電力用戶自動(dòng)需求響應(yīng)設(shè)備通信接入方案研究

張宏　祁兵　王皓

【摘要】 我國智能電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)逐步從單向的需求管理走向雙向互動(dòng)的需求響應(yīng)（DR），原有的電力通信網(wǎng)絡(luò)在用戶接入網(wǎng)處無法滿足未來需求，論文研究了DR系統(tǒng)的基本組成與通信架構(gòu)，并就主流的接入網(wǎng)技術(shù)加以剖析，得出以PFTTH為基礎(chǔ)的光纖接入技術(shù)最為適合DR接入，實(shí)時(shí)性與安全性得以保障，更能夠?yàn)殡娏τ脩籼峁┴S富多彩的多媒體服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】 需求響應(yīng) 接入網(wǎng) PFTTH

一、引言

需求響應(yīng)（Demand Response，DR）指的是當(dāng)供電成本升高時(shí)，電力企業(yè)可以通過對(duì)用戶的補(bǔ)償性行為降低負(fù)荷或暫時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，保障供電穩(wěn)定，緩解投資壓力，降低成本[1]。DR是傳統(tǒng)需求管理的演進(jìn)，通過電網(wǎng)與用戶信息交互而非直接控制，完成用電負(fù)荷削減的過程。

DR所交換的信息不僅包括用戶的下行通知與上行響應(yīng)，更包括了用戶實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)、負(fù)荷能力等隱私信息。在DR復(fù)雜的信息交換需求下，公網(wǎng)通信難以保障用戶與電力企業(yè)的信息安全，而專網(wǎng)通信的成本又過于高昂，尋求一種中間的方案是理想的選擇。論文在保障電力企業(yè)對(duì)需求響應(yīng)信號(hào)實(shí)時(shí)性的要求與用戶信息安全的基礎(chǔ)上，對(duì)符合國情的DR網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出一定研究。

二、典型DR組網(wǎng)方案研究

DR系統(tǒng)的典型方案如圖1所示，位于電力用戶側(cè)的設(shè)備包括DR系統(tǒng)控制設(shè)備、用電信息采集設(shè)備、用戶的交互設(shè)備三類。DR系統(tǒng)控制設(shè)備即用戶家庭中的遠(yuǎn)程智能控制設(shè)備，可以通過來自電網(wǎng)或用戶的遠(yuǎn)程指令控制自身的用電行為，進(jìn)而增加或削減負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷的轉(zhuǎn)移；用電信息采集設(shè)備是以智能電表為主的具備通信接口的智能電量計(jì)算、采集裝置，典型的用電信息采集設(shè)備還包括用戶家庭中的智能插座、用電監(jiān)測(cè)終端等具備計(jì)量功能的設(shè)備，在DR系統(tǒng)中，主要對(duì)用戶的節(jié)電行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估節(jié)電成果，為DR系統(tǒng)結(jié)算用戶激勵(lì)提供依據(jù)；用戶交互設(shè)備包括能夠連接互聯(lián)網(wǎng)或其他能夠參與DR過程的智能設(shè)備，主要包括電腦、手機(jī)、智能終端等的顯示部分，能夠獲取95598網(wǎng)站的電網(wǎng)供需形勢(shì)、檢修計(jì)劃、用電方案、電價(jià)補(bǔ)貼等經(jīng)濟(jì)激勵(lì)方案，或是通過DR應(yīng)用參與到實(shí)時(shí)需求響應(yīng)中來，是用戶參與需求響應(yīng)所必須的交互設(shè)備。在電網(wǎng)側(cè)，主要的系統(tǒng)或設(shè)備包括用電信息采集主站、供決策的DR服務(wù)器與發(fā)布信息的網(wǎng)頁服務(wù)器三類。DR服務(wù)器通過電網(wǎng)現(xiàn)有的系統(tǒng)信息分析，獲取電網(wǎng)狀態(tài)，并進(jìn)行DR信號(hào)決策，最終將DR信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)至用戶交互設(shè)備上。

現(xiàn)今，在電網(wǎng)與用戶之間的通信包括電力專網(wǎng)與Internet公網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)：專網(wǎng)承載電網(wǎng)關(guān)鍵信息，安全性和保密性十分出色，公網(wǎng)則相對(duì)開放提供更為通用、可擴(kuò)展的服務(wù)。在DR系統(tǒng)中，二者能夠互相取長補(bǔ)短，因此在保障電網(wǎng)安全性的基礎(chǔ)上，在網(wǎng)絡(luò)接入處增加業(yè)務(wù)隔離網(wǎng)關(guān)，嚴(yán)格區(qū)分兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流，保障電網(wǎng)安全。

三、電力用戶DR設(shè)備接入方案研究

目前通信領(lǐng)域接入網(wǎng)技術(shù)主要包括：數(shù)字用戶線路（DSL）、光纖接入技術(shù)（FTTx）、寬帶無線網(wǎng)絡(luò)三種，研究適合用戶DR設(shè)備的接入方案[2]。

數(shù)字用戶線路（DSL）是將數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器后通過電話線接入互聯(lián)網(wǎng)的一種接入技術(shù)。因其充分利用現(xiàn)有的電話線網(wǎng)絡(luò)資源，具備連接簡單、投資較小、接入方便等優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)運(yùn)營商為用戶主要提供ADSL接入方案，形成不對(duì)稱信道。DSL技術(shù)應(yīng)用于DR設(shè)備接入，有效降低網(wǎng)絡(luò)投資成本，但傳輸速率較低，不能滿足將來更為豐富的應(yīng)用需求。

光纖接入技術(shù)（FTTx）是接入領(lǐng)域不可阻擋的方向，包括光纖到戶（FTTH）、光纖到路邊（FTTC）、光纖到辦公樓（FTTB）等。其損耗低、頻帶寬，能滿足DR系統(tǒng)對(duì)多業(yè)務(wù)的支撐，克服銅線電纜的限制因素，不受電磁干擾，保證了信號(hào)傳輸質(zhì)量與可靠性。通過光纖復(fù)合低壓電纜（OPLC）將光纖隨著低壓電力線鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)電力光纖入戶（PFTTH）到戶，配合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，承載用電信息采集、DR等雙向交互業(yè)務(wù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)、電力傳輸網(wǎng)、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的多往融合，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，從長遠(yuǎn)的眼光看是性價(jià)比最高的技術(shù)之一[3]。

以WiMAX 、McWiLL、3G、LTE為代表的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，無需架設(shè)線纜、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便，可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)。但如果所有DR設(shè)備接入都采用無線的方法，由于頻段與帶寬的有限，無法滿足密集居住的用戶需求；無線信道還易受環(huán)境的影響，數(shù)據(jù)的可靠性也不如有線信道高，其固有的廣播特性也決定了信息的安全性只能通過加密來完成，對(duì)于電網(wǎng)私密信息的維護(hù)也具有潛在的危險(xiǎn)，對(duì)用電信息采集、智能設(shè)備關(guān)鍵信息等安全性高、保密性強(qiáng)的信息不適宜使用無線信道接入。

XDSL在設(shè)備投資方面占有極大優(yōu)勢(shì)，而且其性能介于光纖接入與無線接入之間，性價(jià)比較高，但其在接入速率無法滿足DR系統(tǒng)未來的需求；光纖接入以其高速率、高可靠性、低時(shí)延性、高安全性，在性能方面具有壓倒性優(yōu)勢(shì)，設(shè)備過于昂貴成為制約的最主要因素，但在未來政策引導(dǎo)與科技進(jìn)步的作用下，PFTTH的長遠(yuǎn)技術(shù)性價(jià)比最高；無線接入技術(shù)以其靈活組網(wǎng)、隨時(shí)隨地接入的優(yōu)點(diǎn)，可以作為有線接入的一種補(bǔ)充，在有線無法到達(dá)或是成本過高的地區(qū)可以靈活采用。

四、結(jié)論

在DR中，用戶不在是被動(dòng)價(jià)格接受者，更是可能通過競價(jià)的形式主動(dòng)參與市場(chǎng)競爭并獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益，雙向互動(dòng)的新通信形式勢(shì)必對(duì)現(xiàn)有電力用戶通信提出更高要求?；赑FTTH的光纖接入方式不僅能夠滿足用電信息采集、DR等雙向交互業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性要求，更是可以實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)、電力傳輸網(wǎng)、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的多往融合，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，對(duì)電力用戶有著重要意義。