家庭網(wǎng)絡(luò)與“智能電網(wǎng)”的關(guān)系

廣州廣聯(lián)數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院

1 智能電網(wǎng)概念

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

●遠(yuǎn)程抄表；

●電力負(fù)荷預(yù)測(cè)；

●電力經(jīng)濟(jì)調(diào)度；

●分布式能源系統(tǒng);

●用戶電源線復(fù)合光纜。

2 智能電網(wǎng)課題與數(shù)字家庭的關(guān)系

2.1 關(guān)于遠(yuǎn)程抄表

電力公司抄錄每個(gè)家庭的用電量以便收費(fèi)。現(xiàn)實(shí)電力抄表系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)用，但是，成本比較高，數(shù)據(jù)質(zhì)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(dú)實(shí)施這些抄表是一個(gè)麻煩的事，因?yàn)槊恳环N抄表都需要建設(shè)一個(gè)獨(dú)立的傳輸網(wǎng)絡(luò)和處理系統(tǒng)。從通信技術(shù)角度來看，各種系統(tǒng)的容量都非常小而且功能類似，可是，每一個(gè)系統(tǒng)都是五臟俱全。如果有了家庭網(wǎng)絡(luò)，抄表系統(tǒng)將變得非常簡(jiǎn)單。

因?yàn)榧彝ゾW(wǎng)絡(luò)分布在家庭各個(gè)部位，很容易連接電表、氣表和水表，而且這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量都很小，家庭網(wǎng)絡(luò)可以完成這些功能。

2.2 電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

“預(yù)測(cè)”是基于現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的“外推”?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)必須有足夠的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)支持。這時(shí)，傳統(tǒng)的抄表方案可能遇到困難。電力、煤氣、水量都存在供應(yīng)預(yù)測(cè)問題。電力供應(yīng)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)是常年測(cè)量用戶需求數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出需求規(guī)律，通過外推得出供應(yīng)預(yù)測(cè)。所以，需要構(gòu)建一個(gè)能源供應(yīng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，常年測(cè)量每個(gè)家庭每小時(shí)的用電數(shù)量，積累得出每個(gè)小區(qū)每小時(shí)的用電數(shù)量，每個(gè)城市每小時(shí)的用電數(shù)量。顯然，這個(gè)能源供應(yīng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是每個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)家庭的電表、煤表、水表的數(shù)據(jù)通過家庭網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)把測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中。借助于家庭網(wǎng)絡(luò)能夠容易地提供需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2.3 電力經(jīng)濟(jì)調(diào)度

原電力系統(tǒng)已經(jīng)有了相當(dāng)完善的電力調(diào)度通信網(wǎng)。但是，主要保證高層指揮調(diào)度。如果“電力經(jīng)濟(jì)調(diào)度”涉及到廣大用戶，電力調(diào)度通信網(wǎng)必須向下擴(kuò)展。電力、煤氣、水量都存在經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)問題。根據(jù)常年的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)，主管部門或者運(yùn)營(yíng)公司制訂經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)對(duì)策，以獲得利益最大化。為此需要構(gòu)建能源經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。其中，家庭網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)。家庭網(wǎng)絡(luò)對(duì)上傳遞應(yīng)用數(shù)據(jù)，對(duì)下傳遞控制數(shù)據(jù)。例如，隨時(shí)改變收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，隨時(shí)改變供應(yīng)量限制數(shù)據(jù)等。

2.4 分布式電力能源系統(tǒng)

是否可以把“分布式電力系統(tǒng)”理解為用戶既用電又發(fā)電呢？如果如此，這時(shí)各個(gè)家庭與能源網(wǎng)管理中心之間必然存在多種類、大數(shù)量的信息交換。因此，家庭網(wǎng)絡(luò)必然成為智能電力網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。例如，在家庭中，可以利用太陽(yáng)能發(fā)電和溫差發(fā)電。如果家庭用電量比較大，需要隨時(shí)購(gòu)買電能；家庭用電量比較小，需要隨時(shí)出賣剩余的電能，這一切都需要實(shí)時(shí)計(jì)算和實(shí)時(shí)記錄，這是各個(gè)家庭必須具備的功能。如果有了家庭網(wǎng)絡(luò)，可以輕易地實(shí)現(xiàn)這些功能。

2.5 關(guān)于用戶電源線復(fù)合光纜

研制“用戶電源線復(fù)合光纜”是一種戰(zhàn)略性部署。目標(biāo)是把光纖接入千家萬戶。電力線進(jìn)入家庭是正常的事，光纖隨其進(jìn)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(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)，這種方案給家庭網(wǎng)絡(luò)以有效支持。如圖1所示。

3 家庭網(wǎng)絡(luò)在智能能源系統(tǒng)中的應(yīng)用示例

3.1 基于家庭網(wǎng)絡(luò)的能源抄表系統(tǒng)

在一個(gè)擴(kuò)展型家庭網(wǎng)絡(luò)上，可以同時(shí)與多個(gè)電表、氣表和水表進(jìn)行指令遙測(cè)，這些數(shù)據(jù)通過家庭網(wǎng)關(guān)接入公用互聯(lián)網(wǎng)，最后納入位于任何位置的與互聯(lián)網(wǎng)連接的能源抄表服務(wù)器。如圖2所示。

3.2 基于家庭網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備用電量測(cè)量系統(tǒng)

可以利用同一個(gè)擴(kuò)展型家庭網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種能源抄表和多種設(shè)備用電量測(cè)量。如圖3所示。

4 國(guó)家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)研制規(guī)劃

4.1 規(guī)劃內(nèi)容

規(guī)劃內(nèi)容如下：

1）發(fā)電環(huán)節(jié)

（1）大規(guī)模蓄能領(lǐng)域。系統(tǒng)/設(shè)備包括集成蓄能間歇式電源功率平滑調(diào)節(jié)；化學(xué)電池蓄能能量管理；化學(xué)電池蓄能能量轉(zhuǎn)換；化學(xué)電池蓄能模塊化集成；智能調(diào)度。

（2）可再生能源發(fā)電領(lǐng)域。包括兆瓦級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器；風(fēng)電控制接入導(dǎo)則符合性檢測(cè)；風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合智能監(jiān)控；風(fēng)電場(chǎng)故障穿越裝置；間歇式電源功率預(yù)測(cè)與協(xié)調(diào)控制；間歇式電源功率控制裝置；可再生能源電站與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制；兆瓦級(jí)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制。

（3）常規(guī)能源發(fā)電領(lǐng)域。包括常規(guī)、新能源自動(dòng)化成套控制；水電廠電網(wǎng)調(diào)度支撐；次同步震蕩抑制；水電機(jī)組設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障分析；水電群優(yōu)化調(diào)度；快速并網(wǎng)裝置。

2）輸電環(huán)節(jié)

（1）直流輸電領(lǐng)域。包括直流場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備；高壓直流換流閥；柔性多端直流輸電設(shè)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(lǐng)域。包括統(tǒng)一潮流控制器；靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器；故障電流限制器；SVG,FSC,TCSC,STATCOM,CSR。

（3）監(jiān)測(cè)裝置領(lǐng)域。包括電磁環(huán)境智能監(jiān)測(cè)；桿塔集成監(jiān)測(cè)裝置；線路氣象/視頻/圖像監(jiān)測(cè)；電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；導(dǎo)線狀態(tài)集成監(jiān)測(cè)。

（4）輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。包括狀態(tài)檢修與監(jiān)測(cè)，故障診斷，輔助決策，在線預(yù)警；雷電監(jiān)測(cè)。

3）變電環(huán)節(jié)

（1）建設(shè)與運(yùn)維支撐領(lǐng)域。包括變電站數(shù)字化裝置測(cè)試檢測(cè)評(píng)估；變電站數(shù)字化裝置調(diào)試試驗(yàn)；二次設(shè)備在線自校及預(yù)警；多態(tài)遙視/巡檢/安防；組態(tài)和系統(tǒng)調(diào)試工具。

（2）站控層關(guān)鍵設(shè)備領(lǐng)域。基于信息共享的電網(wǎng)故障定位；基于信息共享的廣域控制保護(hù)；基于信息共享的站域控制保護(hù)；數(shù)據(jù)及事件記錄裝置；網(wǎng)絡(luò)安全及在線監(jiān)控裝置；時(shí)間同步系統(tǒng)；遠(yuǎn)動(dòng)終端；統(tǒng)一信息一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）過程層、間隔層設(shè)備領(lǐng)域。間歇電源并網(wǎng)保護(hù)測(cè)控；數(shù)字式保護(hù)裝置；保護(hù)測(cè)控一體化裝置；測(cè)控裝置；合并單元；電子式互感器；智能組建。

4）配電環(huán)節(jié)

（1）分布式電源和微網(wǎng)控制、保護(hù)和接入領(lǐng)域。包括大容量、高可靠快速切換固態(tài)開關(guān)；飛輪/超導(dǎo)/電容儲(chǔ)能裝置；分布式供電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置；分布式供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化換流裝置及電能控制裝置；分布式供電系統(tǒng)及微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理裝置。

（2）配電自動(dòng)化和配網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域。包括配電網(wǎng)調(diào)控一體智能技術(shù)支持系統(tǒng)；配電自動(dòng)化系統(tǒng)；智能配電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)。

（3）智能配電設(shè)備領(lǐng)域。包括環(huán)保智能化柱上開關(guān)；少維護(hù)金屬封閉開關(guān)設(shè)備；集成智能配電站；智能配變檢測(cè)終端；智能配電網(wǎng)保護(hù)測(cè)控一體化裝置；高效節(jié)能配電變壓器；復(fù)合電能質(zhì)量控制；環(huán)保型環(huán)網(wǎng)柜。

5）用電環(huán)節(jié)

（1）智能用電小區(qū)領(lǐng)域。包括智能用電小區(qū)電能服務(wù)系統(tǒng)；居民用電交互終端；家用分布式電源及儲(chǔ)能管理系統(tǒng)；智能插座；智能家電。

（2）智能用電檢測(cè)裝備領(lǐng)域。包括便攜式智能用電交互終端維護(hù)儀；高級(jí)計(jì)量管理系統(tǒng)；智能用電技術(shù)檢測(cè)設(shè)備。

（3）智能營(yíng)業(yè)廳領(lǐng)域。包括用戶電能服務(wù)系統(tǒng)；自助用電服務(wù)終端及系統(tǒng)；省級(jí)集中95598供電服務(wù)系統(tǒng)；95598門戶網(wǎng)站；停電管理系統(tǒng)。

（4）電動(dòng)汽車充放電領(lǐng)域。包括電動(dòng)汽車充放電設(shè)備；電動(dòng)汽車充放電管理系統(tǒng)。

（5）智能大戶服務(wù)領(lǐng)域。包括客戶側(cè)分布式電源及儲(chǔ)能管理系統(tǒng)；大用戶交互終端；智能樓宇服務(wù)系統(tǒng)；大用戶智能需求側(cè)管理系統(tǒng)。

（6）用電信息采集領(lǐng)域。包括用電信息采集專用芯片；用電信息采集終端設(shè)備；用電信息采集系統(tǒng)主站軟件；智能電能表。

6）調(diào)度環(huán)節(jié)

（1）省級(jí)及以上智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)領(lǐng)域。包括安全校核；調(diào)度計(jì)劃；調(diào)度管理；實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警；基礎(chǔ)平臺(tái)。

（2）地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)領(lǐng)域。包括調(diào)度計(jì)劃；調(diào)度管理；實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析；支撐平臺(tái)。

7）通信環(huán)節(jié)

（1）信息系統(tǒng)與高級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域。包括綜合輔助決策分析模型與分析系統(tǒng)；電網(wǎng)信息一體化綜合展現(xiàn)平臺(tái)；地理信息與空間服務(wù)平臺(tái)GIS。

（2）信息安全和運(yùn)維領(lǐng)域。包括智能應(yīng)用系統(tǒng)災(zāi)備系統(tǒng)；一體化信息系統(tǒng)監(jiān)管運(yùn)維平臺(tái)；等級(jí)保護(hù)合規(guī)性管理平臺(tái)；信息網(wǎng)絡(luò)隔離裝置；網(wǎng)絡(luò)信任平臺(tái)；安全移動(dòng)作業(yè)終端；信息安全接入平臺(tái)。

（3）信息化基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。包括嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及套件；智能電網(wǎng)基礎(chǔ)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)；智能電網(wǎng)應(yīng)用集成平臺(tái)；信息采集與數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。

（4）通信支撐網(wǎng)及其優(yōu)化領(lǐng)域。包括統(tǒng)一電力通信網(wǎng)管系統(tǒng)；全網(wǎng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)。

（5）配電和用電環(huán)境通信網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域。包括智能家電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備；配電工頻通信設(shè)備；電力專業(yè)通信控制芯片；配用電一體化通信設(shè)備；低壓載波通信設(shè)備；輸配電線載波通信設(shè)備；電力無線寬帶通信網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵通信設(shè)備及系統(tǒng)。

（6）骨干傳輸建設(shè)和完善領(lǐng)域。包括電力通信加密裝置；工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)；電力專用智能化光傳輸系統(tǒng)。

4.2 內(nèi)容分析

內(nèi)容分析主要包括：1）智能電網(wǎng)主體設(shè)備仍然是傳統(tǒng)的電力設(shè)備；2）電網(wǎng)智能化的主流是利用電子技術(shù)支持傳統(tǒng)電力設(shè)備，使之充分發(fā)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(shù)；

4）用電部分智能化，與家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)；5）調(diào)度和通信部分與現(xiàn)代通信技術(shù)密切相關(guān)。

5 結(jié)論

智能電網(wǎng)是數(shù)字家庭的一個(gè)重大潛在市場(chǎng)。例如：

●高效率抄表系統(tǒng)；

●UPS電源系統(tǒng)；

●電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)；

●雙向蓄能逆變器；

●微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（別墅、家庭）；

●電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置、諧波治理設(shè)備）；

●鋰離子電池化成設(shè)備；

●電池維護(hù)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)；

●箱式變電站；

●配網(wǎng)自動(dòng)化；

●設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視測(cè)量；

●分布式能源控制；

●電能質(zhì)量檢測(cè)；

●電力電子變壓器；

●區(qū)域智能供電系統(tǒng)；

●電力調(diào)度。