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1、基于计量自动化系统的家庭智能用电用户交互终端技术研究摘要：电力需求侧管理系统的关键技术在于信息的交互。本文结合计量自动化系统对家庭侧智能用电用户交互终端技术进行了研究，描述了适合于计量自动化系统的智能家庭管理系统架构和用户交互终端的功能，提出了用户交互终端的设计方案。关键字：用户交互终端，智能家庭管理系统，计量自动化系统Research on User-end Interaction of Family Intelligence Electricity Based on Metering Automation SystemsAbstract: The key technology of ele
2、ctricity demand side management system is information interaction. Combined with metering automation systems, the user-end interaction techniques of family intelligence electricity have been studied. Describe the smart home management system architecture and the user-end interaction function, which
3、suitable for metering automation systems. And Propose user-end interaction design.Keywords: User-end Interaction; Smart Home Management System; Metering Automation Systems0. 引言智能用电是智能电网的重要组成部分，是建设智能电网的着力点和落脚点。智能用电是实现电网与用户之间实时交互响应，增强电网综合服务能力，满足互动营销需求，提升服务水平的重要手段。智能用电关系到提高电网的能源使用效率、经济运行和有序用电，对电网建设、节能环
4、保、电能质量管理具有深远的影响。而适应于智能电网的用电侧用户交互终端，是智能用电技术及服务体系中最关键环节之一，能够满足用户电力定制及与电网企业远程双向互动的功能，符合智能电网技术“互动”的关键特点，非常具有前瞻性。在国内，中国电科院对智能电网的总体框架等内容进行研究，成立了智能电网研究开发中心，参加国家电网公司的智能电网研究工作，参与国网公司组织的相关工作。2009年4月，国网信通公司开始建设北京阜成路95号院和北京丰台区莲香园两个试点的样板间，2010年3月建成的上海示范工程，2010年12月，中国电科院针对智能家居系统标准制定工作召集了国内相关厂家进行讨论，并发布了标准制定工作计划。在国
5、外，也有相应的研究。荷兰IHD方案偏重于能源信息管理（三表），智能插座，并基于此实现远程控制和本地控制的功能，英国天然气公司发布的英国方案的交互内容是水电气消费数据、预付费、水电气供应安全信息和公司发布的其他信息，施耐德方案偏重于家庭照明控制、家用电器控制、安防系统方面远程控制和本地控制的功能，Current Cost公司的方案主要应用目标是提供一种基于AMR的解决方案，为用户提供精确的电表信息。兰吉尔公司的方案主要应用目标是为用户提供一个用于显示用户的用电实时量、时间、温度等信息的显示终端。Control 4公司的IHD应用目标包括家庭温度控制、家庭多媒体控制、照明控制、家庭安全、能源管理等
6、方面。AZTECH公司的方案主要应用目标也是在于用户能源管理。目前，广东电网公司各直属供电局已经建成涵盖发、供、配、售各侧的一体化的计量自动化系统，采集专变用户及低压用户的用电数据，但仅采集了用户总的用电信息，还没有有效的手段采集用户各用电设备的详细信息，掌握用户的详细用电情况，以便更好地指导用户合理用电。因此，用户侧用户交互终端极具应用推广价值。当前国内外对用户侧智能终端的研究尚处于起步阶段，一些高校及企业进行了探索性的研究及试点应用，但由于标准的空白，各类产品差异性太大，无法较好地满足智能电网发展中智能化、交互性、可扩展性、与电网应用紧密结合的要求。现阶段全国部分电网公司正积极进行智能用电
7、技术研究和智能小区试点建设工作，智能用电信息交互模式和用户交互终端关键技术和研究的重点。1. 家庭智能管理系统总体实现方案研究1.1 系统功能系统主要目的是为用户提供具备能源管理、家电控制、安防管理、室内环境管理、灯光控制管理、智能物业及智能小区等功能的全方位的智能家居产品。系统主要实现以下几个方面的功能：数据采集：包括能源数据、安防事件信息、分布式电源信息、环境数据等。智能分析：包括能源使用情况统计分析、节能措施分析、室内环境调节分析等。自动/远程控制：包括家用电器远程控制、网络摄像头远程访问、场景自动控制、分布式电源自动控制等。自动告警：包括能源异常使用告警、安全防护告警、设备故障告警等。
8、信息交互：包括能源供应信息、物业服务信息、公共服务信息等。1.2 系统实现架构图1 家庭智能管理系统实现架构系统从物理上可以分为家庭能源管理、主站系统、通信信道、应用现场四部分。家庭能源管理系统根据规模由数据库服务器、磁盘阵列、web服务器、通讯服务器、接口服务器、应用工作站及GPS时钟等相关设备组成。通信信道包括远程通信信道和本地通信信道。远程通信信道主要是指家庭能源管理主站系统与计量自动化等系统之间的通信信道以及家庭能源管理主站系统与应用现场之间的通信信道。为获得高速、稳定、可靠的通讯网络，系统采用以太网作为远程通讯的主要方式。这种通讯方式的主要优点在于低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速，
9、能与现有以太网很好的兼容、可以很方便的进行管理等。采用以太网方式通信，主要由路由器及防火墙等设备组成。家庭能源管理主站系统与计量自动化等系统采用防火墙物理隔离，保证系统的信息安全。本地通信信道主要是指用户侧本地网络，主要采用低压电力线载波、微功率无线、WIFI（通讯接口模块化设计，可互换）等通信方式应用现场主要包括用户侧应用所涉及的用户交互终端(IHD)、智能电表、智能家电、智能安防、分布式电源以及温湿压记录仪等相关设备。2. 用户侧智能交互实现方案用户侧智能交互主要包括与计量自动化、营配一体化等系统的交互；用户与本地设备的交互。本系统在系统数据交换的实现方式、数据交换内容以及相应的处理机制，
10、提供了相应的解决方案。用户与计量自动化系统的交互包括用户用电信息的自动化采集，用户用电质量分析，用户用电远程控制等。图2描述了用户与计量自动化系统的交互过程。图2 用户与计量自动化系统交互用户与本地设备的交互是用户通过智能家庭网络，将各种智能电器设备连接到信息服务平台，智能管理各种智能电器设备，用户可以通过互联网、手持终端等实时查看智能电器的运行情况。图3描述了用户与本地设备的交互过程。图3 用户与本地设备交互用户侧智能交互的实现需要通信协议，包括上行通信协议和下行通讯协议。2.1上行通信协议上行通信协议在系统中的主要作用在于规范用户交互终端与家庭能源管理系统主站进行物理通信以及数据交换格式。
11、要实现智能用电信息交互，必须首先打通电力公司与用户之间的通信信道，采用合适的通信信道，是确保智能用电信息安全、快速、稳定地交互的必要条件。以太网作为目前应用范围最广，用户普及率最大，通信速率快，通信可靠性高的通信信道，是最合适于智能家庭能源管理系统的上行通道。2.2 下行通信协议智能家庭管理系统下行通讯协议主要用于用户交互终端与家庭内本地设备实现数据交换。本方案中定义的下行通讯协议适用于采用低压电力线载波、微功率无线通信、以太网、Rs485及其他串行总线传输通道的本地通信组网方式。下行通讯协议参考RFC 1661PPP（Point-to-Point Protocol点到点协议）帧格式模型，内容
12、包括帧格式、链路传输、物理层接口、报文应用及数据结构等，协议模型简单、透明、灵活，可扩展性好，适用多种链路类型。3. 用户交互终端设计方案3.1 功能设计用户交互终端是实现家庭智能用电服务的关键设备，通过有线、无线等通信技术，用户交互终端能够与智能电表、气表、水表等互联通信，同时可以实现对用电设备的统一管理和控制，并通过用户界面，实现人机交互，替代部分人工处理实现对家庭内各类智能设备的自动化、智能化操作和反馈。并对能源消耗情况等数据进行搜集和发布，指导用户进行合理、经济地使用能源，节省用户能源消费开支。同时为用户提供家庭安防、社区信息和娱乐等各类功能。3.2 硬件设计图4 用户智能交互终端硬件
13、设计整个硬件设计可以分为处理单元、管理单元、接口单元和其它单元四部分。处理单元部分包括ARM11系列微处理器、TFT显示/触摸屏。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，在实时性能和浮点处理等方面具有良好的性能。TFT显示/触摸屏通过设置ARM芯片中集成LCD控制器将内存中的图像信息传送到LCD，系统根据手指在触摸屏的图标或菜单位置来定位选择信息输入,可用来取代键盘或鼠标。管理单元部分包括数据存储、电源管理。用户交互终端使用电源适配器供电，电源管理可实现多路的、高效的直流电源输出，并实现其外围的控制管理。待添
14、加的隐藏文字内容1通信接口单元包括各种常用通信接口，系统可以有效快速的与各种智能电器进行通信，实现对智能电器的有效管理。其它单元包括USB接口、SD卡座，为扩展单元。3.3 软件设计图5 用户智能交互终端软件设计用户交互终端软件设计框架分为四层：1）UI（User Interface）：UI 是人机交互界面，指用户和IHD软件系统进行交互的集合；UI 需要达到通过友好的界面和操作提示，达到操作人员易于理解软件功能、便于操作的目的。2）业务处理层：主要实现智能家庭相关业务功能的实现。3）数据解析层：主要处理各类数据帧，将解析后的数据以规范的存储格式写到存储介质中，方便业务处理层提取。4）通信层：
15、通信层主要完成通信接口调用、通信链路维护等任务。4. 总结电力需求侧管理系统的关键技术在于信息的交互。本文结合计量自动化、营配一体化系统分别描述了用户侧智能终端与计量自动化、营配一体化等系统的交互和用户与本地设备的交互方式，并设计了用户交互终端实现方案。参考文献1. 张仕民，叶选茂，姜齐荣.配网及用户侧供电安全与电能质量J.四川电力技术，2005，28（5）：52-552. 北京电网“定制电力技术”获重大突破M.电气应用，2007，26（9）：153. 张鼎华，程良伦，张凌.J2EE框架在需求侧用电管理信息系统中的应用J.电力需求侧管理，2006，8（2）：15-174. 汤广福，张文涛.定制
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