智能电网用户终端解决方案

1、智能电网用户终端解决方案摘要本文提出一种智能电网的用户终端解决方案的可实施架构，目的是实现可以几乎不需要修改现存电力分布网络的情况下，便能与其整合到一起的系统。该系统由2种终端用户现场设备组成：一个称为PowerHub的中央处理单元，以及一个称为Slave的智能开关，终端用户的所有电气设备需与其连接。这种手段能够为很多种基于智能电网应用服务，如使用内建条款限制消费者电能使用，实施预付费计费计划，能源市场交易等。关键词：PowerHub,智能电网，即插即用，能源市场交易，预付费系统Thearchitectureforconsumerpremisessolutiontosmartgridimple

2、mentationhasbeenintroducedinthepaper,itsmainpurposeistorealizesuchasystemthatcanintegratedwiththeexistingdistributionnetworkeasily,withminimalmodifications.Thesystemhastwoentities,aprocessingunitcalledPowerHub,andanintelligentswitcherwhichnamedasSlave.Theimplementationhasvariouspotentialapplications

3、suchasrestrictingconsumerelectricityeverenergymarkettransactions,etc.Keywords:PowerHub,SmartGrid,PlugNPlay,EnergyMarketTransaction,PrepaidPower1简介能源分布网络是现代社会的最基本需求之一，许多研究着眼于在消费者现场提供一个物理层，在应用终端数字化能源分布，然后接入到智能电网中。本文主要是讨论在消费者现场部署实施一个基于智能电网技术的平台。电力线作为此网络中设备之间的相互通信的载体，而对当前的架构只需做最小化的修改。终端解决方案的系统方框图如图1所示，包

4、括了2个功能性实体。PowerHubPowerHub是一种先进的效用度量工具，相对传统的模拟式电量度量器，可以实现更加精确的商业或消费者电能使用记录。传统的电量计仅能测量总消费量，不能够提供能量消费的具体时间信息。PowerHub提供一种经济的方式测量获取这些信息，使得电价制定机构可以推出基于不同时段和季节的电价方案。电力需求通常在某些可预测的时段和季节达到峰值。特别是如果电厂产能有限的情况下，如何合理分配这些有限的资源是急需要解决的问题。人们普遍认为如果对消费者进行根据使用量和使用时间段的针对性收费，可以推动消费者根据市场价格调整其能源消费，改变存一些不良的能源使用习惯。.SlaveSlav

5、e是一种和PowerHub通信的智能开关，同时相应的的控制连接到此开关上的电气设备。如所示框图1,每一个电气设备都需要通过Slave连接至输电干线，用户能够设置每一个电气设备的优先级，所以当切负荷时，优先级最低的电气设备将首先被关闭。系统会一直遵循这种等级制度，直到满足其需要的负荷切除量。这样公用事业公司在电气设备的优先级层面上，能够为消费者提供很大的选择灵活性。Slave应该具备一个独特的ID，这个ID是基于电气设备每次启动是的功耗特性和所设置的优先级产生的。总之，这个方案试图模仿即插即用”的工作机制，在用户终端尽可能方便操作。2基本架构2.1PowerHubPowerHub架构内的功能性模

6、块如图2所示：（1）网卡：NIC提供了到网络的物理链接，将Hub发送的数据转换成为网络电缆可以利用的格式，然后将数据传送到Slave,以及控制Hub和Slave之间的数据流。同时它也将电缆中的数据转译为位元组以便Hub能够读取这些信息。（2）数据库管理者：数据库管理者是一个可以管理任何Slave到电网的数据库实例模块。它包含了一个命令行接口，连接到数据库服务器上，同时与服务器互相交换信息。CLI可以接收本地请求和来自管理员接口的远程请求。数据库管理者实现以下的功能：维护从Slave接收到的功耗日志；为在线电气设备的ID冲突可能性提供查询数据库；c，显示索引键和订单；d，显示表格统计，以及实现表

7、格加密。（3）智能核心：智能核心为PowerHub提供决策制定的能力。它负责处理来自管理员接口的指令，然后根据优化算法执行。它为系统增加以下的功能：a，根据电网的指示决策和更新当前的电价；b，根据电网指示实施电力切断，基于用户的优先级和策略优化开关操作；c，监控每一台电气设备的性能表现，对服务器进行常规的检查。一段时间内设备的功率图样，可以表明一台电气设备是否存在性能降低，而这些问题出现初期，肉眼是观察不到的。（4）用户接口界面：UI是集成到系统之中的，用户可以通过显示屏和控制面板与系统互动。用户可以看到功耗的统计，而且能够选择切换不同条款。（5）电力线通信：电力猫是一个收发器，能够在电缆上提

8、供可靠的数据通信传输。它利用二进制移相键控法在2MHz载波调制数字信息。SlaveSlave的架构可以粗略分为4部分，如图3所示：（1）数据采集：这个部分的责任是采集功耗数据，比如电气设备/节点的线缆电压和电流。数据通过计量传感器获取，传送给中等分辨率的AD转换器。数据最终通过电缆发送给PowerHub,PowerHub将会进一步处理得到如功率系数这样的细节数据。（2）优先级控制：通过优先级控制，用户能够设定电气设备的操作优先级。限电发生时会遵循优先级关闭相应的电气设备，以保证用户基本的需求不被中断。（3）控制模块：它的功能是根据PowerHub的指示控制电气设备的开关，它包含了AC开关元素如

9、TRIAC（三端双向可控硅开关元件），由Slave进行控制。（4）网络接口：网络接口提供了网络与Slave之间的物理链路。它包含了一个电力猫，通过光频隔离器与Slave的串行接口对接3寻址方式通信方案采用一种优化自定义的协议，在电力线上传输BPSK调试数据以便PowerHub和Slave之间通信。此协议通过分配唯一的地址来识别网络中的Slave,以下简单介绍用于地址分配的方法：3.1基于电流样例当任何特殊的设备启动时，如果使用一个高分辨率AD转换器，从这个设备获取的首条电流样本总是惟一的。假设使用8位AD转换器获取，那么样本会有256量子，即使是同一家制造商的同一种设备，完全相同的可能性也几乎

10、不会发生。Slave获取这个样本之后便传输给PowerHub。PowerHub将其与数据库里的在线电气设备的ID进行对比，没有出现冲突的ID将被分配到Slave。如果遇到罕见的冲突情况，PowerHub会在ID添加预设值，使其成为一个独特的ID。使用这种方法Slave会自动进行地址采集，对于现存数据的处理也不需要额外的计算，一旦电气设备关闭ID也会随之消失，因此处理过程也是相当动态的。这种方案的重点是实现Slave的通用即插即用。3.2电气设备DNA这种方法用于获取电气设备的签名，即使设备已经关闭这些签名也会一直保存在数据库里。基本思路是，虽然同一个制造商的同一型号设备，正常操作情况下不会有区

11、别，但是在微观级别下，这些同型号设备的非一致性，能够通过设备细微的功耗图样识别出来，那么这些信息也能够作为每一台设备的唯一ID加以利用。4智能电网应用（1）设备管理：在一些电能产量有时会出现不足的国家，电力中断是居民住宅区，中小型企业面对的一个大问题。这个问题通过本文所示的系统架构，可以得到很大的改善。当此架构为每一个电气设备操作指定优先级规定了条款，在达到某百分比电力中断期间，PowerHub自身会关闭优先等级低的电气设备，而不会中断用户基本的电力需求。因此PowerHub和Slave所组成的这个架构，为用户提供了可以高效使用能源的平台。（2）预付费：能源预付费同样能够通过实施以上的架构得到

12、实现。可以定制为基于每日，每周，每月的计划，用户可以根据其预算提前购买电力使用点数。PowerHub能够在有效点数低于一定水平的时候提醒用户，帮助用户选择经济的方式去消费能源。（3）能源市场交易：基于这个架构，能够调整消费者与电网之间的能源交易。这里的消费者指的是有能力通过太阳能面板，锅炉，熔炉等方式生产电力，但是没有能力保存这些能源的家庭和中小型企业。消费者能够把这些过剩的电力与电网进行交易换取能源点数，电网通过这种方式把那些原本会被浪费掉的能源利用起来。PowerHub扮演与电网交易的网关角色，许多PowerHub相互进行通信从而建立一个开放的能源市场，消费者能够从多个资源购买电力，最终创

13、造出有益的竞争局面。除了那些有能力生产电力的用户之外，其它的没有能力的用户，通过与其他用户以一个平易近人的价格交换电力点数，也能够参与到能源交易中。最终，无论是电网还是终端用户都能够从这个开放性市场中获利。（4）停电管理：维护在PowerHub里的数据库可以用来检测一段期间里每一台机器功率的缓慢增长。PowerHub通过分析这个表现找出需要立刻得到关注的机器。这样的分析用于识别在设备退化的早期阶段就发现问题，而不必机器发生肉眼才能识别停机之前才发现。冗余设备存在时，在不影响生产例行程序的前提下安排各种服务。5结论本文所提议的这个架构，能有效的在消费终端现场部署基于智能网络的各种技术，以智能网络

14、为平台，实施各种电力管理政策。通过提升这个架构和其硬件的性能增强网络的吞吐量，能够进一步整合到家庭区域网络中，提供其他类型到服务，比如IPTV，PLC宽带网络，家居自动化等等。6参考文献1ZhenyingLuoandSameerSonkusale,ANovelLowPowerBPSKDemodulator,CircuitsandSystemsI:RegularPapers,IEEETransactions,6lume:55,Issue:6,20082RolandE.Best,“OCIkeseLoops-Design,Simulation,andApplications”,5thEdition,McGH&W3M.Lobashov,G.Pratl,T.Sauter.“ImplicationsofPower-lineCommunicationonDistributedDataAcquisitionand