智能用电试验小区通用技术方案.docx

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智能用电试验小区通用技术方案

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

1、前言.............................................................................................................................................2

2、建设目标.....................................................................................................................................3

3、相关设备及功能要求.................................................................................................................4

3.1智能交互终端......................................................................................................................4

3.2智能交互式网络机顶盒.....................................................................................................7

3.3用电信息采集系统.............................................................................................................7

3.3.1功能设计...................................................................................................................7

3.3.2系统设计...................................................................................................................8

3.4智能插座............................................................................................................................10

3.4.1非智能家电模式.....................................................................................................11

3.4.2智能家电模式.........................................................................................................11

3.5智能电表............................................................................................................................12

3.5.1单相智能电表.........................................................................................................12

3.5.2三相智能电表.........................................................................................................12

3.6分布式电源及储能............................................................................................................13

3.7安防设备............................................................................................................................14

3.8智能家电............................................................................................................................15

3.8.1功能要求.................................................................................................................15

3.8.2智能家电演示环境.................................................................................................17

3.9其他....................................................................................................................................19

四、设计方案...................................................................................................................................19

4.1智能家居—样板间............................................................................................................19

4.1.1设备.........................................................................................................................19

4.1.2功能.........................................................................................................................20

4.1.3智能家电控制.........................................................................................................20

4.1.4智能家居系统通信方式.........................................................................................22

4.2智能小区建设....................................................................................................................24

4.2.1设备.........................................................................................................................24

4.2.2功能.........................................................................................................................25

4.3智能用电服务系统............................................................................................................25

4.3.1系统物理架构.........................................................................................................25

4.3.2子系统的技术构架.................................................................................................25

4.4系统的安全性....................................................................................................................27

4.5系统的可扩展性................................................................................................................27

五、工期计划表...............................................................................................................................28

1

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

2

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”；

3

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：

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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

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→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、

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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。

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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

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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。

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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：

EPON

OLT

后台主站

采集器（宽带载波）

居民用户

光纤

ONU

集中器（宽带载波）

485总线

RJ45

公配变考核关口（F5）

采集器（宽带载波）

一般工商业用户

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。

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电能表

楼层配电间

变台

变箱

ODF

信息综合采集

●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。

建筑楼宇配电间

光纤/电缆

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

用户配电箱

楼层配电间

光纤/电缆

光纤/电缆

安防,消防监控

社区医疗

商店,餐饮

ATM,POS

图3-3-2PFTTH应用示意图10

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。

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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。

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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。

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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。

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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