智能用電新技術(shù)

摘要：通過(guò)分析當前用電系統的現狀，設想了智能用電建設的技術(shù)路線(xiàn)。對智能用電下的高速通信、智能電表、智能采集、交互終端、需方響應等新技術(shù)進(jìn)行了探討，展望了未來(lái)更多先進(jìn)技術(shù)在智能用電中的應用。

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

堅強、自愈、兼容、經(jīng)濟、集成、優(yōu)化是智能電網(wǎng)的重要特征。建設智能電網(wǎng)不僅僅是傳統電網(wǎng)和特定系統的升級和改造，而且需要實(shí)現需方響應，系統和用戶(hù)的雙向互動(dòng)。因此需要先進(jìn)的傳感通信技術(shù)、高級量測技術(shù)、分析和輔助決策技術(shù)、可視化技術(shù)等作為保證。

智能用電是中國堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能用電和電力用戶(hù)關(guān)系最為緊密，智能用電建設的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的能源使用效率，經(jīng)濟運行和有序用電。對電網(wǎng)建設、節能環(huán)保，電能質(zhì)量管理產(chǎn)生深遠的影響。

1 用電系統的現狀

由于過(guò)去的電網(wǎng)建設一直是“重發(fā)輸電，輕配用電”。因此用電系統建設相對比較薄弱，自動(dòng)化、信息化程度不高。用電系統實(shí)用化程度不高，無(wú)法對用電系統進(jìn)行信息化、自動(dòng)化、標準化管理，更談不上實(shí)現電力企業(yè)和電力用戶(hù)的雙向信息交互，無(wú)法滿(mǎn)足智能用電對需方響應的要求。

從20世紀90年代中期起，國家電網(wǎng)公司旗下的網(wǎng)省公司開(kāi)始對用電系統的標準化、自動(dòng)化建設進(jìn)行了有益的探索。在標準化建設方面，浙江、黑龍江等省相繼出臺了關(guān)于現場(chǎng)管理終端和低壓集中抄表系統一系列標準和技術(shù)規范。在應用方面，江蘇、浙江等省在低壓用戶(hù)集中抄表系統方面做出一定的探索。在大用戶(hù)、臺區抄表中大量使用的負荷管理終端和配變監測終端，由于采用了GPRS公網(wǎng)通信、230M無(wú)線(xiàn)或光纖等方式，得到了廣泛的應用，積累了豐富的運行經(jīng)驗，取得了良好的經(jīng)濟效果。同時(shí)2006年起，黑龍江、河北等省積累的新一代低壓用戶(hù)集抄系統的建設經(jīng)驗，也為實(shí)現智能用電的建設打下了堅實(shí)的基礎。

2 智能用電建設技術(shù)路線(xiàn)

我國智能用電的建設將是一個(gè)持續、漸進(jìn)、豐富和完善的過(guò)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，滾動(dòng)修正，持續提升、深化完善”的科學(xué)發(fā)展觀(guān)。因此智能用電的發(fā)展既要立足于目前發(fā)展期的現實(shí)，又要兼顧未來(lái)成熟期的前景；既要滿(mǎn)足近期需要，又要適應未來(lái)發(fā)展。

首先，智能用電技術(shù)的研究應該采取“產(chǎn)、學(xué)、研”結合的方式，集中攻關(guān)。積極吸收國外先進(jìn)技術(shù)，集中展開(kāi)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準、高起點(diǎn)、嚴要求的原則。全面科學(xué)評估國際國內先進(jìn)的標準化技術(shù)體系和最佳實(shí)踐效果，以基于現實(shí)和發(fā)展的眼光構建高標準的智能用電體系架構。同時(shí)智能用電應著(zhù)眼于未來(lái)，兼顧現實(shí)的原則，高起點(diǎn)開(kāi)展關(guān)鍵性技術(shù)研究。在智能用電新技術(shù)研究過(guò)程中，應嚴格設計標準、設計方案、設計過(guò)程、試點(diǎn)項目、測試數據，客觀(guān)真實(shí)的總結新技術(shù)的應用情況。

最后，堅持理論研究和實(shí)踐相結合的原則。依托網(wǎng)省公司實(shí)施示范性工程。為新技術(shù)在智能用電的應用提供技術(shù)支持和技術(shù)儲備。對示范性項目做好科學(xué)評估，總結試點(diǎn)經(jīng)驗和教訓，做好合理整改。智能用電堅持按區域特點(diǎn)分階段逐步推廣，逐步總結，逐步調整，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等多方面的技術(shù)，是計算機應用技術(shù)、現代通信技術(shù)、高級量測技術(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 )到臺區和到有條件的小區和居民家中，滿(mǎn)足用電數據采集和交互信息傳輸。

• 基于廣域同步時(shí)鐘（如IEEE 1588）對時(shí)功能，確保重要節點(diǎn)負荷、功率等采集量在同一時(shí)間斷面上。

• 抗干擾能力強的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)，應用包括Zigbee在內的微功率無(wú)線(xiàn)通信方式。

• 公網(wǎng)通信（包括3G在內的新一代公網(wǎng)通信方式），基于語(yǔ)音、數據、視頻的傳輸。

• 在條件不具備的地區，可考慮電力線(xiàn)載波作為補償。

• 信息安全加密。

3.2 智能電表技術(shù)

• 智能電能表應滿(mǎn)足分布式電源雙向供電模式下，雙向獨立計量；

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

• 具備用于存儲雙向計量電度獨立的存儲區間，可對月度電能數據，當日整點(diǎn)數據及有特定要求的數據進(jìn)行快速凍結；

• 用電異常事件記錄功能；對雙向的需量數據進(jìn)行計算，最大需量數據的統計和保存；負荷曲線(xiàn)數據的保存和檢索；

• 具備抄收和存儲智能燃氣表，智能水表的功能，具備自動(dòng)管理、自動(dòng)抄收氣表和水表的功能；具備對居民家居參數的采集，實(shí)現對智能家居電器的有序，合理化和最經(jīng)濟用電管理；

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

• 可對自身硬件運行狀況進(jìn)行自診斷，自評估和自修復。

3.3 智能采集技術(shù)

智能采集終端對大用戶(hù)專(zhuān)變、公變和低壓居民用戶(hù)用電信息進(jìn)行自動(dòng)采集。實(shí)現用戶(hù)側電能量、負荷數據采集，用電設備數據采集及在線(xiàn)診斷，支持實(shí)時(shí)數據的遠傳。其主要特征如下：

• 實(shí)時(shí)采集電力用戶(hù)側電能量信息，并計算出實(shí)時(shí)負荷、整點(diǎn)電量、月累計電量、已購電費（電量）、剩余電費（電量）等用電數據以及計量工況。

• 根據主站設置的超限定值，對采集的用電信息進(jìn)行統計、分析，判斷數據是否超限，并根據統計結果生成相應的事件記錄。

• 根據主站設置，終端定時(shí)凍結日、月、抄表日用戶(hù)負荷數據，以及終端設備運行工況，生成用電負荷曲線(xiàn)。

• 根據主站下發(fā)的控制定值，實(shí)時(shí)監測用戶(hù)用電情況，自動(dòng)執行本地功率閉環(huán)控制、本地電量閉環(huán)控制，并能夠執行主站遙控、保電/剔除、催費告警、控制解除等控制命令，引導用戶(hù)合理有序用電。

• 進(jìn)行變壓器、開(kāi)關(guān)、電源分配箱等設備數據的采集，進(jìn)行在線(xiàn)設備故障診斷和分析，提高設備使用的安全性。

• 采集更多的電網(wǎng)實(shí)時(shí)運行數據(電壓、電流、功率等)，從而掌握更加詳細的用戶(hù)負荷情況，加強需求側管理，為電網(wǎng)規劃和擴容提供決策支持數據。

• 采集終端間支持快速通信，可裝置級在線(xiàn)分析用電異常情況。

• 電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測和預警，必要時(shí)提供無(wú)功補償和諧波治理方案。

• 支持裝置級的線(xiàn)損和變損分析，統計和曲線(xiàn)的存儲。

• 基于IPV6技術(shù)下的終端設備的管理，實(shí)現采集終端與主站、電能表及終端之間數據的無(wú)縫傳輸。

• 實(shí)現用戶(hù)定制模式下的個(gè)性化數據采集。

• 能夠實(shí)現廠(chǎng)礦、企業(yè)、家庭電器工作參數、環(huán)境參數等多種數據的定時(shí)采集和召喚采集。

• 可進(jìn)行用電效能分析，為客戶(hù)提供經(jīng)濟、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(hù)之間的交互提供了友好、可視的交互平臺。是電力企業(yè)提供人性化管理，聯(lián)接客戶(hù)的橋梁。

基于網(wǎng)絡(luò )化、人機交互，融合業(yè)務(wù)與功能的原則，憑借用電信息采集系統的網(wǎng)絡(luò )平臺，直接向用戶(hù)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)內容。

對于居民用戶(hù)，將用電信息采集系統通信網(wǎng)絡(luò )向用戶(hù)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(xiàn)路上，以采集器或者電能表為網(wǎng)關(guān)，通過(guò)電力載波通道，自動(dòng)監測自家的電能表，提供實(shí)時(shí)用電信息，也可以接收用戶(hù)用電信息采集系統下發(fā)的各類(lèi)信息。

用戶(hù)還可以通過(guò)簡(jiǎn)單操作，主動(dòng)查詢(xún)歷史用電記錄、歷史交費記錄、歷史數據統計圖形等其他信息服務(wù)。

居民及大專(zhuān)變用戶(hù)可及時(shí)獲得用電量、電價(jià)、預付電費、剩余電費等信息。

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

欠費、違約金提醒，家中購電，社區信息發(fā)布。

查詢(xún)功能，用戶(hù)通過(guò)各類(lèi)終端設備（手機、網(wǎng)絡(luò )等）進(jìn)行用電信息的查詢(xún)。

對用戶(hù)用電設備的監測，及時(shí)發(fā)現客戶(hù)受電裝置隱患，以“隱患整改通知書(shū)”等書(shū)面形式通知客戶(hù)，履行告知義務(wù)，避免出現安全事故，減少企業(yè)不必要的經(jīng)濟損失。

終端具備可視化功能，滿(mǎn)足電力企業(yè)和電力用戶(hù)之間的可視化交互溝通。

3.5 需方響應技術(shù)

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

通過(guò)用戶(hù)改變自己的用電方式主動(dòng)參與市場(chǎng)競爭，獲得相應的經(jīng)濟利益，而不象以前那樣被動(dòng)地按所定價(jià)格行事。

電力企業(yè)基于負荷特征召喚用戶(hù)接入或退出分布式電源，制定有客戶(hù)參與需方響應的補償結算機制。

用戶(hù)可得到連續即時(shí)的計量信息，負荷信息。用戶(hù)可得到獲得連續即時(shí)的電價(jià)信息

對參與市場(chǎng)的用戶(hù)提供實(shí)時(shí)電價(jià)，并實(shí)現同實(shí)時(shí)電價(jià)相結合的自動(dòng)負荷控制。

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

為系統調度、規劃和運行提供精確的系統負荷信息，在新一代的智能設備和高級服務(wù)之間實(shí)現信息共享。

4 智能用電未來(lái)技術(shù)展望

未來(lái)的智能電表將實(shí)現模塊化，使電表更換更加方便，并安全可靠；電表功能多樣化。通過(guò)多功能控制器可實(shí)現智能控制，如可在電費便宜時(shí)段控制洗衣機和空調的開(kāi)啟；可實(shí)現用戶(hù)計算機控制，可控制電表的一些功能，對家中電器進(jìn)行管理。

用戶(hù)側儲能技術(shù)也是智能用電發(fā)展的重要內容。通過(guò)召喚用戶(hù)在電力負荷低谷時(shí)段存儲電能，在負荷高峰時(shí)釋放電能，有效調節電力負荷的波動(dòng)，提高負荷利用率。用戶(hù)的儲能設備包括超級儲能電池，超級儲能線(xiàn)圈等。

智能用電中同步測量技術(shù)也可能會(huì )大量應用。通過(guò)應用同步測量技術(shù)，可以更好地分析、監測、控制微電網(wǎng)的穩定問(wèn)題，接入大電網(wǎng)的擾動(dòng)問(wèn)題，防止事故的蔓延。

電力線(xiàn)高速通信也是對未來(lái)智能電網(wǎng)影響深遠的關(guān)鍵技術(shù)。傳統的電力線(xiàn)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的發(fā)展。相信未來(lái)的電力線(xiàn)通信技術(shù)一定能夠找到新的調制解調方式，實(shí)現高速、可靠通信。

5 結束語(yǔ)

本文就國內外智能用電新技術(shù)進(jìn)行了探討，并對智能用電建設的技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行了設想。最后對智能用電未來(lái)技術(shù)進(jìn)行了展望。

智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢不可逆轉，新技術(shù)的研究和應用必將為智能電網(wǎng)建設注入強勁的動(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，中國的堅強智能電網(wǎng)一定能夠實(shí)現跨越式發(fā)展