电力用户自动需求响应设备通信接入方案研究

张宏　祁兵　王皓

【摘要】 我国智能电网的建设已经逐步从单向的需求管理走向双向互动的需求响应（DR），原有的电力通信网络在用户接入网处无法满足未来需求，论文研究了DR系统的基本组成与通信架构，并就主流的接入网技术加以剖析，得出以PFTTH为基础的光纤接入技术最为适合DR接入，实时性与安全性得以保障，更能够为电力用户提供丰富多彩的多媒体服务。

【关键词】 需求响应 接入网 PFTTH

一、引言

需求响应（Demand Response，DR）指的是当供电成本升高时，电力企业可以通过对用户的补偿性行为降低负荷或暂时转移负荷，保障供电稳定，缓解投资压力，降低成本[1]。DR是传统需求管理的演进，通过电网与用户信息交互而非直接控制，完成用电负荷削减的过程。

DR所交换的信息不仅包括用户的下行通知与上行响应，更包括了用户实时用电数据、负荷能力等隐私信息。在DR复杂的信息交换需求下，公网通信难以保障用户与电力企业的信息安全，而专网通信的成本又过于高昂，寻求一种中间的方案是理想的选择。论文在保障电力企业对需求响应信号实时性的要求与用户信息安全的基础上，对符合国情的DR网络结构做出一定研究。

二、典型DR组网方案研究

DR系统的典型方案如图1所示，位于电力用户侧的设备包括DR系统控制设备、用电信息采集设备、用户的交互设备三类。DR系统控制设备即用户家庭中的远程智能控制设备，可以通过来自电网或用户的远程指令控制自身的用电行为，进而增加或削减负荷，实现电网负荷的转移；用电信息采集设备是以智能电表为主的具备通信接口的智能电量计算、采集装置，典型的用电信息采集设备还包括用户家庭中的智能插座、用电监测终端等具备计量功能的设备，在DR系统中，主要对用户的节电行为进行监测与评估节电成果，为DR系统结算用户激励提供依据；用户交互设备包括能够连接互联网或其他能够参与DR过程的智能设备，主要包括电脑、手机、智能终端等的显示部分，能够获取95598网站的电网供需形势、检修计划、用电方案、电价补贴等经济激励方案，或是通过DR应用参与到实时需求响应中来，是用户参与需求响应所必须的交互设备。在电网侧，主要的系统或设备包括用电信息采集主站、供决策的DR服务器与发布信息的网页服务器三类。DR服务器通过电网现有的系统信息分析，获取电网状态，并进行DR信号决策，最终将DR信号通过网络发至用户交互设备上。

现今，在电网与用户之间的通信包括电力专网与Internet公网两种网络：专网承载电网关键信息，安全性和保密性十分出色，公网则相对开放提供更为通用、可扩展的服务。在DR系统中，二者能够互相取长补短，因此在保障电网安全性的基础上，在网络接入处增加业务隔离网关，严格区分两个网络的数据流与业务流，保障电网安全。

三、电力用户DR设备接入方案研究

目前通信领域接入网技术主要包括：数字用户线路（DSL）、光纤接入技术（FTTx）、宽带无线网络三种，研究适合用户DR设备的接入方案[2]。

数字用户线路（DSL）是将数据经过调制解调器后通过电话线接入互联网的一种接入技术。因其充分利用现有的电话线网络资源，具备连接简单、投资较小、接入方便等优点。目前国内运营商为用户主要提供ADSL接入方案，形成不对称信道。DSL技术应用于DR设备接入，有效降低网络投资成本，但传输速率较低，不能满足将来更为丰富的应用需求。

光纤接入技术（FTTx）是接入领域不可阻挡的方向，包括光纤到户（FTTH）、光纤到路边（FTTC）、光纤到办公楼（FTTB）等。其损耗低、频带宽，能满足DR系统对多业务的支撑，克服铜线电缆的限制因素，不受电磁干扰，保证了信号传输质量与可靠性。通过光纤复合低压电缆（OPLC）将光纤随着低压电力线铺设，实现电力光纤入户（PFTTH）到户，配合无源光网络技术，承载用电信息采集、DR等双向交互业务，能够有效实现电信网、电力传输网、电视网、互联网的多往融合，降低网络建设的成本，从长远的眼光看是性价比最高的技术之一[3]。

以WiMAX 、McWiLL、3G、LTE为代表的无线宽带网络，无需架设线缆、组网灵活、维护方便，可以随时随地接入网络。但如果所有DR设备接入都采用无线的方法，由于频段与带宽的有限，无法满足密集居住的用户需求；无线信道还易受环境的影响，数据的可靠性也不如有线信道高，其固有的广播特性也决定了信息的安全性只能通过加密来完成，对于电网私密信息的维护也具有潜在的危险，对用电信息采集、智能设备关键信息等安全性高、保密性强的信息不适宜使用无线信道接入。

XDSL在设备投资方面占有极大优势，而且其性能介于光纤接入与无线接入之间，性价比较高，但其在接入速率无法满足DR系统未来的需求；光纤接入以其高速率、高可靠性、低时延性、高安全性，在性能方面具有压倒性优势，设备过于昂贵成为制约的最主要因素，但在未来政策引导与科技进步的作用下，PFTTH的长远技术性价比最高；无线接入技术以其灵活组网、随时随地接入的优点，可以作为有线接入的一种补充，在有线无法到达或是成本过高的地区可以灵活采用。

四、结论

在DR中，用户不在是被动价格接受者，更是可能通过竞价的形式主动参与市场竞争并获得相应的经济利益，双向互动的新通信形式势必对现有电力用户通信提出更高要求。基于PFTTH的光纤接入方式不仅能够满足用电信息采集、DR等双向交互业务的实时性要求，更是可以实现电信网、电力传输网、电视网、互联网的多往融合，降低网络建设的成本，对电力用户有着重要意义。