试论电力工程系统中智能电网互动设计方法

摘要:目前的智能电网建设中，很多项目都在规划和改善之中，其中智能用电是智能电网研究中的一个重点。本文讲述了互动式居民智能用电系统的设计要点，分析了在电力系统中如何做到居民家电与电网企业的网络互联和信息双向传递，实现动态电价下家庭智能、互动用电和服务。

关键词: 电力系统智能电网构成和特点

Abstract: in the current smart grid development, many projects are in planning and improving, including smart electricity is a major focus of smart grid research. This article describes how interactive design elements of the smart electricity system, how do residents in analysis in power system of household appliance manufacturers and bi-directional transfer of network interconnection and information, implementing dynamic electricity price intelligent, interactive family electricity and services.

Keywords: smart grid power system structure and characteristics

[中图分类号] TM 771[文献标识码]A[文章编号]

一、智能电网

智能电网其含义就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的前提基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，来达到和实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21 世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接人、启动电力市场以及资产的优化高效运行。在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性;从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。在智能电网中，用户将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费。同时需求响应(DR)计划将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力使电力公司尽量减少资本开支和营运开支，降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，同时也提供了大量的环境效益。

二、互动式居民智能用电系统构成和特点

1.系统构成

系统由智能家电、家域网(HAN)、表计和通讯基础设施(AMI)、表计数据管理系统(MDMS)和后台应用五大部分组成。其中，表计和通讯基础设施(AMI)由智能电表、抄表局域网、集抄器、广域网共同组成，与家域网(HAN)工程形成了本系统的网络平台。

2.系统特点

目前，市场上一些智能用电系统主要是机房电源智能分配器、路灯开关智能控制器等，主要用于专业领域的节能和自动化控制。智能家居系统国内外已经研究并开发多年，实现了家电的网络化和集中控制。系统供电企业为了减员增效，前几年也陆续开展低压集中抄表系统的试点和建设，但由于低压电力线载波受噪声大和衰减快影响一次抄表成功率不高，广域公网传输速率慢和租用费高等原因，没有进行太大规模的应用。以上这些技术和应用，未解决电网与居民家电的网络互联和信息传递，电网企业也不能将电力供需平衡、峰谷电价以及欠费、停电等服务信息发送到居民客户和家电，家电也不能根据电力供应和峰谷电价信息自动调节运行方式，实现互动智能用电和服务。但计算机、通信、计量等技术的发展和相关应用的推广，为智能电网条件下的互动式智能用电系统的研究打下了很好的技术基础。为配合智能电网的建设，互动式智能用电系统具有以下特点:

(I) 电网将动态电价和电力供需平衡信息直接对智能家电下达，智能家电据此进人相应的节能和限电模式运行，引导客户改变用能方式，节约电费。(2)客户通过安装在家里的终端实时自动接收电网发送的停电通知、欠费信息和供需平衡信息、电压合格率等电能质量信息，享受到供电优质服务。(3)智能电表与智能终端、家电通过家庭区域网互联后，集成到智能家居系统，客户可以通过智能家居系统或者智能终端查看家电用电数据，表码、用电量数据，所处的电价阶梯。(4)电网可远程采集电表数据和居民家电的用电信息，便于统计和掌握居民家庭用电规律和高峰负荷，便于进行负荷预测，制定电力供需平

__n__衡方案。(5)电网完成远程抄表算费的同时，更能通过家电用电数据与电表数据的采集和对比，实现远程防窃电功能。(6)实现远程预购电功能，客户通过电话、网站、手机充值后，电网后台的服务平台及时远程对电表下达购电额度，余额不足自动通过电话、短信或智能终端进行催费。(7)远程控制客户的停送电，达到停电催费的目的。

三、典型的互动式居民智能用电系统的实现

1.整体方案

(1)主站系统。采用分布式架构，主站建设在地市公司或县公司。(2)远程信道。采用无线公网和公网有线宽带相结合的方式，预留光纤专网接口。(3)本地信道。采用RS485 有线布置。(4)采集终端。低压集抄城区以集中表箱配置RS485 接口电表为主，采用集中器、电表的二层结构，通过无线宽带VPN 接入或3G 无线公网调高传输速率和稳定性。

2.智能家电的设计

智能家电首先是网络化家电，能组成家庭区域网。除了具备基本功能和运行方式外，还设计了可选择的智能电网运行模式。

(1)基本配置和功能。1)网络通讯功能，安装有采用zigbee、电力线载波或RS485 线通讯的接口，采用闪联协议组成家庭区域网，接受信息或者发送信息，接受远程控制。2)智能电网运行模式。家电能根据电网限电指令进行运行方式调节甚至完全关闭，达到强制避峰用电目的。根据峰谷或阶梯电价信息，智能调节运行方式，在高电价时段少用或者不用电，选择低电价时段多用电或者蓄能。智能用电模式指示灯亮或者显示屏显示相关信息。3)智能家电具有负荷计量模块，可独立测量自身的用电负荷和用电量，并显示或经通讯接口输出。(2)智能家电的种类。1)智能空调。智能电网运行模式下，高电价时段，可适当改变设置温度，制冷时不高于27 度上限，制热不低于15度下限。负荷紧张限电时，自动关闭或者进人节电模式。2)智能热水器。热水器有一定的蓄能作用。在智能电网模式下，设置保温温度可对应电价峰谷状态设定，而不是对应电价峰谷时段设定，避免了电价峰谷时段动态变化时重新设置的麻烦;根据用户设置的用水时间点，结合电价峰谷时段，动态调整开始加热的时间，达到节电目的。如设置7 点用水，但恰好6点是低谷，可以提前加热后保温，既节能又不影响生活。3）智能充电插座。家用蓄电设备越来越多，功率也越来越大，如笔记本电脑、智能手机、电动自行车。智能插座可根据电价时段控制充电开始时间，到达低谷电价时段自动为蓄能设备充电。4)智能洗衣烘干一体机。设置洗衣模和做好洗衣准备后，洗衣机可以选择在夜间电价低谷时段完成洗衣和烘干，并通过家庭区域网自动发送短信通知主人。