智能用電新技術

摘要：通過分析當前用電系統的現狀，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、優化是智能電網的重要特征。建設智能電網不僅僅是傳統電網和特定系統的升級和改造，而且需要實現需方響應，系統和用戶的雙向互動。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、節能環保，電能質量管理產生深遠的影響。

1 用電系統的現狀

由于過去的電網建設一直是“重發輸電，輕配用電”。因此用電系統建設相對比較薄弱，自動化、信息化程度不高。用電系統實用化程度不高，無法對用電系統進行信息化、自動化、標準化管理，更談不上實現電力企業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場管理終端和低壓集中抄表系統一系列標準和技術規范。在應用方面，江蘇、浙江等省在低壓用戶集中抄表系統方面做出一定的探索。在大用戶、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的建設經驗，也為實現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、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，持續提升、深化完善”的科學發展觀。因此智能用電的發展既要立足于目前發展期的現實，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，以基于現實和發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、測試數據，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和到有條件的小區和居民家中，滿足用電數據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、數據、視頻的傳輸。

• 在條件不具備的地區，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間，可對月度電能數據，當日整點數據及有特定要求的數據進行快速凍結；

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

• 具備抄收和存儲智能燃氣表，智能水表的功能，具備自動管理、自動抄收氣表和水表的功能；具備對居民家居參數的采集，實現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。實現用戶側電能量、負荷數據采集，用電設備數據采集及在線診斷，支持實時數據的遠傳。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，終端定時凍結日、月、抄表日用戶負荷數據，以及終端設備運行工況，生成用電負荷曲線。

• 根據主站下發的控制定值，實時監測用戶用電情況，自動執行本地功率閉環控制、本地電量閉環控制，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，引導用戶合理有序用電。

• 進行變壓器、開關、電源分配箱等設備數據的采集，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據(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，可裝置級在線分析用電異常情況。

• 電能質量的實時監測和預警，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，統計和曲線的存儲。

• 基于IPV6技術下的終端設備的管理，實現采集終端與主站、電能表及終端之間數據的無縫傳輸。

• 實現用戶定制模式下的個性化數據采集。

• 能夠實現廠礦、企業、家庭電器工作參數、環境參數等多種數據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。是電力企業提供人性化管理，聯接客戶的橋梁。

基于網絡化、人機交互，融合業務與功能的原則，憑借用電信息采集系統的網絡平臺，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下發的各類信息。

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、歷史數據統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。

供電局可根據剩余電量情況對居民發送停電通知、繳費通知以及電價政策宣傳等。

欠費、違約金提醒，家中購電，社區信息發布。

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測，及時發現客戶受電裝置隱患，以“隱患整改通知書”等書面形式通知客戶，履行告知義務，避免出現安全事故，減少企業不必要的經濟損失。

終端具備可視化功能，滿足電力企業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發布用電信息，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。

用戶可得到連續即時的計量信息，負荷信息。用戶可得到獲得連續即時的電價信息

對參與市場的用戶提供實時電價，并實現同實時電價相結合的自動負荷控制。

編制和發布有序用電方案，遠程監視電能質量與實施電壓控制，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之間實現信息共享。

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、監測、控制微電網的穩定問題，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的發展。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。緊跟先進技術的發展腳步，積極進行科學創新，中國的堅強智能電網一定能夠實現跨越式發展