智能用電新技術(shù)

摘要：通過分析當(dāng)前用電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)想了智能用電建設(shè)的技術(shù)路線。對(duì)智能用電下的高速通信、智能電表、智能采集、交互終端、需方響應(yīng)等新技術(shù)進(jìn)行了探討，展望了未來更多先進(jìn)技術(shù)在智能用電中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能用電；智能電表；智能采集；交互終端；需方響應(yīng)

堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化是智能電網(wǎng)的重要特征。建設(shè)智能電網(wǎng)不僅僅是傳統(tǒng)電網(wǎng)和特定系統(tǒng)的升級(jí)和改造，而且需要實(shí)現(xiàn)需方響應(yīng)，系統(tǒng)和用戶的雙向互動(dòng)。因此需要先進(jìn)的傳感通信技術(shù)、高級(jí)量測(cè)技術(shù)、分析和輔助決策技術(shù)、可視化技術(shù)等作為保證。

智能用電是中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能用電和電力用戶關(guān)系最為緊密，智能用電建設(shè)的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的能源使用效率，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和有序用電。對(duì)電網(wǎng)建設(shè)、節(jié)能環(huán)保，電能質(zhì)量管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1 用電系統(tǒng)的現(xiàn)狀

由于過去的電網(wǎng)建設(shè)一直是“重發(fā)輸電，輕配用電”。因此用電系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)比較薄弱，自動(dòng)化、信息化程度不高。用電系統(tǒng)實(shí)用化程度不高，無(wú)法對(duì)用電系統(tǒng)進(jìn)行信息化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，更談不上實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)和電力用戶的雙向信息交互，無(wú)法滿足智能用電對(duì)需方響應(yīng)的要求。

從20世紀(jì)90年代中期起，國(guó)家電網(wǎng)公司旗下的網(wǎng)省公司開始對(duì)用電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)行了有益的探索。在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面，浙江、黑龍江等省相繼出臺(tái)了關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)管理終端和低壓集中抄表系統(tǒng)一系列標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。在應(yīng)用方面，江蘇、浙江等省在低壓用戶集中抄表系統(tǒng)方面做出一定的探索。在大用戶、臺(tái)區(qū)抄表中大量使用的負(fù)荷管理終端和配變監(jiān)測(cè)終端，由于采用了GPRS公網(wǎng)通信、230M無(wú)線或光纖等方式，得到了廣泛的應(yīng)用，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。同時(shí)2006年起，黑龍江、河北等省積累的新一代低壓用戶集抄系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，也為實(shí)現(xiàn)智能用電的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 智能用電建設(shè)技術(shù)路線

我國(guó)智能用電的建設(shè)將是一個(gè)持續(xù)、漸進(jìn)、豐富和完善的過程。在智能用電技術(shù)研究的整體思路上必須遵循“明確目標(biāo)，滾動(dòng)修正，持續(xù)提升、深化完善”的科學(xué)發(fā)展觀。因此智能用電的發(fā)展既要立足于目前發(fā)展期的現(xiàn)實(shí)，又要兼顧未來成熟期的前景；既要滿足近期需要，又要適應(yīng)未來發(fā)展。

首先，智能用電技術(shù)的研究應(yīng)該采取“產(chǎn)、學(xué)、研”結(jié)合的方式，集中攻關(guān)。積極吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，集中展開科研攻關(guān)，解決智能用電面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題。

其次，智能用電體系及框架研究按照高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)、嚴(yán)要求的原則。全面科學(xué)評(píng)估國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系和最佳實(shí)踐效果，以基于現(xiàn)實(shí)和發(fā)展的眼光構(gòu)建高標(biāo)準(zhǔn)的智能用電體系架構(gòu)。同時(shí)智能用電應(yīng)著眼于未來，兼顧現(xiàn)實(shí)的原則，高起點(diǎn)開展關(guān)鍵性技術(shù)研究。在智能用電新技術(shù)研究過程中，應(yīng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程、試點(diǎn)項(xiàng)目、測(cè)試數(shù)據(jù)，客觀真實(shí)的總結(jié)新技術(shù)的應(yīng)用情況。

最后，堅(jiān)持理論研究和實(shí)踐相結(jié)合的原則。依托網(wǎng)省公司實(shí)施示范性工程。為新技術(shù)在智能用電的應(yīng)用提供技術(shù)支持和技術(shù)儲(chǔ)備。對(duì)示范性項(xiàng)目做好科學(xué)評(píng)估，總結(jié)試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，做好合理整改。智能用電堅(jiān)持按區(qū)域特點(diǎn)分階段逐步推廣，逐步總結(jié)，逐步調(diào)整，逐步完善。

3 智能用電下的新技術(shù)

智能用電技術(shù)涵蓋了高速實(shí)時(shí)通信、智能電表、智能采集、雙向交互和需方響應(yīng)等多方面的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、高級(jí)量測(cè)技術(shù)、控制理論和圖形可視化等學(xué)科交叉的技術(shù)集群。

3.1 高速通信技術(shù)

高速實(shí)時(shí)通信技術(shù)是支撐智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于智能用電也不例外。其主要特征如下：

• 骨干、大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)到臺(tái)區(qū)和到有條件的小區(qū)和居民家中，滿足用電數(shù)據(jù)采集和交互信息傳輸。

• 基于廣域同步時(shí)鐘（如IEEE 1588）對(duì)時(shí)功能，確保重要節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、功率等采集量在同一時(shí)間斷面上。

• 抗干擾能力強(qiáng)的無(wú)線通信技術(shù)和無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用包括Zigbee在內(nèi)的微功率無(wú)線通信方式。

• 公網(wǎng)通信（包括3G在內(nèi)的新一代公網(wǎng)通信方式），基于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻的傳輸。

• 在條件不具備的地區(qū)，可考慮電力線載波作為補(bǔ)償。

• 信息安全加密。

3.2 智能電表技術(shù)

• 智能電能表應(yīng)滿足分布式電源雙向供電模式下，雙向獨(dú)立計(jì)量；

• 具備動(dòng)態(tài)浮動(dòng)電價(jià)的快速響應(yīng)，快速切換、電價(jià)實(shí)時(shí)結(jié)算等功能；

• 具備用于存儲(chǔ)雙向計(jì)量電度獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)間，可對(duì)月度電能數(shù)據(jù)，當(dāng)日整點(diǎn)數(shù)據(jù)及有特定要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速凍結(jié)；

• 用電異常事件記錄功能；對(duì)雙向的需量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最大需量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和保存；負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)的保存和檢索；

• 具備抄收和存儲(chǔ)智能燃?xì)獗?，智能水表的功能，具備自?dòng)管理、自動(dòng)抄收氣表和水表的功能；具備對(duì)居民家居參數(shù)的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居電器的有序，合理化和最經(jīng)濟(jì)用電管理；

• 就計(jì)量誤差進(jìn)行自我修復(fù)，自我矯正，確保計(jì)量精度在表計(jì)生命周期能滿足計(jì)量精度要求；

• 可對(duì)自身硬件運(yùn)行狀況進(jìn)行自診斷，自評(píng)估和自修復(fù)。

3.3 智能采集技術(shù)

智能采集終端對(duì)大用戶專變、公變和低壓居民用戶用電信息進(jìn)行自動(dòng)采集。實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)電能量、負(fù)荷數(shù)據(jù)采集，用電設(shè)備數(shù)據(jù)采集及在線診斷，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。其主要特征如下：

• 實(shí)時(shí)采集電力用戶側(cè)電能量信息，并計(jì)算出實(shí)時(shí)負(fù)荷、整點(diǎn)電量、月累計(jì)電量、已購(gòu)電費(fèi)（電量）、剩余電費(fèi)（電量）等用電數(shù)據(jù)以及計(jì)量工況。

• 根據(jù)主站設(shè)置的超限定值，對(duì)采集的用電信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，判斷數(shù)據(jù)是否超限，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果生成相應(yīng)的事件記錄。

• 根據(jù)主站設(shè)置，終端定時(shí)凍結(jié)日、月、抄表日用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)，以及終端設(shè)備運(yùn)行工況，生成用電負(fù)荷曲線。

• 根據(jù)主站下發(fā)的控制定值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶用電情況，自動(dòng)執(zhí)行本地功率閉環(huán)控制、本地電量閉環(huán)控制，并能夠執(zhí)行主站遙控、保電/剔除、催費(fèi)告警、控制解除等控制命令，引導(dǎo)用戶合理有序用電。

• 進(jìn)行變壓器、開關(guān)、電源分配箱等設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行在線設(shè)備故障診斷和分析，提高設(shè)備使用的安全性。

• 采集更多的電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率等)，從而掌握更加詳細(xì)的用戶負(fù)荷情況，加強(qiáng)需求側(cè)管理，為電網(wǎng)規(guī)劃和擴(kuò)容提供決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。

• 采集終端間支持快速通信，可裝置級(jí)在線分析用電異常情況。

• 電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，必要時(shí)提供無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理方案。

• 支持裝置級(jí)的線損和變損分析，統(tǒng)計(jì)和曲線的存儲(chǔ)。

• 基于IPV6技術(shù)下的終端設(shè)備的管理，實(shí)現(xiàn)采集終端與主站、電能表及終端之間數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸。

• 實(shí)現(xiàn)用戶定制模式下的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集。

• 能夠?qū)崿F(xiàn)廠礦、企業(yè)、家庭電器工作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等多種數(shù)據(jù)的定時(shí)采集和召喚采集。

• 可進(jìn)行用電效能分析，為客戶提供經(jīng)濟(jì)、安全的電能。

3.4 交互終端技術(shù)

智能交互終端為電力企業(yè)和電力用戶之間的交互提供了友好、可視的交互平臺(tái)。是電力企業(yè)提供人性化管理，聯(lián)接客戶的橋梁。

基于網(wǎng)絡(luò)化、人機(jī)交互，融合業(yè)務(wù)與功能的原則，憑借用電信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，直接向用戶顯示用電信息、用電方式、告警信息以及電價(jià)政策等相關(guān)內(nèi)容。

對(duì)于居民用戶，將用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)向用戶家庭延伸，可在家中安裝用電顯示終端，終端采用TFT液晶屏顯示，可以直接連接到家庭電氣線路上，以采集器或者電能表為網(wǎng)關(guān)，通過電力載波通道，自動(dòng)監(jiān)測(cè)自家的電能表，提供實(shí)時(shí)用電信息，也可以接收用戶用電信息采集系統(tǒng)下發(fā)的各類信息。

用戶還可以通過簡(jiǎn)單操作，主動(dòng)查詢歷史用電記錄、歷史交費(fèi)記錄、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖形等其他信息服務(wù)。

居民及大專變用戶可及時(shí)獲得用電量、電價(jià)、預(yù)付電費(fèi)、剩余電費(fèi)等信息。

供電局可根據(jù)剩余電量情況對(duì)居民發(fā)送停電通知、繳費(fèi)通知以及電價(jià)政策宣傳等。

欠費(fèi)、違約金提醒，家中購(gòu)電，社區(qū)信息發(fā)布。

查詢功能，用戶通過各類終端設(shè)備（手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行用電信息的查詢。

對(duì)用戶用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)客戶受電裝置隱患，以“隱患整改通知書”等書面形式通知客戶，履行告知義務(wù)，避免出現(xiàn)安全事故，減少企業(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

終端具備可視化功能，滿足電力企業(yè)和電力用戶之間的可視化交互溝通。

3.5 需方響應(yīng)技術(shù)

需方響應(yīng)技術(shù)通過電力用戶接收電力企業(yè)發(fā)布用電信息，及時(shí)響應(yīng)用電負(fù)荷變化的措施，以達(dá)到削峰填谷，減少負(fù)荷波動(dòng)的目的。其主要特征如下：

通過用戶改變自己的用電方式主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益，而不象以前那樣被動(dòng)地按所定價(jià)格行事。

電力企業(yè)基于負(fù)荷特征召喚用戶接入或退出分布式電源，制定有客戶參與需方響應(yīng)的補(bǔ)償結(jié)算機(jī)制。

用戶可得到連續(xù)即時(shí)的計(jì)量信息，負(fù)荷信息。用戶可得到獲得連續(xù)即時(shí)的電價(jià)信息

對(duì)參與市場(chǎng)的用戶提供實(shí)時(shí)電價(jià)，并實(shí)現(xiàn)同實(shí)時(shí)電價(jià)相結(jié)合的自動(dòng)負(fù)荷控制。

編制和發(fā)布有序用電方案，遠(yuǎn)程監(jiān)視電能質(zhì)量與實(shí)施電壓控制，快速的系統(tǒng)故障定位和響應(yīng)，能量損耗的檢測(cè)。

為系統(tǒng)調(diào)度、規(guī)劃和運(yùn)行提供精確的系統(tǒng)負(fù)荷信息，在新一代的智能設(shè)備和高級(jí)服務(wù)之間實(shí)現(xiàn)信息共享。

4 智能用電未來技術(shù)展望

未來的智能電表將實(shí)現(xiàn)模塊化，使電表更換更加方便，并安全可靠；電表功能多樣化。通過多功能控制器可實(shí)現(xiàn)智能控制，如可在電費(fèi)便宜時(shí)段控制洗衣機(jī)和空調(diào)的開啟；可實(shí)現(xiàn)用戶計(jì)算機(jī)控制，可控制電表的一些功能，對(duì)家中電器進(jìn)行管理。

用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)也是智能用電發(fā)展的重要內(nèi)容。通過召喚用戶在電力負(fù)荷低谷時(shí)段存儲(chǔ)電能，在負(fù)荷高峰時(shí)釋放電能，有效調(diào)節(jié)電力負(fù)荷的波動(dòng)，提高負(fù)荷利用率。用戶的儲(chǔ)能設(shè)備包括超級(jí)儲(chǔ)能電池，超級(jí)儲(chǔ)能線圈等。

智能用電中同步測(cè)量技術(shù)也可能會(huì)大量應(yīng)用。通過應(yīng)用同步測(cè)量技術(shù)，可以更好地分析、監(jiān)測(cè)、控制微電網(wǎng)的穩(wěn)定問題，接入大電網(wǎng)的擾動(dòng)問題，防止事故的蔓延。

電力線高速通信也是對(duì)未來智能電網(wǎng)影響深遠(yuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的電力線載波由于通信速率低，抗干擾能力差，因此極大的制約了系統(tǒng)的發(fā)展。相信未來的電力線通信技術(shù)一定能夠找到新的調(diào)制解調(diào)方式，實(shí)現(xiàn)高速、可靠通信。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文就國(guó)內(nèi)外智能用電新技術(shù)進(jìn)行了探討，并對(duì)智能用電建設(shè)的技術(shù)路線進(jìn)行了設(shè)想。最后對(duì)智能用電未來技術(shù)進(jìn)行了展望。

智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，新技術(shù)的研究和應(yīng)用必將為智能電網(wǎng)建設(shè)注入強(qiáng)勁的動(dòng)力。緊跟先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展腳步，積極進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新，中國(guó)的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)一定能夠?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展