1、智能電網用戶終端解決方案摘要本文提出一種智能電網的用戶終端解決方案的可實施架構，目的是實現可以幾乎不需要修改現存電力分布網絡的情況下，便能與其整合到一起的系統。該系統由2種終端用戶現場設備組成：一個稱為PowerHub的中央處理單元，以及一個稱為Slave的智能開關，終端用戶的所有電氣設備需與其連接。這種手段能夠為很多種基于智能電網應用服務，如使用內建條款限制消費者電能使用，實施預付費計費計劃，能源市場交易等。關鍵詞：PowerHub,智能電網，即插即用，能源市場交易，預付費系統Thearchitectureforconsumerpremisessolutiontosmartgridimple

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

3、suchasrestrictingconsumerelectricityeverenergymarkettransactions,etc.Keywords:PowerHub,SmartGrid,PlugNPlay,EnergyMarketTransaction,PrepaidPower1簡介能源分布網絡是現代社會的最基本需求之一，許多研究著眼于在消費者現場提供一個物理層，在應用終端數字化能源分布，然后接入到智能電網中。本文主要是討論在消費者現場部署實施一個基于智能電網技術的平臺。電力線作為此網絡中設備之間的相互通信的載體，而對當前的架構只需做最小化的修改。終端解決方案的系統方框圖如圖1所示，包

4、括了2個功能性實體。PowerHubPowerHub是一種先進的效用度量工具，相對傳統的模擬式電量度量器，可以實現更加精確的商業或消費者電能使用記錄。傳統的電量計僅能測量總消費量，不能夠提供能量消費的具體時間信息。PowerHub提供一種經濟的方式測量獲取這些信息，使得電價制定機構可以推出基于不同時段和季節的電價方案。電力需求通常在某些可預測的時段和季節達到峰值。特別是如果電廠產能有限的情況下，如何合理分配這些有限的資源是急需要解決的問題。人們普遍認為如果對消費者進行根據使用量和使用時間段的針對性收費，可以推動消費者根據市場價格調整其能源消費，改變存一些不良的能源使用習慣。.SlaveSlav

5、e是一種和PowerHub通信的智能開關，同時相應的的控制連接到此開關上的電氣設備。如所示框圖1,每一個電氣設備都需要通過Slave連接至輸電干線，用戶能夠設置每一個電氣設備的優先級，所以當切負荷時，優先級最低的電氣設備將首先被關閉。系統會一直遵循這種等級制度，直到滿足其需要的負荷切除量。這樣公用事業公司在電氣設備的優先級層面上，能夠為消費者提供很大的選擇靈活性。Slave應該具備一個獨特的ID，這個ID是基于電氣設備每次啟動是的功耗特性和所設置的優先級產生的。總之，這個方案試圖模仿即插即用”的工作機制，在用戶終端盡可能方便操作。2基本架構2.1PowerHubPowerHub架構內的功能性模

6、塊如圖2所示：（1）網卡：NIC提供了到網絡的物理鏈接，將Hub發送的數據轉換成為網絡電纜可以利用的格式，然后將數據傳送到Slave,以及控制Hub和Slave之間的數據流。同時它也將電纜中的數據轉譯為位元組以便Hub能夠讀取這些信息。（2）數據庫管理者：數據庫管理者是一個可以管理任何Slave到電網的數據庫實例模塊。它包含了一個命令行接口，連接到數據庫服務器上，同時與服務器互相交換信息。CLI可以接收本地請求和來自管理員接口的遠程請求。數據庫管理者實現以下的功能：維護從Slave接收到的功耗日志；為在線電氣設備的ID沖突可能性提供查詢數據庫；c，顯示索引鍵和訂單；d，顯示表格統計，以及實現表

7、格加密。（3）智能核心：智能核心為PowerHub提供決策制定的能力。它負責處理來自管理員接口的指令，然后根據優化算法執行。它為系統增加以下的功能：a，根據電網的指示決策和更新當前的電價；b，根據電網指示實施電力切斷，基于用戶的優先級和策略優化開關操作；c，監控每一臺電氣設備的性能表現，對服務器進行常規的檢查。一段時間內設備的功率圖樣，可以表明一臺電氣設備是否存在性能降低，而這些問題出現初期，肉眼是觀察不到的。（4）用戶接口界面：UI是集成到系統之中的，用戶可以通過顯示屏和控制面板與系統互動。用戶可以看到功耗的統計，而且能夠選擇切換不同條款。（5）電力線通信：電力貓是一個收發器，能夠在電纜上提

8、供可靠的數據通信傳輸。它利用二進制移相鍵控法在2MHz載波調制數字信息。SlaveSlave的架構可以粗略分為4部分，如圖3所示：（1）數據采集：這個部分的責任是采集功耗數據，比如電氣設備/節點的線纜電壓和電流。數據通過計量傳感器獲取，傳送給中等分辨率的AD轉換器。數據最終通過電纜發送給PowerHub,PowerHub將會進一步處理得到如功率系數這樣的細節數據。（2）優先級控制：通過優先級控制，用戶能夠設定電氣設備的操作優先級。限電發生時會遵循優先級關閉相應的電氣設備，以保證用戶基本的需求不被中斷。（3）控制模塊：它的功能是根據PowerHub的指示控制電氣設備的開關，它包含了AC開關元素如

9、TRIAC（三端雙向可控硅開關元件），由Slave進行控制。（4）網絡接口：網絡接口提供了網絡與Slave之間的物理鏈路。它包含了一個電力貓，通過光頻隔離器與Slave的串行接口對接3尋址方式通信方案采用一種優化自定義的協議，在電力線上傳輸BPSK調試數據以便PowerHub和Slave之間通信。此協議通過分配唯一的地址來識別網絡中的Slave,以下簡單介紹用于地址分配的方法：3.1基于電流樣例當任何特殊的設備啟動時，如果使用一個高分辨率AD轉換器，從這個設備獲取的首條電流樣本總是惟一的。假設使用8位AD轉換器獲取，那么樣本會有256量子，即使是同一家制造商的同一種設備，完全相同的可能性也幾乎

10、不會發生。Slave獲取這個樣本之后便傳輸給PowerHub。PowerHub將其與數據庫里的在線電氣設備的ID進行對比，沒有出現沖突的ID將被分配到Slave。如果遇到罕見的沖突情況，PowerHub會在ID添加預設值，使其成為一個獨特的ID。使用這種方法Slave會自動進行地址采集，對于現存數據的處理也不需要額外的計算，一旦電氣設備關閉ID也會隨之消失，因此處理過程也是相當動態的。這種方案的重點是實現Slave的通用即插即用。3.2電氣設備DNA這種方法用于獲取電氣設備的簽名，即使設備已經關閉這些簽名也會一直保存在數據庫里。基本思路是，雖然同一個制造商的同一型號設備，正常操作情況下不會有區

11、別，但是在微觀級別下，這些同型號設備的非一致性，能夠通過設備細微的功耗圖樣識別出來，那么這些信息也能夠作為每一臺設備的唯一ID加以利用。4智能電網應用（1）設備管理：在一些電能產量有時會出現不足的國家，電力中斷是居民住宅區，中小型企業面對的一個大問題。這個問題通過本文所示的系統架構，可以得到很大的改善。當此架構為每一個電氣設備操作指定優先級規定了條款，在達到某百分比電力中斷期間，PowerHub自身會關閉優先等級低的電氣設備，而不會中斷用戶基本的電力需求。因此PowerHub和Slave所組成的這個架構，為用戶提供了可以高效使用能源的平臺。（2）預付費：能源預付費同樣能夠通過實施以上的架構得到

12、實現。可以定制為基于每日，每周，每月的計劃，用戶可以根據其預算提前購買電力使用點數。PowerHub能夠在有效點數低于一定水平的時候提醒用戶，幫助用戶選擇經濟的方式去消費能源。（3）能源市場交易：基于這個架構，能夠調整消費者與電網之間的能源交易。這里的消費者指的是有能力通過太陽能面板，鍋爐，熔爐等方式生產電力，但是沒有能力保存這些能源的家庭和中小型企業。消費者能夠把這些過剩的電力與電網進行交易換取能源點數，電網通過這種方式把那些原本會被浪費掉的能源利用起來。PowerHub扮演與電網交易的網關角色，許多PowerHub相互進行通信從而建立一個開放的能源市場，消費者能夠從多個資源購買電力，最終創

13、造出有益的競爭局面。除了那些有能力生產電力的用戶之外，其它的沒有能力的用戶，通過與其他用戶以一個平易近人的價格交換電力點數，也能夠參與到能源交易中。最終，無論是電網還是終端用戶都能夠從這個開放性市場中獲利。（4）停電管理：維護在PowerHub里的數據庫可以用來檢測一段期間里每一臺機器功率的緩慢增長。PowerHub通過分析這個表現找出需要立刻得到關注的機器。這樣的分析用于識別在設備退化的早期階段就發現問題，而不必機器發生肉眼才能識別停機之前才發現。冗余設備存在時，在不影響生產例行程序的前提下安排各種服務。5結論本文所提議的這個架構，能有效的在消費終端現場部署基于智能網絡的各種技術，以智能網絡

14、為平臺，實施各種電力管理政策。通過提升這個架構和其硬件的性能增強網絡的吞吐量，能夠進一步整合到家庭區域網絡中，提供其他類型到服務，比如IPTV，PLC寬帶網絡，家居自動化等等。6參考文獻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