智能用电试验小区通用技术方案.doc

智能用电试验小区建设方案国网信息通信有限公司2010年12月1日目录一、前言2二、建设目标3三、相关设备及功能要求43.1智能交互终端43.2 智能交互式网络机顶盒73.3 用电信息采集系统73.3.1功能设计73.3.2系统设计83.4智能插座103.4.1非智能家电模式113.4.2智能家电模式113.5智能电表123.5.1单相智能电表123.5.2三相智能电表123.6分布式电源及储能133.7安防设备143.8智能家电153.8.1功能要求153.8.2智能家电演示环境173.9其他19四、设计方案194.1智能家居样板间194.1.1设备194.1.2功能204.1.3智能家电控制204.1.4智能家居系统通信方式224.2智能小区建设244.2.1设备244.2.2功能254.3智能用电服务系统254.3.1系统物理架构254.3.2子系统的技术构架254.4系统的安全性274.5系统的可扩展性27五、工期计划表28一、前言统一坚强智能电网是国家电网公司继特高压以后，又一重大战略创新，它是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的统一坚强智能电网的战略发展目标，形成了“一个目标、两条主线、三个阶段、四个体系、五项内涵、六个应用环节”的发展战略框架，制定了从发电到用户各应用环节和通信信息平台的发展路线，实现电网发展方式的重大转变。智能电网是今后长期的发展方向，目前规划已经做到了2020年，它的实施将极大的支持和推动绿色能源和低碳经济的发展，是一次能源领域工业革命。它的实施，将使得国家更加灵活的电价政策和节能减排措施能够顺利出台和实施，从而推动“两型”社会、和谐社会建设，促进经济与社会可持续发展，带来工业结构和人民生活方式的变革，也必将带来电力营销工作方式和服务方式的革命性变革。智能用电依托坚强电网和现代管理理念，利用高级量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，实现市场响应迅速、计量公正准确、数据采集实时、收费方式多样、服务高效便捷，构建电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系，将供电端到客户端的所有设备有机连接，形成绵密完整的用电和信息交互网络，并对其中信息加以整合分析，指导用户或直接进行用电方式调整，实现电力资源的最佳配置，达到降低客户用电成本、提高供电可靠性和用电效率的目的。智能用电的主要任务和重点工程，是全面完成“电力用户用电信息采集系统”建设，着力构筑“用户管理与服务技术支持平台”和“用户管理与服务双向互动平台”，构建智能化的用户管理与服务体系。智能用电小区将集中体现智能用电技术先进、经济高效、服务多样、灵活互动、友好开放的特征。为了进一步深入研究智能用电小区关键技术，国家电网公司确立了一系列研究课题，国网信通、中国电科院、国网电科院牵头，9个网省公司参加，共同探索研究智能用电小区的相关标准和规范。为了紧密结合国网课题研究的进程，进行新技术和新设备的试验性研究，验证、检验课题研究成果，加速成果的实用性转化，既有益于国家电网公司相关课题研究,又能促进智能用电小区的建设，实现共赢的局面。二、建设目标智能用电试验小区建设，将围绕国家电网公司智能用电小区关键技术的研究课题，综合采用信息、通信、管理等领域的先进技术，搭建课题研究的试验和展示平台，在用户深入体验的基础上，进一步完善课题研究成果。本项目初步选定某小区做为智能用电试验小区，计划实现下列目标：1.实现小区用户用电信息采集“全覆盖、全采集、全预付费”；2.实现小区所有用户的能效管理、家庭主要用电分析、异常用电分析、能效管理、社区信息服务、安防、视频对讲等；3.建设两户智能家居样板间，实现电表、水表、气表三表采集，能效管理、智能家电管理及控制、家庭负荷分析、异常用电分析、增值服务（医疗保健、社区服务、便民服务、娱乐服务、物业服务、社保服务、视频点播、购物、安防等）；4.采用太阳电池组件、风能发电装置、并网逆变器及储能装置组成绿色能源供电系统。三、相关设备及功能要求3.1智能交互终端智能交互终端是实现家庭智能用电服务的关键设备，其通过利用先进的信息通信技术，对家庭用电设备进行统一监控与管理，对电能质量、家庭用电信息等数据进行采集和分析，指导用户进行合理用电，调节电网峰谷负荷，实现电网与用户之间智能交互。此外，通过智能交互终端，可为用户提供家庭安防、社区服务、Internet服务等增值服务。智能终端实物如图3-1所示：图3-1 智能交互终端用电信息管理功率、电压、电流、剩余电量（金额）、透支电量等信息；查询购电信息，包括购电时间、购电量、购电金额等购电信息； 查询抄表时间、电能表示数、执行电价、缴费时间等； 用户名称、编号、地址、用电容量、当前及历史电价、缴费方式、缴费帐户、帐户余额等信息；发布停电时间、停电区域、停电线路、停电用户及计划送电时间等信息；电量不足报警，提示当前剩余电量、预计可使用的时间及购电网点；月度（日）用电量以及电能表更换、异常处理记录等信息。能效管理用能查询电价查询家庭用能监测分布式能源及储能装置的监控节能分析及提醒家电管理及控制查询家电用电信息，如电压、电流、功率因数、频率、谐波等；根据用电习惯和负荷控制家电的通电/断电。家庭负荷分析分时电价对应时段用电量的比较分析；各时点负荷曲线比较分析；各时点家用电器运行比率分析；各时点负荷预测,判别各类家用电器的运行状态；分时段提供家用电器的优化运行方式。 异常用电分析进行零电量分析、电量突变分析；与营销系统记录数值进行比对，误差超过设定阀值后，作为用电异常的记录；通过电能表失压、断流记录，分析用电异常，包括异常发生时间。水、气表集抄可实现对水、气表信息的收集。增值服务医疗保健、社区服务、便民服务、娱乐服务、物业服务、社保服务、视频点播、购物、股票、安防等。信息服务社区新闻：由物业管理系统向各个终端发布社区新闻。公告通知：由物业管理系统向各个终端发布公告通知。公用信息：时间显示、气温显示、风力显示、空气质量显示、小区整体用电信息显示、太阳能发电量和风能发电量显示及相应减少的碳排放量显示等。视频对讲：小区内不同住户间可实现可视对讲通话，足不出户便能轻松沟通。广告资讯3.2 智能交互式网络机顶盒图3-2 智能交互机顶盒 “智能交互机顶盒”是一套基于宽带网络开展的以媒体为主的IPTV业务，主要提供家庭用电信息管理、能效管理、家庭娱乐、远程教育、培训咨询和日常生活信息获取、交互方面的应用。以LAN或EPON为主要接入方式，以智能交互机顶盒+电视机的形式，向用户提供优质的服务和使用简便的电视式体验。与智能交互终端类似，能提供：用电信息管理、能效管理、家电管理及控制、家庭负荷分析、异常用电分析、水和气表集抄、增值服务和信息服务等功能。3.3 用电信息采集系统3.3.1功能设计远程抄表：实时、定时、冻结抄读电表数据；用电管理：负荷管理、购售电管理；线损分析：低压用电实时线损分析；分台区管理与考核：为用户提供分台区的量、费、损实时考核；配电监测：实现配变运行数据的采集及分析（可选择）；报警功能：用电异常报警、用户窃电分析报警；统计报表：提供用电量统计日/月报表；校时功能：系统校时、设备（电表/采集器/集中器）校时；设备管理：集中器、采集器及电表的参数远程设置，运行状态监控；操作管理：操作员权限划分、操作记录；数据备份：定时自动备份数据库服务器中的数据，可设置备份时间间隔；外部接口：提供与营销缴费系统的数据接口，需定制开发。3.3.2系统设计基于电力线宽带通信的用电信息采集系统的组网结构如图3-2所示：图3-3-1用电信息采集系统组网结构图系统由主站系统、集中器、采集器三部分组成。方案采用集中器加采集器对485电表进行数据采集的方式，传输采用EPON光纤通信网络加宽带电力线通信方式。集中器安装在低压配电室，采集器分布在楼层的设备箱内。集中器和主站的上行通信方式采用EPON光纤通信，集中器和采集器之间的下行通信采用宽带电力线通信，采集器和电表之间用485线连接。方案自上而下的结构为：主站-集中器-采集器-电表-用户。宽带电力线通信方式宽带电力线通信技术主要是指利用1MHz以上载波频率的电力线载波通信方式，能进行大容量、高实时性数据的传输，已成熟应用于用电信息采集系统当中。EPON通信方式在配电网络当中，使用EPON进行电力用户的用电信息采集，具有实时性强、组网灵活与通信容量大等特性。基于EPON光网络通信技术的用电信息采集系统利用极少的纤芯资源，通过无源分光器形成一个延伸到最终用户的、能够高速传输用电数据的网络，并以此为基础建设用电信息采集系统。电力光纤到户(PFTTH)通信方式PFTTH是把光纤单元复合到电力导线里面，用在配电网络当中的用电信息采集层面，不仅具有光纤通信的优势，而且可以利用无处不到的电力线资源，降低综合成本，是实现国家“十一五”规划关于积极推进“三网融合”战略的重要组成部分。变台 变箱光纤/电缆建筑楼宇配电间 ODF安防,自控三表采集 网络应用 视频应用 社区应用 智能电器应用 光纤/电缆光纤/电缆光纤/电缆楼层配电间 安防,消防监控社区医疗 商店,餐饮ATM,POS电能表 楼层配电间 用户配电箱 信息综合采集 ¡­¡­¡­¡­¡­. 图3-3-2 PFTTH应用示意图新兴的PFTTH光缆，用于配用电侧用电交互信息高速传输。3.4智能插座智能插座能实时、准确、灵敏的采集用电负荷数据，按照实际情况，选取最适合的通信方式，主要实现功能有：测量显示、通断控制、家电控制命令的透明传输等。产品参考图片如图3-4所示：图3-4无线智能插座正反面实物图3.4.1非智能家电模式对于普通家用电器可以通过智能插座实现用户和家用电器的交互，了解电器用电情况，并达到远端控制电器的目的，具体功能如下：采集家电的电压、电流、功率、功率因数，并可将所需数据进行上传；利用窄带PLC通信方式，对家电进行通断电控制，在家电待机时切断电源，实现节能省电的目的；可由智能交互终端、采集主站、网络客户端、手机等介质对智能插座进行控制，进而控制家用电器。3.4.2智能家电模式对于智能型家电，可直接接受智能交互终端控制，用户可以通过网络实时了解家电的用电情况和工作模式，并通过智能交互终端或网络对家电实施控制。实现功能如下：采集家电的电压、电流、功率、功率因数实时值并保存，并可将所需数据进行上传；由智能插座对家电进行通断电控制，实现节能省电的目的；由智能交互终端发起控制命令，对家电的各项功能进行远程操作和管理；可由智能交互终端、电力公司采集主站、网络客户端、手机等方式对特定家电进行控制。3.5智能电表3.5.1单相智能电表图3-5单相智能表实物图单相智能电能表通过电力线、光纤或RS485支持远程预付费充值的方式，能够实现远程通断电功能，并且可以通过本地的红外通信实现辅助充值的功能。3.5.2三相智能电表图3-6三相智能表实物图三相智能电能表通过电力线、光纤或RS485通信，支持远程预付费充值的方式和通过本地的红外通信实现辅助充值的功能。同时该智能电能表采用大屏幕液晶显示，具有远红外、RS485等通讯接口，具有预付电量以及负荷控制等功能。3.6分布式电源及储能系统由太阳能电池组件、风能发电装置、并网逆变器及储能装置组成。太阳能电池组件和风能发电装置分别将光能和风能转化为电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为电网同频率、同相位的正弦波电流，接入电网。太阳能和风能并网发电系统具有反孤岛功能，以便在电网失电时与电网解列，保护人员安全。太阳能和风能并网发电系统具备标准通信接口，能提供直流电压、直流电流、并网电压、并网电流、并网频率、并网功率等信息。光伏发电太阳能及并网逆变器3.7安防设备图3-8 家庭安防示意图安防设备主要包括：烟雾探测器、红外探测器、紧急求助按钮、燃气泄露探测器等设备。它们通过无线方式将报警信号传送到智能交互终端与社区服务主站上。烟雾探测器烟雾探测器对所覆盖区域进行全天候探测，并随用户设定情景模式做出改变。用户选择居家模式时，当室内烟雾浓度超过预设定标准，探测器将会主动发射信号至智能终端，终端联系社区主站进行报警。当用户选择外出模式，终端会发送短信至用户手机告知险情，并传送报警信息至社区主站，主站做出判断后，选择报警与否。红外探测器用户通过在室内安装红外探测器实现防盗的目的。用户可分别在阳台、窗口、玄关等处布防红外探测器。当探测器感应到异常情况时，探测器会发射信号至智能终端，终端会发出报警提示，同时终端会将目前室内的实时录像传至社区主站，最后传至小区派出所。如用户选择外出模式时，如发生紧急事件，终端会通过短信告知用户。紧急求助按钮当家中有人突发疾病或发生紧急事件时，紧急求助按钮即发挥作用。当用户按下紧急求助按钮后，按钮会直接发射信号到智能交互终端，并通过智能交互终端向社区监控室告警，同时传送实时录像，并可与急救中心进行联动。燃气泄露探测器燃气泄露探测器将主动探测室内燃气浓度，当探测值高于预设定值时，探测器会发射信号关断煤气阀，同时发射信号至终端，终端会发出报警提示，同时显示煤气泄漏，提醒住户。3.8智能家电3.8.1功能要求家电用电信息采集支持智能交互终端或机顶盒对其用电信息进行查询，如电压、电流、功率因数、频率、谐波等，并实时更新。与电网互动根据电网运行的变化、电价的变化等情况，自动调节自身工作状态，如通/断电、待机、启动等。家电控制应支持本地或远程控制功能，可通过智能交互终端、机顶盒、智能插座、电话、互联网对其进行通/断电、待机、启动等操作。故障反馈家电可将故障信息自动反馈，或通过智能交互终端、机顶盒等设备对其进行定期轮询。家电联动不同智能家电之间可以支持建立联动，当某一个或几个网络家电达到控制参数的设置限值时，将会触发其他智能家电的某项控制操作。网络访问智能家电根据不同的网络访问级别，可以提供不同的网络服务，如家庭网络或外部网络的远程访问。存储功能智能家电有存储数据的能力，存储的信息根据需要随时可以修改，具备断电记忆能力。负荷分类家电按照对电源使用的敏感程度进行划分，可以分为不允许断电的家电负荷，允许断电但需要用户介入操作的家电负荷，允许断电且不需要用户介入可以由系统自动调度的家电负荷，负荷的实际分类由家庭用户自行确定。3.8.2智能家电演示环境图3-9 智能家电演示环境图目前系统可实现对洗衣机、热水器等12种家电的智能控制，具体功能如表3-1所示：表3-1 智能家电功能表产品名称实现功能洗衣机开机、运行、暂停、关机状态查询：棉麻、快洗、牛仔/童装、羊毛、化纤、丝绸、单排水、漂洗脱水/单漂洗、单脱水、单洗涤、自洁、活性酶、儿童污渍/混和洗、儿童有色/夏日洗、儿童内衣水位查询：1档水、2档水位、3挡水位、4档水位、5档水位、6档水位、7档水位、8档水位。空调开机、运行、暂停、关机设置空调模式：自动，制冷，制热，加湿，送风设定温度：17度30度设置风速：自动风，高速风，中速风，低速风洗碗机开机、关机洗碗模式设置：自动、强、正常、环保、冲洗、 易碎、快速预约时间设置： 024小时电饭煲开机、待机、关机模式设置：精煮、快煮、稀饭、粥汤、锅巴饭 热饭、保温饮水机开机、关机模式设置空调扇开机、关机加湿：打开、关闭风速设置：低、中、高定时设置：无， 17小时负离子：打开、关闭摆风开关：开、关加湿器开机、关机设置模式：普通加湿，智能加湿，睡眠模式设置雾量：弱，低，中，高设置湿度：35、40、45、50、55、60、65、70空气净化器开机、关机设置风速：弱风、低风、中速风、高速风设置负离子：开、关设置UV/AOC： 关、开热水器打开、待机设定温度：30度75度灯光打开、关闭背景音乐打开、关闭上一首、下一首电动窗帘打开、关闭、停止安防设备布防、撤防上述功能实现需根据家电厂家提供产品的实际情况而定。智能家电的组网可采用PLC与无线相结合的通信方式。3.9其他无线水表、无线燃气表：智能交互终端可以通过无线方式将当前无线水表、无线燃气表的示值抄收上来，并上传到主站。四、设计方案4.1智能用电样板间通过构建智能用电样板间，展示一整套由智能家电和智能交互终端组成的智能用电环境。如图4-1所示:图4-1 智能用电环境4.1.1设备交互式网络机顶盒智能交互终端用电信息采集系统智能插座智能电表智能家电分布式电源（太阳能和风能）和储能装置安防系统家具4.1.2功能分布式能源接入及储能管理用电信息采集及管理能效管理智能家电管理及控制家庭负荷分析异常用电分析水、气表抄收增值服务：医疗保健、社区服务、便民服务、娱乐服务、物业服务、社保服务、视频点播、购物、安防、股票等。4.1.3智能家电控制整套系统采用PLC通讯模块将传统的家用电器与智能交互终端连接，有效地实现了对灯光、窗帘、暖通空调、热水器、空气净化装置、电饭煲等用电负荷的智能控制，达到安全、节能、人性化的效果，并能在日常的使用中方便地根据用户的需求进行变更，实现对家电的多元化，人性化控制。空调控制，用户可以远程通过智能终端对空调进行温度，运行模式和通断状态等控制，或者将空调加入多元化的模式系列中，将空调和其他家电组合联动运行。热水器控制，用户可以通过智能交互终端对热水器进行控制，不但可以本地实现热水器的水温，运行时间，通断状态等控制，也可以通过手机、互联网等远程手段对热水器实现操作。用户可以设定热水器的用电运行等级，避开用电高峰期运行，保证有效，安全的用电操作，同时也能保证家庭用户的生活品质。灯光、窗帘控制，家庭用户可以通过智能交互终端对家用灯具和窗帘进行操作控制，当家庭用户进入某灯管覆盖区域，智能交互终端将自动调节所在区域的窗帘或者灯具为用户提供舒适的光线。系统并提供定时及模式控制等功能，用户可以自主设定各种模式下灯光的亮度以及窗帘闭合的时间。 空气净化装置，家庭智能终端可以主动判断室内的空气质量，如果室内空气异常或低于健康指标并且室内有人员活动，系统将自动启动空气净化装置，对室内的空气进行加湿以及净化，提高空气中负氧离子的饱和含量，降低空气中细菌对身体健康造成的威胁。电饭煲/微波炉控制，用户可以远程控制电饭煲/微波炉，对具有智能型的此类家电通过手机或网络实现远程控制食物加工功能，为人们提供下部回家即可享受食物的体验。4.1.4智能家居系统通信方式方案一：采用电力线宽带通信技术采集用电信息，在智能电网用户服务智能交互平台的基础上，通过家庭智能交互终端或交互机顶盒实现用户与电网之间的互动，实现用电信息查询、智能家电和安防管理、网络增值、“三网合一”等一系列特色服务，体现出良好的交互性和智能化特色。通信网络部署为：光纤铺设到配电变压器，电力线宽带连接到楼，电力线宽带连接到电能表，居民室内采用电力线载波和无线方式进行通信。系统组成架构如图4-所示：图4-3 系统组成架构方案二：采用EPON或电缆复合光纤入户（PFTTH）加电力线宽带的方式，在智能电网用户服务智能交互平台的基础上，通过家庭智能交互终端或交互机顶盒实现用户与电网之间的互动，实现用电信息查询、智能家电和安防管理、网络增值、“三网合一”等一系列特色服务，体现出良好的交互性和智能化特色。通信网络部署为：EPON光纤或电缆复合光纤铺设到户，电力线宽带或光纤连接电能表，居民室内采用电力线载波和无线方式进行通信。系统组成如图4-4所示：图4-4 系统组成架构4.2智能小区的建设4.2.1设备智能交互终端用电信息采集系统智能插座智能电表安防系统太阳能发电装置和风能发电装置储能装置公用信息电子显示屏自助缴费终端4.2.2功能用户用电信息采集及管理智能用电服务用电能效管理社区信息服务家庭安防绿色能源接入4.3智能用电服务系统4.3.1系统物理架构智能用电服务系统包括以下3个子系统：用电信息采集管理系统社区服务系统家庭侧智能化系统4.3.2子系统的技术构架4.3.2.1用电信息采集管理系统用电信息采集系统总体结构如图4-5所示:图4-5用电信息采集系统总体结构主站功能:用电信息采集及管理档案管理灵敏负荷控制信息发布主站预付费实时电价4.3.2.2社区服务系统社区服务系统总体架构如图4-6所示:图4-6 社区服务系统总体架构4.3.2.3家庭侧智能化系统家庭侧智能化系统结构如图4-7所示:图4-7 家庭侧智能化系统结构4.4系统的安全性系统安全性方面：用电信息采集管理主站与智能交互终端之间、社区服务主站与智能交互终端之间的数据交互采用的是自定义协议，独立性好，保密性强，安全性高；用电信息采集管理主站与智能交互终端之间、社区服务主站与智能交互终端之间采用专网相连，有很高的安全性；智能交互终端不能直接上网，通过用电信息采集管理主站与社区服务主站的防火墙来与外网隔离，保证智能交互终端不受外来攻击，保证其安全性。4.5系统的可扩展性系统的可扩展性方面：用电信息管理主站系统、社区服务主站系统、智能交互终端应用软件均按模块化设计，可灵活添加新的功能模块；智能交互终端采用微功率无线、窄带PLC等通讯方式管理下属设备（如智能插座、安防设备等），方便更多下属设备的轻松接入。五、工期计划表表5-1工期计划表序号时间段内 容1