智能用電終端技術研究與探討

摘要：論文首先對智能電網及智能用電相關技術做了簡要分析，指出現有用電終端所存在的問題和不足之處，提出利用智能用電終端技術解決現有終端的技術缺陷問題；其次，提出了智能終端的定義，將其按功能及應用范疇進行了分類，并對智能用電終端在智能電網中的作用及意義做了詳細的闡述分析；再次，從實際應用的角度出發，對智能終端進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的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：智能用電，終端，智能電網

0 引言

隨著智能電網技術的發展以及越來越多的業界專家和研究機構對智能電網研究的高度關注及高投入，建設智能電網，增強電網運行的可靠性，提高供電服務質量已被眾多國家和地區提上議程或納入發展計劃。我國智能電網的研究起步較晚甚至剛剛起步，雖然國家電網公司組織開展的大電網安全關鍵技術研究、數字化電網關鍵技術研究、電力電子關鍵技術、特高壓同步電網安全穩定運行關鍵技術研究等相關研究實踐及“SG186”工程、電力通信建設、用戶用電信息采集系統等都為建設我國智能電網奠定了堅實的基礎，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，但是全面推進智能電網建設依然存在傳統的設備無法滿足智能電網自動化及智能化需求的問題。一方面，現有的電能表只能記錄家庭用戶所消耗的電能，電能表本身也不具備網絡功能，由于缺乏互動手段，不能夠實時接收電網實時電價等信息，根據預定策略控制相應電器設備投切等，無法實現信息查詢、網絡購電、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，用戶只能通過顯示器按照固定的格式讀取終端的用電信息，客戶只能被動接收電網公司的信息，而無法主動參與移峰或讓峰等用電活動。

未來的智能終端不僅具備現有設備的功能，還將實現與客戶、客戶智能家居設備的信息交互，滿足需求側管理、用電信息查詢、網絡購電、家居節電管理等增值性服務的需求。

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、電能質量監測、用戶側分布式電源監控等功能。智能終端透過傳感器與其他店里設備相連接，形成緊密完整的用電網絡，并對信息加以整合分析，合理配置電力資源，實現市場響應迅速、計量公正準確、數據實時采集、收費方式多樣、服務高效便捷，構建智能電網與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系從而達到降低用戶用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。

1.2智能終端設備分類

智能用電終端按照功能及應用場合不同，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充放電接入終端五大類。

1）用電信息采集終端

用電信息采集終端主要負責對用戶的用電信息進行實時采集、處理和監控，實現電力用戶的全覆蓋和用電信息的全采集，全面支持費控管理，是智能電網用電環節的重要基礎和用戶用電信息的重要來源，為“SG186”信息系統提供及時、完整、準確地基礎數據，為智能用電服務技術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：專變采集終端、抄表集中器、抄表采集器、電能表，該類終端能實現的功能主要包括：數據采集、數據管理、終端管理、檔案管理、控制、自動抄表、任務執行、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

智能交互終端實現小區、樓宇用電信息管理、能效管理、實時負荷和異常用電分析、自動抄表和社區增值服務。其中，自動抄表可以實現水、電、氣抄表集中自動采集，用電分時計價，監測用電負荷，監視異常用電、預防故障和及時復電等功能；社區增值服務實現電力網、通訊網、有線電視網、互聯網“四網合一”，可提供影視點播、信息公告、物業管理等服務。

3）智能家居交互終端

智能家居交互終端，是實現智能家居用電服務的終端。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，可以視電網不同時段電價情況或客戶自行需要，本地與遠程控制家用電器，并自動跟蹤電網電壓，視電網電壓情況，自動調整電壓，促進科學合理用電。

4）能源接入終端

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

5）汽車充放電接入終端

利用汽車充放電接入終端，對于城鎮主要干道、商業區等大型電動汽車充放電站（類似目前加油站、加氣站），優化制定充放電策略，合理控制充放電時間，實現快速充放電、整組電池更換以及雙向計量、計費等功能，同時可考慮電池檢測、電池維護等擴展功能，并滿足客戶自助充放電需求。

對于居民區、商廈、停車場和政府大樓等區域小型電動汽車充放電站，通過汽車充放電接入終端實現即插即用式、隨時隨地的便捷充放電。充電機可接收來自電力企業的電價等信息，自動避開高峰時間充電。

1.3 智能用電終端在智能電網作用

智能用電終端，作為售電側和用戶側的主要交互平臺，是電網信息發布、客戶數據采集、信息上送的主要媒介，是社會公眾感知電網智能化服務的關鍵所在。

智能用電終端集成了多個信息及功能模塊，通過跨平臺的數據/信息管理，實現更多、更高級的應用。比如：通過削峰填谷，通過有效轉移負荷，合理分配電力資源，滿足電網公司調節用電負荷曲線，而不是單純增加基建投資；通過全網的無功/電壓管理，降低線損；通過供需互動結合分時電價，引導客戶消費，滿足家庭用戶節電，降低費用；通過增值服務將氣象、分布式能源、小區信息發布、在線繳費等聯系起來，提高服務質量，滿足家庭用戶網上查詢水電氣消費，并為網絡支付提供數據；通過實時負荷預測，充分提高現有發電機組的平均小時利用率，而不是單純增加新機組以滿足無計劃的峰值需求，達到合理規劃節能減排的目的；提升電網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，保證電網安全穩定運行。因此，研究智能用電終端技術具有深刻的理論意義和重要的現實意義。

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足電能計量的要求，還能對智能家電、其他能源計量器具進行數據采集。此外，智能用電終端還能通過供需雙方的交流互動實現信息查詢、網絡購電、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、智能用電樓宇的實現，需要智能用電終端為其提供信息雙向互動及需求側管理支持。這里的信息雙向互動，是指電網與家庭之間的雙向信息交互需求。一方面，電網從家庭獲取實時電量、最大功率、負荷種類、可轉移負荷等用電信息，同時，電網從家庭獲取購電信息、建議投訴、定制方案等的客戶需求信息；另一方面，家庭需要從電網獲取電費、電價、參與移峰的政策獎勵以及可選的優化用電方案等信息。此外，利用智能用電終端實現智能發布電網實時信息、自動接收用戶響應、自動撮合交易、最優決策、響應結果自動監測、自動結算，等功能。在能源使用高峰期，公用事業公司發送電子消息給消費者，提醒他們關閉非必要設備（或降低其用電量）以降低能耗，或者將提醒信息自動發送給設備，無需人為操作，真正實現小區、樓宇用電智能化。

3） 智能家居用電服務系統；（電網友好型智能家居）

智能家居的概念在5，6年前引入中國，主要著眼點是構建一個系統使得人們能夠更方便的對家用電器進行控制。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、電動窗簾、防盜報警器、自動門煙霧探測器、有害氣體檢測裝置、溫度和濕度控制器、風量調節器、各種手動的開關和遙控器等;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；同時還可以實現對它們的控制和監測;c) 通過對外的接口，實現遠程控制和信息交換，如：電話線、有線電視電纜、市電電源線、雙絞線和無線通訊方式等。智能家居用電服務功能的實現，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，實現家居設備與上層管理者之間的對話。

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，能實時 、準確的計量用戶的耗電量，并通過合適的通信媒介（光纖、RS-485、GPRS、INTERNET、230M專網、電力線載波，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 ，為用戶及時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，能依照設定的時間和參數及時采集各個用電設備的運行數據，并進行相應的存儲、運算和上報。一方面，當用電設備插入用電插座，則該設備類型、設備的功率以及其它與該類型設備有關的信息（如空調的溫度設定，電飯鍋啟動時間和工作時間等）等信息將傳遞到電力公司，為其制定分時電價等用電激勵政策、有效實施用電需求側管理提供數據支持；另一方面，用戶也能掌握家庭用電設備的耗電情況，根據自身實際情況設定科學合理的用電計劃，并根據用電計劃以及設備的重要性對其進行啟停控制，從而實現“節約電能”和“節約電費”雙贏的目的。

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) 當前及實時數據處理：時鐘、功率數據、電量數據、狀態事件、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、互動的交流。一方面，是人和電力提供者的互動，居民通過智能控制面板將購電信息、歷史用電信息查詢請求等信息發送給電力提供者；另一方面，電力提供者也通過智能控制面板的顯示界面將系統信息或用戶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的用電規律，對需求和供應有一個更好的平衡。

5）控制功能

智能終端應具備控制功能，能根據用戶預先設定的時間及參數自動控制用電設備的啟停，實現靈活多變、與時俱進的用電模式，更加合理、科學的管理家庭能源。

6）顯示功能

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

7）電費核算功能

依據客戶用電業務變更、用電負荷運行、電價等信息和計費規則，自動核算電費，自動分析客戶用電量變化情況，生成異常情況提示，并動態跟蹤和統計分析異常核對情況。

8）電費回收風險自動監控功能

依據客戶任一時段的實際用電量、電價和計費規則自動計算客戶實際發生電費，實時監測客戶電費帳戶余額，自動生成客戶交費提示，對客戶電費資金在途及交納情況實施動態監控；自動進行電費回收風險評價，判斷風險等級，自動發布電費回收風險預警信息；通過客戶用電信用與社會信用的信息交互與共享，動態評價客戶綜合信用等級。

9）電力市場分析與預測功能

自動進行市場細分和電力銷售信息的歸類整合，自動完成購、售電市場分析與預測信息處理，輔助完成市場分析預測報告和市場營銷策略建議，為電力電量平衡、電網規劃與建設、市場培育與開發提供重要依據。

10）營銷服務質量在線稽查與實時監控功能

對電力營銷及用電服務質量實施全過程在線監測，對業務處理、流程執行、工作時限、工作效果進行實時評價、分析，自動生成稽查報告，并對歷史稽查情況和整改記錄實施動態跟蹤。

11）智能分析決策功能

對各類供用電數據信息進行自動統計、歸類、查詢和分析，對各項營銷及用電服務指標進行自動比對、分析和預測，自動生成營銷策略和指標提升建議，為公司經營管理提供決策依據，為國家電力能源政策、電價政策、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展望

隨著電子技術、計算機技術及電力系統自動化技術等相關技術的飛速發展，智能用電終端技術也將迎來巨大的飛躍，未來的智能用電終端將朝著自動化、智能化和多元化的方向不斷進步。具體表現在以下幾個方面：

1）為客戶提供靈活的信息定制

客戶可根據各自需求，通過多種方式，靈活選擇定制供用電狀況、電價電費、能效分析、社會新聞等信息套餐，由電網通過短信、網絡、電話、郵件、傳真、智能設備等方式，實時向客戶提供定制信息；根據供電服務的要求，及時向客戶提供電網供需、停復電、用電價格等基礎信息。

2）為客戶提供多渠道的自助服務

為客戶提供信息發布、信息查詢、故障報修、業擴報裝、在線費用結算、能效評價、用能策略制定、電動汽車充放電預約等服務。運用實體營業廳，為客戶提供自助繳費、觸摸查詢、智能家居體驗等服務。

3）實現客戶故障自動診斷與處理

自動判斷故障范圍和停電設備產權，及時告知客戶故障情況，提供自動尋找替代供電線路、啟動自備應急電源等應急供電服務。實時定位搶修車輛，優化搶修派工，提供快速搶修服務。

4）為客戶提供電費雙向自動結算服務

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

5）實現分布式能源及儲能元件的接入

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

5 結語

智能用電，依托堅強電網和現代管理理念，利用高級量測、高效控制、高速通信、快速儲能等技術，實現市場響應迅速、計量公正準確、數據實時采集、收費方式多樣、服務高效便捷，構建智能電網與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系。智能用電終端，作為智能電網的神經節點，透過傳感器與其他電力設備相連接，形成緊密完整的用電網絡，并對信息加以整合分析，實現電力資源的最佳配置，達到降低用戶用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。論文對智能用電相關技術做了分析研究和探討，為全面推進智能電網建設技工必要的基礎理論支持和關鍵設備研發技術儲備，對建設中國特色的智能電網具有深刻的理論意義和重要的現實意義。