家庭网络与“智能电网”的关系

广州广联数字家庭产业技术研究院

1 智能电网概念

智能电网就是把电网智能化，以便获得最好可能的工程效果。智能电网近期研究的典型课题有：

●远程抄表；

●电力负荷预测；

●电力经济调度；

●分布式能源系统;

●用户电源线复合光缆。

2 智能电网课题与数字家庭的关系

2.1 关于远程抄表

电力公司抄录每个家庭的用电量以便收费。现实电力抄表系统已经实用，但是，成本比较高，数据质量和传输效率比较低。与此类似的还有煤气抄表、水量抄表，单独实施这些抄表是一个麻烦的事，因为每一种抄表都需要建设一个独立的传输网络和处理系统。从通信技术角度来看，各种系统的容量都非常小而且功能类似，可是，每一个系统都是五脏俱全。如果有了家庭网络，抄表系统将变得非常简单。

因为家庭网络分布在家庭各个部位，很容易连接电表、气表和水表，而且这些系统的数据量都很小，家庭网络可以完成这些功能。

2.2 电力负荷预测

“预测”是基于现实数据的“外推”。可见，实现电力负荷预测必须有足够的实时测量数据支持。这时，传统的抄表方案可能遇到困难。电力、煤气、水量都存在供应预测问题。电力供应预测的基础是常年测量用户需求数据，通过数据统计得出需求规律，通过外推得出供应预测。所以，需要构建一个能源供应预测系统，常年测量每个家庭每小时的用电数量，积累得出每个小区每小时的用电数量，每个城市每小时的用电数量。显然，这个能源供应预测系统的基础结构是每个家庭网络，每个家庭的电表、煤表、水表的数据通过家庭网络和互联网把测量数据传递给数据统计中。借助于家庭网络能够容易地提供需要的实时数据。

2.3 电力经济调度

原电力系统已经有了相当完善的电力调度通信网。但是，主要保证高层指挥调度。如果“电力经济调度”涉及到广大用户，电力调度通信网必须向下扩展。电力、煤气、水量都存在经济运营问题。根据常年的统计设计，主管部门或者运营公司制订经济运营对策，以获得利益最大化。为此需要构建能源经济运营系统。其中，家庭网络是基础。家庭网络对上传递应用数据，对下传递控制数据。例如，随时改变收费标准，随时改变供应量限制数据等。

2.4 分布式电力能源系统

是否可以把“分布式电力系统”理解为用户既用电又发电呢？如果如此，这时各个家庭与能源网管理中心之间必然存在多种类、大数量的信息交换。因此，家庭网络必然成为智能电力网的基础结构。例如，在家庭中，可以利用太阳能发电和温差发电。如果家庭用电量比较大，需要随时购买电能；家庭用电量比较小，需要随时出卖剩余的电能，这一切都需要实时计算和实时记录，这是各个家庭必须具备的功能。如果有了家庭网络，可以轻易地实现这些功能。

2.5 关于用户电源线复合光缆

研制“用户电源线复合光缆”是一种战略性部署。目标是把光纤接入千家万户。电力线进入家庭是正常的事，光纤随其进入家庭是不可阻挡的事。而此处的光纤，性能与任何部门提供的光纤无异，覆盖面比任何部门提供的光纤都广，成本比任何部门提供的光纤都便宜。所以，这种方案具有最强的竞争力，同时，这种方案给家庭网络以有效支持。如图1所示。

3 家庭网络在智能能源系统中的应用示例

3.1 基于家庭网络的能源抄表系统

在一个扩展型家庭网络上，可以同时与多个电表、气表和水表进行指令遥测，这些数据通过家庭网关接入公用互联网，最后纳入位于任何位置的与互联网连接的能源抄表服务器。如图2所示。

3.2 基于家庭网络的设备用电量测量系统

可以利用同一个扩展型家庭网络，同时实现多种能源抄表和多种设备用电量测量。如图3所示。

4 国家电网公司的智能电网研制规划

4.1 规划内容

规划内容如下：

1）发电环节

（1）大规模蓄能领域。系统/设备包括集成蓄能间歇式电源功率平滑调节；化学电池蓄能能量管理；化学电池蓄能能量转换；化学电池蓄能模块化集成；智能调度。

（2）可再生能源发电领域。包括兆瓦级光伏并网逆变器；风电控制接入导则符合性检测；风光储联合智能监控；风电场故障穿越装置；间歇式电源功率预测与协调控制；间歇式电源功率控制装置；可再生能源电站与电网协调控制；兆瓦级垂直轴风力发电机控制。

（3）常规能源发电领域。包括常规、新能源自动化成套控制；水电厂电网调度支撑；次同步震荡抑制；水电机组设备状态检测与故障分析；水电群优化调度；快速并网装置。

2）输电环节

（1）直流输电领域。包括直流场关键设备；高压直流换流阀；柔性多端直流输电设备；柔性直流输电电缆；柔性直流换流站；柔性直流换流阀。

（2）柔性交流输电领域。包括统一潮流控制器；静止同步串联补偿器；故障电流限制器；SVG,FSC,TCSC,STATCOM,CSR。

（3）监测装置领域。包括电磁环境智能监测；杆塔集成监测装置；线路气象/视频/图像监测；电缆状态监测装置；导线状态集成监测。

（4）输电线路状态监测领域。包括状态检修与监测，故障诊断，辅助决策，在线预警；雷电监测。

3）变电环节

（1）建设与运维支撑领域。包括变电站数字化装置测试检测评估；变电站数字化装置调试试验；二次设备在线自校及预警；多态遥视/巡检/安防；组态和系统调试工具。

（2）站控层关键设备领域。基于信息共享的电网故障定位；基于信息共享的广域控制保护；基于信息共享的站域控制保护；数据及事件记录装置；网络安全及在线监控装置；时间同步系统；远动终端；统一信息一体化监控系统。

（3）过程层、间隔层设备领域。间歇电源并网保护测控；数字式保护装置；保护测控一体化装置；测控装置；合并单元；电子式互感器；智能组建。

4）配电环节

（1）分布式电源和微网控制、保护和接入领域。包括大容量、高可靠快速切换固态开关；飞轮/超导/电容储能装置；分布式供电系统微机保护装置；分布式供电系统标准化换流装置及电能控制装置；分布式供电系统及微电网电能质量治理装置。

（2）配电自动化和配网规划领域。包括配电网调控一体智能技术支持系统；配电自动化系统；智能配电网规划决策系统。

（3）智能配电设备领域。包括环保智能化柱上开关；少维护金属封闭开关设备；集成智能配电站；智能配变检测终端；智能配电网保护测控一体化装置；高效节能配电变压器；复合电能质量控制；环保型环网柜。

5）用电环节

（1）智能用电小区领域。包括智能用电小区电能服务系统；居民用电交互终端；家用分布式电源及储能管理系统；智能插座；智能家电。

（2）智能用电检测装备领域。包括便携式智能用电交互终端维护仪；高级计量管理系统；智能用电技术检测设备。

（3）智能营业厅领域。包括用户电能服务系统；自助用电服务终端及系统；省级集中95598供电服务系统；95598门户网站；停电管理系统。

（4）电动汽车充放电领域。包括电动汽车充放电设备；电动汽车充放电管理系统。

（5）智能大户服务领域。包括客户侧分布式电源及储能管理系统；大用户交互终端；智能楼宇服务系统；大用户智能需求侧管理系统。

（6）用电信息采集领域。包括用电信息采集专用芯片；用电信息采集终端设备；用电信息采集系统主站软件；智能电能表。

6）调度环节

（1）省级及以上智能电网调度技术支持系统领域。包括安全校核；调度计划；调度管理；实时监控与预警；基础平台。

（2）地区智能电网调度技术支持系统领域。包括调度计划；调度管理；实时监控与分析；支撑平台。

7）通信环节

（1）信息系统与高级应用领域。包括综合辅助决策分析模型与分析系统；电网信息一体化综合展现平台；地理信息与空间服务平台GIS。

（2）信息安全和运维领域。包括智能应用系统灾备系统；一体化信息系统监管运维平台；等级保护合规性管理平台；信息网络隔离装置；网络信任平台；安全移动作业终端；信息安全接入平台。

（3）信息化基础设施领域。包括嵌入式系统平台；实时数据库管理系统及套件；智能电网基础应用开发平台；智能电网应用集成平台；信息采集与数据交换平台。

（4）通信支撑网及其优化领域。包括统一电力通信网管系统；全网时间统一系统。

（5）配电和用电环境通信网建设领域。包括智能家电网络通信设备；配电工频通信设备；电力专业通信控制芯片；配用电一体化通信设备；低压载波通信设备；输配电线载波通信设备；电力无线宽带通信网；物联网关键通信设备及系统。

（6）骨干传输建设和完善领域。包括电力通信加密装置；工业以太网交换机；电力专用智能化光传输系统。

4.2 内容分析

内容分析主要包括：1）智能电网主体设备仍然是传统的电力设备；2）电网智能化的主流是利用电子技术支持传统电力设备，使之充分发挥其潜在效能；

3）配电和用电部分智能化，大量使用了电力电子技术；

4）用电部分智能化，与家庭网络技术密切相关；5）调度和通信部分与现代通信技术密切相关。

5 结论

智能电网是数字家庭的一个重大潜在市场。例如：

●高效率抄表系统；

●UPS电源系统；

●电动汽车充电系统；

●双向蓄能逆变器；

●微网发电系统（别墅、家庭）；

●电能质量检测系统（电能质量监测装置、谐波治理设备）；

●锂离子电池化成设备；

●电池维护系统、电池管理系统；

●箱式变电站；

●配网自动化；

●设备状态监视测量；

●分布式能源控制；

●电能质量检测；

●电力电子变压器；

●区域智能供电系统；

●电力调度。