智能用電終端技術(shù)研究與探討

摘要：論文首先對智能電網(wǎng)及智能用電相關(guān)技術(shù)做了簡(jiǎn)要分析，指出現有用電終端所存在的問(wèn)題和不足之處，提出利用智能用電終端技術(shù)解決現有終端的技術(shù)缺陷問(wèn)題；其次，提出了智能終端的定義，將其按功能及應用范疇進(jìn)行了分類(lèi)，并對智能用電終端在智能電網(wǎng)中的作用及意義做了詳細的闡述分析；再次，從實(shí)際應用的角度出發(fā)，對智能終端進(jìn)行了需求分析并設計了智能用電終端的功能；最后，對智能用電終端技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能用電，終端，智能電網(wǎng)

0 引言

隨著(zhù)智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及越來(lái)越多的業(yè)界專(zhuān)家和研究機構對智能電網(wǎng)研究的高度關(guān)注及高投入，建設智能電網(wǎng)，增強電網(wǎng)運行的可靠性，提高供電服務(wù)質(zhì)量已被眾多國家和地區提上議程或納入發(fā)展計劃。我國智能電網(wǎng)的研究起步較晚甚至剛剛起步，雖然國家電網(wǎng)公司組織開(kāi)展的大電網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究、數字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究、電力電子關(guān)鍵技術(shù)、特高壓同步電網(wǎng)安全穩定運行關(guān)鍵技術(shù)研究等相關(guān)研究實(shí)踐及“SG186”工程、電力通信建設、用戶(hù)用電信息采集系統等都為建設我國智能電網(wǎng)奠定了堅實(shí)的基礎，我國在電能計量裝置的研究應用方面一定程度上也體現了智能化，但是全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設依然存在傳統的設備無(wú)法滿(mǎn)足智能電網(wǎng)自動(dòng)化及智能化需求的問(wèn)題。一方面，現有的電能表只能記錄家庭用戶(hù)所消耗的電能，電能表本身也不具備網(wǎng)絡(luò )功能，由于缺乏互動(dòng)手段，不能夠實(shí)時(shí)接收電網(wǎng)實(shí)時(shí)電價(jià)等信息，根據預定策略控制相應電器設備投切等，無(wú)法實(shí)現信息查詢(xún)、網(wǎng)絡(luò )購電、節電管理等功能。另一方面，現有的用電采集終端具備基本的數據采集、處理、存儲和控制功能，用戶(hù)只能通過(guò)顯示器按照固定的格式讀取終端的用電信息，客戶(hù)只能被動(dòng)接收電網(wǎng)公司的信息，而無(wú)法主動(dòng)參與移峰或讓峰等用電活動(dòng)。

未來(lái)的智能終端不僅具備現有設備的功能，還將實(shí)現與客戶(hù)、客戶(hù)智能家居設備的信息交互，滿(mǎn)足需求側管理、用電信息查詢(xún)、網(wǎng)絡(luò )購電、家居節電管理等增值性服務(wù)的需求。

1智能用電終端綜述

1.1智能終端定義

智能電表與智能交互終端是應用于用戶(hù)側的智能電子裝置，具有電能計量、遠方控制、雙向通信、遠程抄表、事件報警、用電信息及參數顯示、電能質(zhì)量監測、用戶(hù)側分布式電源監控等功能。智能終端透過(guò)傳感器與其他店里設備相連接，形成緊密完整的用電網(wǎng)絡(luò )，并對信息加以整合分析，合理配置電力資源，實(shí)現市場(chǎng)響應迅速、計量公正準確、數據實(shí)時(shí)采集、收費方式多樣、服務(wù)高效便捷，構建智能電網(wǎng)與電力用戶(hù)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互動(dòng)的新型供用電關(guān)系從而達到降低用戶(hù)用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。

1.2智能終端設備分類(lèi)

智能用電終端按照功能及應用場(chǎng)合不同，可以分為：用電信息采集終端、智能交互終端、智能家居交互終端、能源接入終端及汽車(chē)充放電接入終端五大類(lèi)。

1）用電信息采集終端

用電信息采集終端主要負責對用戶(hù)的用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和監控，實(shí)現電力用戶(hù)的全覆蓋和用電信息的全采集，全面支持費控管理，是智能電網(wǎng)用電環(huán)節的重要基礎和用戶(hù)用電信息的重要來(lái)源，為“SG186”信息系統提供及時(shí)、完整、準確地基礎數據，為智能用電服務(wù)技術(shù)支持平臺提供基礎用電信息數據。

用電信息采集終端主要包括：專(zhuān)變采集終端、抄表集中器、抄表采集器、電能表，該類(lèi)終端能實(shí)現的功能主要包括：數據采集、數據管理、終端管理、檔案管理、控制、自動(dòng)抄表、任務(wù)執行、費控管理、有序用電管理、用電情況統計分析、異常用電分析、電能質(zhì)量數據統計分析、運行維護管理、權限和密碼管理等。

2）智能交互終端

智能交互終端實(shí)現小區、樓宇用電信息管理、能效管理、實(shí)時(shí)負荷和異常用電分析、自動(dòng)抄表和社區增值服務(wù)。其中，自動(dòng)抄表可以實(shí)現水、電、氣抄表集中自動(dòng)采集，用電分時(shí)計價(jià)，監測用電負荷，監視異常用電、預防故障和及時(shí)復電等功能；社區增值服務(wù)實(shí)現電力網(wǎng)、通訊網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“四網(wǎng)合一”，可提供影視點(diǎn)播、信息公告、物業(yè)管理等服務(wù)。

3）智能家居交互終端

智能家居交互終端，是實(shí)現智能家居用電服務(wù)的終端。其功能主要包括：家庭能源管理、家庭安防、家庭繳費管理及智能家電控制等。其中，智能家電控制，可以視電網(wǎng)不同時(shí)段電價(jià)情況或客戶(hù)自行需要，本地與遠程控制家用電器，并自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)電壓，視電網(wǎng)電壓情況，自動(dòng)調整電壓，促進(jìn)科學(xué)合理用電。

4）能源接入終端

能源接入終端用于實(shí)現分布式能源接入。通過(guò)分布式能源接入終端，一方面可以實(shí)現分布式能源的 “即插即用”、遠程監視控制、雙向計量和結算；另一方面，實(shí)現實(shí)時(shí)分析預測分布式電源發(fā)電情況，自動(dòng)發(fā)布分布式電源運行狀態(tài)信息。此外，將能源接入終端配合分散式儲能裝置，優(yōu)化控制分布式電源接入系統，實(shí)現根據電網(wǎng)潮流變化情況及區域負荷平衡情況，自動(dòng)接入和退出分布式電源；最大限度平抑間歇性發(fā)電對配電網(wǎng)的擾動(dòng)。

5）汽車(chē)充放電接入終端

利用汽車(chē)充放電接入終端，對于城鎮主要干道、商業(yè)區等大型電動(dòng)汽車(chē)充放電站（類(lèi)似目前加油站、加氣站），優(yōu)化制定充放電策略，合理控制充放電時(shí)間，實(shí)現快速充放電、整組電池更換以及雙向計量、計費等功能，同時(shí)可考慮電池檢測、電池維護等擴展功能，并滿(mǎn)足客戶(hù)自助充放電需求。

對于居民區、商廈、停車(chē)場(chǎng)和政府大樓等區域小型電動(dòng)汽車(chē)充放電站，通過(guò)汽車(chē)充放電接入終端實(shí)現即插即用式、隨時(shí)隨地的便捷充放電。充電機可接收來(lái)自電力企業(yè)的電價(jià)等信息，自動(dòng)避開(kāi)高峰時(shí)間充電。

1.3 智能用電終端在智能電網(wǎng)作用

智能用電終端，作為售電側和用戶(hù)側的主要交互平臺，是電網(wǎng)信息發(fā)布、客戶(hù)數據采集、信息上送的主要媒介，是社會(huì )公眾感知電網(wǎng)智能化服務(wù)的關(guān)鍵所在。

智能用電終端集成了多個(gè)信息及功能模塊，通過(guò)跨平臺的數據/信息管理，實(shí)現更多、更高級的應用。比如：通過(guò)削峰填谷，通過(guò)有效轉移負荷，合理分配電力資源，滿(mǎn)足電網(wǎng)公司調節用電負荷曲線(xiàn)，而不是單純增加基建投資；通過(guò)全網(wǎng)的無(wú)功/電壓管理，降低線(xiàn)損；通過(guò)供需互動(dòng)結合分時(shí)電價(jià)，引導客戶(hù)消費，滿(mǎn)足家庭用戶(hù)節電，降低費用；通過(guò)增值服務(wù)將氣象、分布式能源、小區信息發(fā)布、在線(xiàn)繳費等聯(lián)系起來(lái)，提高服務(wù)質(zhì)量，滿(mǎn)足家庭用戶(hù)網(wǎng)上查詢(xún)水電氣消費，并為網(wǎng)絡(luò )支付提供數據；通過(guò)實(shí)時(shí)負荷預測，充分提高現有發(fā)電機組的平均小時(shí)利用率，而不是單純增加新機組以滿(mǎn)足無(wú)計劃的峰值需求，達到合理規劃節能減排的目的；提升電網(wǎng)自身的危機處理能力，使之具備故障預警，快速判斷，自行恢復等“自愈”功能，保證電網(wǎng)安全穩定運行。因此，研究智能用電終端技術(shù)具有深刻的理論意義和重要的現實(shí)意義。

2 智能用電終端的需求分析

1）用電信息采集系統

與傳統的僅能記錄用戶(hù)耗電量的終端（如：電能表、用電采集終端）不同，智能用電終端除了滿(mǎn)足電能計量的要求，還能對智能家電、其他能源計量器具進(jìn)行數據采集。此外，智能用電終端還能通過(guò)供需雙方的交流互動(dòng)實(shí)現信息查詢(xún)、網(wǎng)絡(luò )購電、節電管理等功能。

2）智能用電小區、智能用電樓宇；

智能用電小區、智能用電樓宇的實(shí)現，需要智能用電終端為其提供信息雙向互動(dòng)及需求側管理支持。這里的信息雙向互動(dòng)，是指電網(wǎng)與家庭之間的雙向信息交互需求。一方面，電網(wǎng)從家庭獲取實(shí)時(shí)電量、最大功率、負荷種類(lèi)、可轉移負荷等用電信息，同時(shí)，電網(wǎng)從家庭獲取購電信息、建議投訴、定制方案等的客戶(hù)需求信息；另一方面，家庭需要從電網(wǎng)獲取電費、電價(jià)、參與移峰的政策獎勵以及可選的優(yōu)化用電方案等信息。此外，利用智能用電終端實(shí)現智能發(fā)布電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息、自動(dòng)接收用戶(hù)響應、自動(dòng)撮合交易、最優(yōu)決策、響應結果自動(dòng)監測、自動(dòng)結算，等功能。在能源使用高峰期，公用事業(yè)公司發(fā)送電子消息給消費者，提醒他們關(guān)閉非必要設備（或降低其用電量）以降低能耗，或者將提醒信息自動(dòng)發(fā)送給設備，無(wú)需人為操作，真正實(shí)現小區、樓宇用電智能化。

3） 智能家居用電服務(wù)系統；（電網(wǎng)友好型智能家居）

智能家居的概念在5，6年前引入中國，主要著(zhù)眼點(diǎn)是構建一個(gè)系統使得人們能夠更方便的對家用電器進(jìn)行控制。其主要功能有：a) 可對白色家用電器和其他設備的控制、調節和監測，比如微波爐、洗衣機、燈光、電動(dòng)窗簾、防盜報警器、自動(dòng)門(mén)煙霧探測器、有害氣體檢測裝置、溫度和濕度控制器、風(fēng)量調節器、各種手動(dòng)的開(kāi)關(guān)和遙控器等;b) 溝通黑色家電和其他視頻設備之間以及與外部世界之間的信息通道，其中包括：臺式/手持計算機、電視、錄/攝像機、VCD/DVD和數碼照相機等；同時(shí)還可以實(shí)現對它們的控制和監測;c) 通過(guò)對外的接口，實(shí)現遠程控制和信息交換，如：電話(huà)線(xiàn)、有線(xiàn)電視電纜、市電電源線(xiàn)、雙絞線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊方式等。智能家居用電服務(wù)功能的實(shí)現，則需要智能用電終端為其提供交互界面及基本的控制接口，實(shí)現家居設備與上層管理者之間的對話(huà)。

3 智能用電終端的功能設計

1）用電計量

智能終端應具有用電計量功能，能實(shí)時(shí) 、準確的計量用戶(hù)的耗電量，并通過(guò)合適的通信媒介（光纖、RS-485、GPRS、INTERNET、230M專(zhuān)網(wǎng)、電力線(xiàn)載波，等）將用電數據上送至上層管理機構，為電力公司收取電費提供準確的依據 ，為用戶(hù)及時(shí)掌握自身的用電狀況提供重要保障。

2）信息采集

智能終端應具備信息采集功能，能依照設定的時(shí)間和參數及時(shí)采集各個(gè)用電設備的運行數據，并進(jìn)行相應的存儲、運算和上報。一方面，當用電設備插入用電插座，則該設備類(lèi)型、設備的功率以及其它與該類(lèi)型設備有關(guān)的信息（如空調的溫度設定，電飯鍋啟動(dòng)時(shí)間和工作時(shí)間等）等信息將傳遞到電力公司，為其制定分時(shí)電價(jià)等用電激勵政策、有效實(shí)施用電需求側管理提供數據支持；另一方面，用戶(hù)也能掌握家庭用電設備的耗電情況，根據自身實(shí)際情況設定科學(xué)合理的用電計劃，并根據用電計劃以及設備的重要性對其進(jìn)行啟?？刂?，從而實(shí)現“節約電能”和“節約電費”雙贏(yíng)的目的。

3）數據處理

終端應具備處理所采集的數據信息的功能，具體包括：a) 當前及實(shí)時(shí)數據處理：時(shí)鐘、功率數據、電量數據、狀態(tài)事件、終端參數等；b) 歷史日數據處理：按日統計或計算各種歷史數據并生成記錄表保存；c) 歷史月數據處理：終端將采集的數據在月末零點(diǎn)生成各種歷史月數據并保存。

4）信息交互

智能終端應具備信息交互的功能。這里是指雙方的、互動(dòng)的交流。一方面，是人和電力提供者的互動(dòng)，居民通過(guò)智能控制面板將購電信息、歷史用電信息查詢(xún)請求等信息發(fā)送給電力提供者；另一方面，電力提供者也通過(guò)智能控制面板的顯示界面將系統信息或用戶(hù)請求的其它信息顯示給居民。智能終端能彌補傳統電表信息傳遞的單一化的不足，實(shí)現信息的雙向交流，從而使電力供應機構能精確地知道用戶(hù)的用電規律，對需求和供應有一個(gè)更好的平衡。

5）控制功能

智能終端應具備控制功能，能根據用戶(hù)預先設定的時(shí)間及參數自動(dòng)控制用電設備的啟停，實(shí)現靈活多變、與時(shí)俱進(jìn)的用電模式，更加合理、科學(xué)的管理家庭能源。

6）顯示功能

智能終端應具備信息顯示功能，用戶(hù)可以通過(guò)控制面板上的液晶屏獲取節能建議和實(shí)時(shí)的價(jià)格信息，整合家用電器的使用時(shí)間和頻率，避開(kāi)用電高峰期的高價(jià)格電力，降低電費費用。

7）電費核算功能

依據客戶(hù)用電業(yè)務(wù)變更、用電負荷運行、電價(jià)等信息和計費規則，自動(dòng)核算電費，自動(dòng)分析客戶(hù)用電量變化情況，生成異常情況提示，并動(dòng)態(tài)跟蹤和統計分析異常核對情況。

8）電費回收風(fēng)險自動(dòng)監控功能

依據客戶(hù)任一時(shí)段的實(shí)際用電量、電價(jià)和計費規則自動(dòng)計算客戶(hù)實(shí)際發(fā)生電費，實(shí)時(shí)監測客戶(hù)電費帳戶(hù)余額，自動(dòng)生成客戶(hù)交費提示，對客戶(hù)電費資金在途及交納情況實(shí)施動(dòng)態(tài)監控；自動(dòng)進(jìn)行電費回收風(fēng)險評價(jià)，判斷風(fēng)險等級，自動(dòng)發(fā)布電費回收風(fēng)險預警信息；通過(guò)客戶(hù)用電信用與社會(huì )信用的信息交互與共享，動(dòng)態(tài)評價(jià)客戶(hù)綜合信用等級。

9）電力市場(chǎng)分析與預測功能

自動(dòng)進(jìn)行市場(chǎng)細分和電力銷(xiāo)售信息的歸類(lèi)整合，自動(dòng)完成購、售電市場(chǎng)分析與預測信息處理，輔助完成市場(chǎng)分析預測報告和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)策略建議，為電力電量平衡、電網(wǎng)規劃與建設、市場(chǎng)培育與開(kāi)發(fā)提供重要依據。

10）營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)質(zhì)量在線(xiàn)稽查與實(shí)時(shí)監控功能

對電力營(yíng)銷(xiāo)及用電服務(wù)質(zhì)量實(shí)施全過(guò)程在線(xiàn)監測，對業(yè)務(wù)處理、流程執行、工作時(shí)限、工作效果進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)、分析，自動(dòng)生成稽查報告，并對歷史稽查情況和整改記錄實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤。

11）智能分析決策功能

對各類(lèi)供用電數據信息進(jìn)行自動(dòng)統計、歸類(lèi)、查詢(xún)和分析，對各項營(yíng)銷(xiāo)及用電服務(wù)指標進(jìn)行自動(dòng)比對、分析和預測，自動(dòng)生成營(yíng)銷(xiāo)策略和指標提升建議，為公司經(jīng)營(yíng)管理提供決策依據，為國家電力能源政策、電價(jià)政策、節能減排政策調整提供全面、準確、多角度的決策輔助信息。

4 智能用電終端的技術(shù)展望

隨著(zhù)電子技術(shù)、計算機技術(shù)及電力系統自動(dòng)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能用電終端技術(shù)也將迎來(lái)巨大的飛躍，未來(lái)的智能用電終端將朝著(zhù)自動(dòng)化、智能化和多元化的方向不斷進(jìn)步。具體表現在以下幾個(gè)方面：

1）為客戶(hù)提供靈活的信息定制

客戶(hù)可根據各自需求，通過(guò)多種方式，靈活選擇定制供用電狀況、電價(jià)電費、能效分析、社會(huì )新聞等信息套餐，由電網(wǎng)通過(guò)短信、網(wǎng)絡(luò )、電話(huà)、郵件、傳真、智能設備等方式，實(shí)時(shí)向客戶(hù)提供定制信息；根據供電服務(wù)的要求，及時(shí)向客戶(hù)提供電網(wǎng)供需、停復電、用電價(jià)格等基礎信息。

2）為客戶(hù)提供多渠道的自助服務(wù)

為客戶(hù)提供信息發(fā)布、信息查詢(xún)、故障報修、業(yè)擴報裝、在線(xiàn)費用結算、能效評價(jià)、用能策略制定、電動(dòng)汽車(chē)充放電預約等服務(wù)。運用實(shí)體營(yíng)業(yè)廳，為客戶(hù)提供自助繳費、觸摸查詢(xún)、智能家居體驗等服務(wù)。

3）實(shí)現客戶(hù)故障自動(dòng)診斷與處理

自動(dòng)判斷故障范圍和停電設備產(chǎn)權，及時(shí)告知客戶(hù)故障情況，提供自動(dòng)尋找替代供電線(xiàn)路、啟動(dòng)自備應急電源等應急供電服務(wù)。實(shí)時(shí)定位搶修車(chē)輛，優(yōu)化搶修派工，提供快速搶修服務(wù)。

4）為客戶(hù)提供電費雙向自動(dòng)結算服務(wù)

適應分布式電源、充放電站的需要，在雙向計量的基礎上，實(shí)現不同時(shí)段客戶(hù)與電力供應商之間互供電量、電費的自動(dòng)結算，并自動(dòng)生成帳單信息實(shí)時(shí)傳輸供用雙方。

5）實(shí)現分布式能源及儲能元件的接入

未來(lái)的智能用電終端將提供分布式能源的接口，實(shí)現分布式能源的“即插即用”、遠程監視控制、雙向計量和結算。同時(shí)采取集中儲能、分散儲能、隨器儲能等方式，根據電網(wǎng)需要，自動(dòng)控制儲能裝置的充放電，實(shí)現電能計量設備的信息采集、電能質(zhì)量監測，滿(mǎn)足電網(wǎng)削峰、填谷及移峰填谷的需要。

5 結語(yǔ)

智能用電，依托堅強電網(wǎng)和現代管理理念，利用高級量測、高效控制、高速通信、快速儲能等技術(shù)，實(shí)現市場(chǎng)響應迅速、計量公正準確、數據實(shí)時(shí)采集、收費方式多樣、服務(wù)高效便捷，構建智能電網(wǎng)與電力用戶(hù)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實(shí)時(shí)互動(dòng)的新型供用電關(guān)系。智能用電終端，作為智能電網(wǎng)的神經(jīng)節點(diǎn)，透過(guò)傳感器與其他電力設備相連接，形成緊密完整的用電網(wǎng)絡(luò )，并對信息加以整合分析，實(shí)現電力資源的最佳配置，達到降低用戶(hù)用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。論文對智能用電相關(guān)技術(shù)做了分析研究和探討，為全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設技工必要的基礎理論支持和關(guān)鍵設備研發(fā)技術(shù)儲備，對建設中國特色的智能電網(wǎng)具有深刻的理論意義和重要的現實(shí)意義。