苗佳波1 邱肃川2
1（上海浦东软件园股份有限公司上海 200123）
2（上海久隆企业管理咨询有限公司上海 200040）
摘 要 随着科技的飞速发展，现代智能技术正在深刻改变着人们的工作和生活方式。目前在全球范围内智慧城市和智慧园区建设开展的如火如荼，“智慧”所涵盖的领域范围遍及生活的方方面面，这是一项渐进的、分阶段逐步实施的庞大系统工程。本文从智慧园区顶层设计入手，提出基于智能电网架构的智慧园区基础网络建设思路，解析了智能电网的建设成效，以智能电网的建设带动园区电信网、互联网、广电网、物联网等建设的多网融合，既降低了基础设施建设成本，又提高了建设效率，将有力推动智慧园区建设。
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关键词 智慧园区，智能电网，基础网络，多网融合doi:10.3969/j.issn.1674-7933.2015.05.007
作者简介：苗佳波，男，1981 年生，硕士研究生，工程师，主要从事及研究领域：软件和信息服务业行业分析、产业研究，Email ：miaojiabo@hotmail.com ；
邱素川，硕士研究生，工程师。
0 引言
当今科学技术迅猛发展，正在引发社会生产方式的深刻变革。1998年美国副总统戈尔提出“数字地球”，提出用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题；2008年，IBM在数字地球的基础上，提出了“智慧地球”概念。从近两年世界各国的科技发展布局来看，IBM“智慧地球”战略已经得到了各国的普遍认可。
“智慧园区”是“智慧城市”的重要表现形态，旨在借助新一代信息技术，将人、商业、运输、通信、水、能源等城市运行的要素聚集起来，以一种更智慧的方式运行，进而创造更美好的城市生活。目前，世界各国都在积极推进智慧城市和智慧园区的建设，我国的智慧城市和智慧园区建设也在积极进行中。
产业园区作为城市发展地方产业、增强经济实力的重要平台，也是壮大区域经济、进行城市经济转型的有效载体。比如，目前全国有200多个软件园区和基地，占据全国软件收入总量的八成以上。高科技园区已成为产业集聚、资源集聚、人才集聚、功能集聚的重要平台。开展智慧园区建设，将进一步提升我国高科技产业的核心竞争力，并在我国智慧城市建设中发挥重要的支撑作用。
1 智慧园区发展概述
智慧园区是智慧城市的重要表现形态，其体系结构与发展模式是智慧城市在一个小区域范围内的缩影，即反映了智慧城市的主要体系模式与发展特征，具有一定的不同于智慧城市发展模式的独特性[1]。
在新一代信息技术加速发展的背景下，智慧园区以互联网、物联网、云计算、电信网、广电网、无线宽带网等平台为载体，以高度集成的信息技术、综合应用的信息资源为特征，形成以智慧技术、智慧服务、智慧管理、智慧生活、智慧产业等为内容的发展新模式。
智慧园区建设将促进新一代信息技术在科学管理、产业培育、创新创业、公共服务及资源整合等领域地广泛应用，进一步发挥新一代信息技术对国民经济社会发展地支撑和引领作用，进一步加快经济转型升级，进一步提升人民群众生活质量，进一步创新社会化管理模式，进一步提高社会资源配置整合效率，进一步抢占未来智慧产业制高点、争创发展新优势。这也是把培育世界级高新技术产业全面推向新阶段的战略举措。
2 智慧园区网络架构
智慧园区是基于信息新一代信息技术的产物，其基础建设的重中之重就是网络架构，否则所有智慧应用都无法实现落地。智慧园区的先进网络层主要由光纤驻地网、WiFi无线网络、移动通信网和数据中心四个部分构成。园区光纤驻地网是由完成通信和控制功能的园区内部布线系统组成，入园企业用户终端可以灵活方便地接入互联网，满足入园企业高速访问互联网的需求，同时也是实现园区内部和园区之间快速互访的重要通道。WiFi无线网络是园区提供移动网络服务的必备条件，实现WiFi无线网络的园区全覆盖有利于构件智慧园区服务和智慧园区管理的移动门户。移动通信网主要由中国移动、中国电信等移动通信服务提供商等负责建设。而今后智慧园区的网络建设必须首先实现移动通信网络的有效全面覆盖。数据中心是智慧园区建设中基础性、公用性的软硬件系统，包括主机、存储设备、操作系统、数据库等核心设施，它将为园区用户提供超大规模数据处理能力，可以为所有用户集中存储核心应用系统的各项数据，以及由园区感知层系统传输过来的各类采集数据，并提供安全可靠的灾备服务。
3 智能电网价值
智慧园区，虽然是以互联网、物联网、云计算、电信网、广电网、无线宽带网等组合为基础，但所有这些基础平台所承载的功能还是必须依赖能源平台，也就是电网的支撑之下。否则任何功能的实现都无从谈起。
在城市发展中，电网是最重要的能源载体。智慧城市和智慧园区的正常运行，需要坚强可靠的电网来提供优质的电能。因此智能电网与智慧园区建设在能量与信息这两个关键要素方面拥有一致的内涵与特征，是智慧园区建设的基础与核心驱动力，也是解决园区管理种种弊端的基础平台，具有引领“两化融合”、助推城市和产业转型发展、低碳发展的功能。
如今智能电网是电网技术发展的必然趋势。通信、计算机、自动化等技术在电网中得到广泛深入的应用，并与传统电力技术有机融合，极大地提升了电网的智能化水平。传感器技术与信息技术可以有效运用于电网技术中，为智慧园区管理方提供系统状态分析和辅助决策，电网的智能化将让电网可以实现自我检测、自我痊愈的功能。而智能电网的调度技术、自动化技术和柔性输电技术的日益发展，已经使可再生能源和分布式电源实现更加广泛的日常应用。通信网络的完善和用户信息采集技术的推广应用，促进了电网与用户的双向互动[2]。
与现有电网相比，智能电网的主要特点就是可以实现信息流、电力流和业务流的高度融合。智能电网的全景信息可以通过传感器、互联网、自动化控制与电网基础设施有效融合来获得。通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。而智能电网双向互动的服务模式，可以为用户提供更多的增值服务[3]。
因此，智能电网作为城市和园区智能化发展的客观需要，是智慧园区的重要基础设施，其强大的资源优化配置能力和更高的安全稳定运行水平，将有效实现能源资产的高效利用和全寿命周期管理。
智慧园区的正常运转离不开智能电网的相辅相成，智能电网将是智慧城市、智慧园区的核心组成部分。智慧电网对智慧园区的支撑体系如图1所示。
3.1 智能电网概念
中国电力科学研究院给出的智能电网定义为：以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务[4]。
智能电网就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、允许各种不同能源渠道的准入、启动电力市场以及资产的优化高效运行[5]。
3.2 智能电网的多网融合
城市电网是一切应用的载体和基础，而智能电网不仅可以满足基本电网的功能，还可以和电信、广电、互联网、物联网等一起在用户端走向融合，形成多网融合。
建设智能电网首先需要实现电力光纤入户。电力光纤就是把光纤组合在电力电缆中，同时具有电力传输和光纤通信功能。电力光纤入户将为智能电网跨界“三网融合”业务奠定基础。电力光纤即可输送传统的电能，又能承载互联网和电信、广播电视信号，也能满足物联网通信需求，从而实现资源整合。
电力光纤入户使得电网功能由单纯输电迈向智能电网。目前主要采用光纤复合低压电缆，将光纤和电缆复合制造,在铺设电缆的同时完成了光纤入户。电力光纤入户PFTTH（Power Fiber To The Home）是指在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆（OPLC）等线缆，将光纤随低压电力线敷设，实现到表到户。配以无源光网络（PON）技术，承载智能电网配用电环节和“三网融合”相关业务。
宏观层面，目前，国家电网已经在全国积极推进电力光纤入户。确定基于OPLC的技术方案，还颁布了《智能电网关键设备研制规划》和《智能电网技术标准体系规划》。
4 智能电网建设成效分析
目前在全球范围内，智能电网建设已经全面展开。基于各国国情以及基础的差异，世界各国发展智能电网的角度和侧重点各有不同。美国主要关注现有清洁能源技术和下一代网络基础设施，正在积极推广诸如特斯拉在内的可插电式混合动力汽车，同时发展分布式电源和能源存储的并网运行技术；欧洲主要关注电网对风电的消纳、分布式能源并网等问题；日本重点关注分布式光伏发电和风能发电的大规模并网问题，同时在电动汽车和电网的互动问题上开展了大量的研究工作。而我国提出建设自主创新的智能电网发展总体思路，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代智能电网。
4.1 建设效益
从数据的对比性出发，建设效益可以根据节省的建设费用ΔTC去展现智能电网投资创造的预期建设效益：ΔTC = （S-S’）/N其中，S—非智能化电网（多网）建设费用；S’—智能化电网（多网）建设费用；N—需要实现的功能种类。
比如，以智能电网目前已经可以整合三网融合的功能为例，及互联网、广电网、电信网、电网等原先建设四网的建设费用，现在只需要投入四分之一的建设费用。
4.2 设备安装调试效益
设备安装调试效益ΔTC可用节省的设备安装调试费用来表示：ΔTC = N×tc
其中，N—减少的设备数（台）；tc—每台设备每次的运行维护费用成本。
比如，以占地面积一平方公里的某产业园区为例，建设智能电网将减少传统设备150台，每月一次的运维成本约为1 000元/小时，则园区每年设备运维可以降低安装调试成本180万元。
4.3 建设规划
结合国内目前如火如荼的智慧城市与智慧园区建设，驱动高度构建智能电网建设，彼此互为影响、互为依托。从顶层设计考虑，智慧园区与智能电网两者的有机结合需要创新商业模式，站在全新的角度进行论证。以市场来说，智能电网是清洁能源开放互动的交易平台，是新的能源供应保障和服务体系；以技术来看，智能电网是具有能量和信息同步传输的功能；从定位的角度来讲，智能电网是智慧园区的基础和创新驱动力，具有推动园区转型发展的基础平台功能、网络市场功能；而根据行业角度看，智能电网具有能量与信息同步传输功能的双向能量信息系统，将是智慧园区网络建设中的核心骨干支架。
而今智能电网在智慧园区建设中的各项试点工程建设取得了阶段性成果，目前已经初步实现智能电网项目与智慧城市建设思路的良好对接。完成了包括柔性直流输电示范工程、电力光纤到户试点工程、智能用电楼宇试点工程、配电自动化试点工程和智能变电站改造试点工程建设等多个试点。一些试点项目中，已实现电力光纤到户，已率先实现配电网自动化、智能抄表和中低压线损比对等全业务功能，并实现宽带和高清电视服务。
此外，智慧园区的智能电网建设还可以催生出新的商业模式，比如早在2010年，国网上海电力公司就分别和上海联通、上海东方传媒集团（SMG）签订了战略合作协议，利用电力光纤平台开展宽带和视频点播等业务的合作，推出“互视通”业务。并在浦东新区部分产业园区和商圈展开了商业示范应用，取得了很好的成效。
5 应用
智慧园区建设中的智能电网（Smart Power Grids）将在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的智能技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术，去实现可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，从而给智慧园区带来更多的创新应用和增值服务。二者关系如图2所示。
从具体实际应用层面看，智能电网几乎可以涉及到智慧园区建设的方方面面。比如，最基本的智能电网功能就是可以远程采集电表、水表、煤气表等信息，对用电进行调控，并可并网运行清洁能源，实现能源、信息的综合配置和资源共享。
5.1 智能网络服务
在智慧园区中部署了智能电网的用户就可以直接通过电力光纤拨打IP电话、宽带上网、接收高清互动电视信号,实现三网融合功能。而无须再部署其他网络架构载体。各种物联网应用也将实现，用户可以对空调、热水器等智能家电实施用电分析与控制，用户通过网络或电话可实现对家中电器的远程控制。
5.2 充换电服务
在智慧园区工作和生活的用户不用担心新能源汽车的充电问题，通过建设充电桩、充电站、换电站等多元化的电动汽车基础设施及远程监控调度服务系统建设，就可以有效解决电动汽车的续航里程、故障定位等问题，满足出租车、工程车等专用电动汽车的监控调度需要，为电动汽车的便捷服务提供基本条件。充换电服务采用电动汽车智能充换电服务网络运营管理系统作为电动汽车服务的核心，支撑电动汽车充换电作业。电动汽车充换电站、站外充电桩、手持终端及电动汽车车载终端等电动汽车充换电设施能够有效接入运营系统，实现智能化管理。
5.3 双向互动服务
在智慧园区中，通过智能电网的信息采集、能效管理等实现对用能设备的监测与控制，实现用户侧能效智能管理和服务双向互动。通过双向互动服务平台与园区管理系统的互联互通，完善园区管理手段，提升园区管理水平。
比如园区用户可以主动参与智能电网的安全运行，实现自身用电资源优化配置，实现有效的需求自主响应。智慧园区的用户可以由自身的能源使用习惯、价格水平以及具体的使用环境，给各自的能源消耗设备设定相应的参数。如中央空调、楼宇照明、办公电器等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节能节电[6]。
5.4 信息资源服务
智慧园区的管理方可以通过进一步加强信息资源的集成和电力通信信息资源的优化整合，对园区环境监测信息、用户用能信息、经济活动信息等多种信息进行可靠的采集和传输，为智慧园区提供多种信息资源，支持园区管理机构进行数据分析和处理。
6 结语
目前，智慧城市和智慧园区的解决方案和支持政策中，对城市信息化建设关注度最高、对智慧交通和智慧管理等也予以了一定程度的关注，但对于作为运营命脉的能源保障，特别是智能电网的建设还没有予以应有的关注。
智能电网能更大程度地起到对智慧园区发展的支撑作用，紧密结合智慧园区发展的不同应用需求，并且大大降低多网建设的重复费用。
因此，非常有必要进一步推动智能电网的建设理念和措施纳入国家智慧城市和智慧园区建设的政策措施中，推动智能电网与智慧园区建设规划的紧密衔接，尽快弥补这一领域的空白。
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参考文献
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[2]张盛山. 智能电网中无线传感器网络信息安全研究[J]. 仪器仪表标准化与计量, 2013,(4).
[3]李锦仁. 建立多级认证用电系统的一点构想[J]. 城市建设理论研究, 2012,(28).
[4]张聪. 基于ZigBee技术的智能电表的研究与设计[D]. 上海交通大学, 2010.
[5]成江东. 智能辅助决策系统的研究[D].山东大学, 2013.
[6]董达鹏. 厂网协调规划模式下低碳电力系统的效益评估方法研究 [D]. 华北电力大学, 2013.