智能用電新技術

摘要：通過分析當前用電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設想了智能用電建設的技術路線。對智能用電下的高速通信、智能電表、智能采集、交互終端、需方響應等新技術進行了探討，展望了未來更多先進技術在智能用電中的應用。

關鍵詞：智能電網；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、經濟、集成、優(yōu)化是智能電網的重要特征。建設智能電網不僅僅是傳統(tǒng)電網和特定系統(tǒng)的升級和改造，而且需要實現(xiàn)需方響應，系統(tǒng)和用戶的雙向互動。因此需要先進的傳感通信技術、高級量測技術、分析和輔助決策技術、可視化技術等作為保證。

智能用電是中國堅強智能電網的重要組成部分。智能用電和電力用戶關系最為緊密，智能用電建設的好壞直接關系到電網的能源使用效率，經濟運行和有序用電。對電網建設、節(jié)能環(huán)保，電能質量管理產生深遠的影響。

1 用電系統(tǒng)的現(xiàn)狀

由于過去的電網建設一直是“重發(fā)輸電，輕配用電”。因此用電系統(tǒng)建設相對比較薄弱，自動化、信息化程度不高。用電系統(tǒng)實用化程度不高，無法對用電系統(tǒng)進行信息化、自動化、標準化管理，更談不上實現(xiàn)電力企業(yè)和電力用戶的雙向信息交互，無法滿足智能用電對需方響應的要求。

從20世紀90年代中期起，國家電網公司旗下的網省公司開始對用電系統(tǒng)的標準化、自動化建設進行了有益的探索。在標準化建設方面，浙江、黑龍江等省相繼出臺了關于現(xiàn)場管理終端和低壓集中抄表系統(tǒng)一系列標準和技術規(guī)范。在應用方面，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、臺區(qū)抄表中大量使用的負荷管理終端和配變監(jiān)測終端，由于采用了GPRS公網通信、230M無線或光纖等方式，得到了廣泛的應用，積累了豐富的運行經驗，取得了良好的經濟效果。同時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)的建設經驗，也為實現(xiàn)智能用電的建設打下了堅實的基礎。

2 智能用電建設技術路線

我國智能用電的建設將是一個持續(xù)、漸進、豐富和完善的過程。在智能用電技術研究的整體思路上必須遵循“明確目標，滾動修正，持續(xù)提升、深化完善”的科學發(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，又要兼顧未來成熟期的前景；既要滿足近期需要，又要適應未來發(fā)展。

首先，智能用電技術的研究應該采取“產、學、研”結合的方式，集中攻關。積極吸收國外先進技術，集中展開科研攻關，解決智能用電面臨的關鍵技術難題。

其次，智能用電體系及框架研究按照高標準、高起點、嚴要求的原則。全面科學評估國際國內先進的標準化技術體系和最佳實踐效果，以基于現(xiàn)實和發(fā)展的眼光構建高標準的智能用電體系架構。同時智能用電應著眼于未來，兼顧現(xiàn)實的原則，高起點開展關鍵性技術研究。在智能用電新技術研究過程中，應嚴格設計標準、設計方案、設計過程、試點項目、測試數(shù)據(jù)，客觀真實的總結新技術的應用情況。

最后，堅持理論研究和實踐相結合的原則。依托網省公司實施示范性工程。為新技術在智能用電的應用提供技術支持和技術儲備。對示范性項目做好科學評估，總結試點經驗和教訓，做好合理整改。智能用電堅持按區(qū)域特點分階段逐步推廣，逐步總結，逐步調整，逐步完善。

3 智能用電下的新技術

智能用電技術涵蓋了高速實時通信、智能電表、智能采集、雙向交互和需方響應等多方面的技術，是計算機應用技術、現(xiàn)代通信技術、高級量測技術、控制理論和圖形可視化等學科交叉的技術集群。

3.1 高速通信技術

高速實時通信技術是支撐智能電網的關鍵技術，對于智能用電也不例外。其主要特征如下：

• 骨干、大容量光纖通信網絡到臺區(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。

• 基于廣域同步時鐘（如IEEE 1588）對時功能，確保重要節(jié)點負荷、功率等采集量在同一時間斷面上。

• 抗干擾能力強的無線通信技術和無線組網技術，應用包括Zigbee在內的微功率無線通信方式。

• 公網通信（包括3G在內的新一代公網通信方式），基于語音、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償。

• 信息安全加密。

3.2 智能電表技術

• 智能電能表應滿足分布式電源雙向供電模式下，雙向獨立計量；

• 具備動態(tài)浮動電價的快速響應，快速切換、電價實時結算等功能；

• 具備用于存儲雙向計量電度獨立的存儲區(qū)間，可對月度電能數(shù)據(jù)，當日整點數(shù)據(jù)及有特定要求的數(shù)據(jù)進行快速凍結；

• 用電異常事件記錄功能；對雙向的需量數(shù)據(jù)進行計算，最大需量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和保存；負荷曲線數(shù)據(jù)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，具備自動管理、自動抄收氣表和水表的功能；具備對居民家居參數(shù)的采集，實現(xiàn)對智能家居電器的有序，合理化和最經濟用電管理；

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

• 可對自身硬件運行狀況進行自診斷，自評估和自修復。

3.3 智能采集技術

智能采集終端對大用戶專變、公變和低壓居民用戶用電信息進行自動采集。實現(xiàn)用戶側電能量、負荷數(shù)據(jù)采集，用電設備數(shù)據(jù)采集及在線診斷，支持實時數(shù)據(jù)的遠傳。其主要特征如下：

• 實時采集電力用戶側電能量信息，并計算出實時負荷、整點電量、月累計電量、已購電費（電量）、剩余電費（電量）等用電數(shù)據(jù)以及計量工況。

• 根據(jù)主站設置的超限定值，對采集的用電信息進行統(tǒng)計、分析，判斷數(shù)據(jù)是否超限，并根據(jù)統(tǒng)計結果生成相應的事件記錄。

• 根據(jù)主站設置，終端定時凍結日、月、抄表日用戶負荷數(shù)據(jù)，以及終端設備運行工況，生成用電負荷曲線。

• 根據(jù)主站下發(fā)的控制定值，實時監(jiān)測用戶用電情況，自動執(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、催費告警、控制解除等控制命令，引導用戶合理有序用電。

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

• 采集更多的電網實時運行數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率等)，從而掌握更加詳細的用戶負荷情況，加強需求側管理，為電網規(guī)劃和擴容提供決策支持數(shù)據(jù)。

• 采集終端間支持快速通信，可裝置級在線分析用電異常情況。

• 電能質量的實時監(jiān)測和預警，必要時提供無功補償和諧波治理方案。

• 支持裝置級的線損和變損分析，統(tǒng)計和曲線的存儲。

• 基于IPV6技術下的終端設備的管理，實現(xiàn)采集終端與主站、電能表及終端之間數(shù)據(jù)的無縫傳輸。

• 實現(xiàn)用戶定制模式下的個性化數(shù)據(jù)采集。

• 能夠實現(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)的定時采集和召喚采集。

• 可進行用電效能分析，為客戶提供經濟、安全的電能。

3.4 交互終端技術

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。是電力企業(yè)提供人性化管理，聯(lián)接客戶的橋梁。

基于網絡化、人機交互，融合業(yè)務與功能的原則，憑借用電信息采集系統(tǒng)的網絡平臺，直接向用戶顯示用電信息、用電方式、告警信息以及電價政策等相關內容。

對于居民用戶，將用電信息采集系統(tǒng)通信網絡向用戶家庭延伸，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關，通過電力載波通道，自動監(jiān)測自家的電能表，提供實時用電信息，也可以接收用戶用電信息采集系統(tǒng)下發(fā)的各類信息。

用戶還可以通過簡單操作，主動查詢歷史用電記錄、歷史交費記錄、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖形等其他信息服務。

居民及大專變用戶可及時獲得用電量、電價、預付電費、剩余電費等信息。

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

欠費、違約金提醒，家中購電，社區(qū)信息發(fā)布。

查詢功能，用戶通過各類終端設備（手機、網絡等）進行用電信息的查詢。

對用戶用電設備的監(jiān)測，及時發(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，避免出現(xiàn)安全事故，減少企業(yè)不必要的經濟損失。

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 需方響應技術

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

通過用戶改變自己的用電方式主動參與市場競爭，獲得相應的經濟利益，而不象以前那樣被動地按所定價格行事。

電力企業(yè)基于負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的補償結算機制。

用戶可得到連續(xù)即時的計量信息，負荷信息。用戶可得到獲得連續(xù)即時的電價信息

對參與市場的用戶提供實時電價，并實現(xiàn)同實時電價相結合的自動負荷控制。

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

為系統(tǒng)調度、規(guī)劃和運行提供精確的系統(tǒng)負荷信息，在新一代的智能設備和高級服務之間實現(xiàn)信息共享。

4 智能用電未來技術展望

未來的智能電表將實現(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現(xiàn)智能控制，如可在電費便宜時段控制洗衣機和空調的開啟；可實現(xiàn)用戶計算機控制，可控制電表的一些功能，對家中電器進行管理。

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

智能用電中同步測量技術也可能會大量應用。通過應用同步測量技術，可以更好地分析、監(jiān)測、控制微電網的穩(wěn)定問題，接入大電網的擾動問題，防止事故的蔓延。

電力線高速通信也是對未來智能電網影響深遠的關鍵技術。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一定能夠找到新的調制解調方式，實現(xiàn)高速、可靠通信。

5 結束語

本文就國內外智能用電新技術進行了探討，并對智能用電建設的技術路線進行了設想。最后對智能用電未來技術進行了展望。

智能電網發(fā)展的趨勢不可逆轉，新技術的研究和應用必將為智能電網建設注入強勁的動力。緊跟先進技術的發(fā)展腳步，積極進行科學創(chuàng)新，中國的堅強智能電網一定能夠實現(xiàn)跨越式發(fā)展