基于智能电网通信网络的云控制平台研究

【摘要】 随着国家电网公司对用电信息采集系统数据的要求不断提高、业务应用方面深化与创新的步伐不断加快，使得采集系统呈现出覆盖规模大、采集数据项的杂、存储数据时间长等特点，因此迫切需要云控制等此类大数据处理技术来提升用电信息数据的处理能效，本文提出了基于智能电网的云控制平台总体框架，并详述其相关结构与功能。

【关键词】 智能电网 云控制 通信网架构

一、引言

智能电网是我国十二五期间的重点规划，作为新一轮信息技术革命产物，“物联网”已成我国新兴战略宠儿，当下正处在“互联网时代”向“物联网时代”的过渡阶段。坚强智能电网的通信与信息传输是构建智能电网的重要一环，依靠国家浑厚的电网资源，利用高级量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，构架新型供用电关系是建设坚强智能电网的落脚点[1]。基于云控制大数据处理在提升用电信息采集系统数据处理性能方面已势在必行，日新月异的当下，基于智能电网的云控制平台也成为研究热点。

二、系统总体框架

系统以智能电网为核心，以智能小区为应用，构建智能电网网络系统，包括配电自动化、保护设备的管理、用电信息采集，家电能耗、安防等，同时加入不同层次用户电力专变智能用电模块、分布式发电储能、代步工具智能充电等项。骨干承载采用WDM/OTN，接入网采用EPON，平台数据承载采用汇聚层交换机。智能电网平台是中央控制系统，负责配电、保护、用电等息采集、数据的交互、运算以及业务提供。

智能小区系统采用通信技术来构造覆盖小区的通信网络，通过用电信息采集、小区配电自动化、智能家居应用等功能的实现以及与公用设施的信息交互，对用户供用电设备、分布式电源等项进行监测、分析和控制，从而实现小区智能供电、互动、能效管理。

三、智能电网主站平台

3.1 主站平台

（1）安全1区（配电自动化服务器）、安全2区（保护管理服务器）、安全3区（用电信息采集服务器）和安全4区（智能家居、安防、能效等）。（2）智能小区综合应用平台服务器包括含历史、SCADA服务器各、公网服务器及网关、防火墙物理隔离等相关设备。（3）基础平台系统，包括商用数据库、操作系统、报表服务、图模一体、SCADA等基础服务平台。（4）小区用电信息采集接口模块；小区用电负荷预测；小区停电监测；小区用电异常、偷漏电监测。（5）小区配电自动化（与上级配网）接口；小区电力设备管理与智能监测。（6）充电桩监控管理、计量计费模块；电力高级应用及配电网优化管理，如分布式电源、充电桩等优化运行。（7）智能家居系统（可视对讲、远程控制、手机控制、智能家居展示系统）。（8）分布式电源微网接入控制模块及接口、控制策略演示及仿真等。（9）家庭能源管理（能效服务）。（10）智能小区运营管理互动。

建设云控制平台，意味着向智能社区跨出了一大步。小区配电自动化的实现可提高故障检测响应速度，优质供电；实现对小区内智能化设备的监测与可视化管理；包括代步工具有序充电、安装光伏发电设备，实现单户微网接入、智能家居控制；为家庭安全用电、防火、防盗系统等提供全面管理与控制。

3.2 EPON本地接入网系统

智能小区通信网络主要基于OPLC（低压光纤复合缆）技术和EPON无源光网络通信技术实现电力光纤到户（PFTTH），承载“三网融合”、用电信息采集、综合应用平台系统、智能家居等业务，并为小区低压配网系统提供保障。采用用户智能交互终端技术，建立用户与电网之间实时连接、互动开放的网络，满足智能电网双向互动的需求。对于电力专网与公网实行同缆不同芯，建立两张物理隔离的通信网络，从而保证通道的物理隔离。智能小区三网融合系统由三网信息源、通信信道、光纤EPON设备、家庭用户终端四部分构成。1、电力专网网络规划。借助电力光纤复合电缆，电力专用网络采用独立的EPON系统完成配电自动化、用电信息采集的通信网络建设。2、公网网络规划。公网借助电力光纤复合线缆，采用EPON系统构建电话、电视、网络“三网融合”业务。

3.3 智能家居系统

智能家居系统主要应用了红外、WiFi、RS485、RF779M、以太网等多种通信方式，从而实现对户内智能家居的本地和远程控制管理。图1示。

基于电力光纤低压复合电缆的EPON通信网络，通过光网络单元连接到小区户内的智能交互终端、智能家庭网关、PC等[3][4]。同时，将物联网技术引入小区，在家中通过通信组网技术把各家电与智能家庭网关、交互终端相连接，构成体系，智能小区综合应用平台系统能对智能家居进行状态监测和控制，同时够实时收集水、电等资源使用信息，从而提供了一个安全、便利、舒适的居住环境。

3.4 小区代步工具智能充电桩系统

电动代步工具作为新能源产物的典型代表，是交通能源向节能减排方向转型的成功体现。作为电动代步工具不可缺的配套设施，充电设施的建设和完善是其发挥作用的必要条件，也是未来城市不可或缺的基础设施。以两台交流充电桩和两套模拟负载为例，每台交流充电桩的每个充电接口可提供AC220V、32A的供电能力，用于（汽车）的交流充电。

3.5 分布式发电与储能

在智能小区建设光伏发电单元，安装光伏电池阵列、蓄电池、光伏发电控制及并网装置、客户侧分布式电源监控系统等构成，在与电网并网节点处安装双向计量电表，实现分布式能源并网控制，将光伏发电的电力信息发送给小区配电自动化系统，进行分析和处理。图2示。

光伏发电并网系统中主要应用的技术有分布式能源的控制。分布式发电设备对电网的接入点为小区的公共照明，并提供明显的断开点以满足电力系统配电网侧检修的安全隔离。此外，还须具备标准通信接口，能够和用户侧智能交互终端形成信息交互管理，通过通信接口提供直流电压、直流电流、并网电压、并网电流、并网频率、并网功 率等信息。

3.6 基于RFID技术的电力巡检与资产管理

电力设备巡检资产管理系统是针对电力行业开发的结合了RFID电子标签、GIS（地理信息系统）、多项网络传输等技术的管理平台，图7示。系统为其设备安装相应的电子标签，实现自动识别，结合手持式数据采集器，可以提供真实的巡检时间，停留时间；设备的全部巡行数据可通过采集器输入并保存，并由后台管理软件自动分析和处理，生成包括巡检到位报表、设施状态和参数等数据报表；资产管理系统是针对资产的入库、出库、自动识别等一系列智能化处理，由后台软件统一处理[5][6]。

1、巡检系统。软件采用先进的B/S结构，应用SQL SERVER，WEBGIS等核心技术开发，地形道路图使用GOOGLE MAP。GOOGLE MAP为免费的道路地形GIS资料，定期会更新，在用户还没有购买测绘道路地形数据时，是较理想的选择，既可提供较准确的道路地形资料，又可为用户节约不必要的费用，也避免了发生地图资料版权法律纠纷的可能。巡检数据、管网及附属设施GIS资料、电子台帐信息以及用户信息等系统管理软件数据统一发送并保存在一台数据库服务器中，并由该服务器负责以网页形式软件。用户可在PC用浏览器直接使用软件，不需安装客户端。这样不仅提高了使用的便利性，更加强了系统的稳定性，确保了系统数据的安全和可靠，又避免了由于客户端系统带来的不稳定因素，同时减少了系统维护工作量。2、资产管理管理系统（PDA版）。物资管理主要功能包括用户登录、库存查询、器材入库、器材出库、任务查询、盘库、系统设置等。

四、结束语

智能电网是我国十二五期间国家电网重点发展方向，利用高级量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，实现响应迅速、计量准确、数据采集实时的新型供用电关系是建设坚强智能电网的落脚点。为了高效处理用电信息采集系统数据，业务系统部署的全面推进以及满足业务应用的不断深化创新的需求，提出服务于智能电网的云控制平台结构，扩大了电网的覆盖规模，满足业务多样化的需求。

参 考 文 献

[1] 秦立军，马其燕. 智能配电网及其关键技术[M].北京：中国电力出版社， 2010： 37-39.

[2] 金广祥，张大伟，李伯中. 国家电网公司“十二五”骨干传输网的发展[J]电力系统通信， 2011， 32（233）： 65-69.

[3] 梁芝贤， 王剑， 唐万理. 智能配电网EPON 技术应用研究及网络设计[J]. 电力系统通信， 2010， 33（232）： 85-89.

[4] 王翔，樊强，张军，胡阳. 基于EPON的配电通信接入网ODN设计[J].电力系统通信， 2012， 33（232）： 5-8.

[5] 钟清. 智能电网关键技术研究[M]. 北京：中国电力出版社， 2011：144-152.

[6] 黄盛. 智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J]. 电力系统通信， 2010， 31（212）： 10-12.