)基于電力復(fù)合電纜的光纖入戶工程，實(shí)現(xiàn)所有用戶的光纖入戶。對(duì)小區(qū)內(nèi)所有動(dòng)力箱全部安裝采集裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力箱供電的實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶可通過(guò)平板電腦、網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)進(jìn)入感知互動(dòng)綜合服務(wù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中辦理電力業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控家中各種電力設(shè)備，掌握小區(qū)內(nèi)動(dòng)力箱、太陽(yáng)能發(fā)電和電動(dòng)汽車充電樁的供電情況。此外，在系統(tǒng)中部署了各項(xiàng)增值服務(wù)，用戶可以進(jìn)行網(wǎng)上訂餐、購(gòu)物以及其他與民生相關(guān)的各項(xiàng)內(nèi)容的查詢。該智能小區(qū)提高了用戶的生活品質(zhì)，加強(qiáng)了用戶與電力企業(yè)的雙向互動(dòng)。

為了集中展示此次試點(diǎn)實(shí)施的成果，在小區(qū)內(nèi)選取了一戶進(jìn)行樣板房建設(shè)。樣板房作為一個(gè)全方位、多角度的綜合展示平臺(tái)，讓用戶對(duì)智能小區(qū)有切身的體驗(yàn)，引導(dǎo)用戶樹立起高效、節(jié)能的智能用電觀念。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前電力智能小區(qū)建設(shè)過(guò)程中還存在信息集成度不夠，用戶自主響應(yīng)能力不足，設(shè)備及運(yùn)維成本偏高等缺點(diǎn)。在今后的工作中將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升性能，探索電力智能小區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)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(chǎn)應(yīng)急工作。