余 昆，徐石明，楊永標(biāo)，黃 莉，吳立杰

（1.河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，南京 211100；2.南京市智能配用電工程技術(shù)研究中心，南京 201100；3.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

分布式發(fā)電、儲(chǔ)能等系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，改變了配電網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)，使其成為有源網(wǎng)絡(luò)。一方面，配用電環(huán)節(jié)的調(diào)控手段更加豐富；另一方面，電力用戶和外部環(huán)境對(duì)配用電的要求更高，因此開(kāi)展智能配用電業(yè)務(wù)、提高配用電環(huán)節(jié)的智能化水平是電網(wǎng)發(fā)展的必然要求。

近年來(lái)，關(guān)于智能配用電相關(guān)的理論和技術(shù)研究已成為配用電領(lǐng)域的熱點(diǎn)。配電環(huán)節(jié)的研究集中在智能調(diào)度［1］、自愈控制［2－4］、分布式電源和電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃［5，6］、電動(dòng)汽車及微電網(wǎng)等運(yùn)行控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化［7，8］，用電環(huán)節(jié)的研究則集中在智能終端、高級(jí)量測(cè)［9］、需求側(cè)響應(yīng)［10］和用戶互動(dòng)［11］等方面。這些研究從不同角度對(duì)智能配用電進(jìn)行了闡述，但未能建立系統(tǒng)的智能配用電業(yè)務(wù)。

本文從分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新興元素接入以及電力用戶的新需求出發(fā)對(duì)智能配用電的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，建立智能配用電業(yè)務(wù)架構(gòu)，為開(kāi)展智能配用電技術(shù)研究和電力公司構(gòu)建智能配用電業(yè)務(wù)提供依據(jù)。

1 智能配用電需求分析

1.1 智能配用電的建設(shè)目標(biāo)

隨著各種分布式電源、電動(dòng)汽車等分散接入到配網(wǎng)和用戶側(cè)，從根本上改變了配電網(wǎng)的物理形態(tài)，配用電環(huán)節(jié)都將出現(xiàn)電源，成為有源網(wǎng)絡(luò)。配用電過(guò)程中的電力能量流發(fā)生了巨大變化，不僅可以由大電網(wǎng)經(jīng)配電網(wǎng)供電給用戶，也可由配電網(wǎng)直接送電給用戶或者用戶自己生產(chǎn)電能并就地消納，甚至用戶側(cè)多余的電能還可在適當(dāng)時(shí)候送入電網(wǎng)獲得經(jīng)濟(jì)效益。分布式電源上網(wǎng)運(yùn)行、電動(dòng)汽車充放電等功能的協(xié)調(diào)依賴于用戶和電網(wǎng)之間建立的信息互動(dòng)渠道，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息互動(dòng)是實(shí)現(xiàn)智能配用電的基礎(chǔ)，需要通過(guò)高級(jí)傳感技術(shù)、量測(cè)技術(shù)、智能終端和智能電表等支撐技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用，用戶可隨時(shí)獲知配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)信息和電價(jià)信息、電力公司可隨時(shí)獲知用戶的用電信息，形成雙向信息互動(dòng)。在雙向電力能量流和雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，為了提高配電和用電的智能化程度，電力公司需要對(duì)配用電業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)上述變化，要求建立跨部門決策業(yè)務(wù)模式?？梢?jiàn)，智能配用電是對(duì)傳統(tǒng)配用電的本質(zhì)改變，可從能量流、信息流、業(yè)務(wù)流3個(gè)方面來(lái)描述，如表1所示。

表1 配用電的發(fā)展變化關(guān)系

同時(shí)，智能配電和用電作為智能電網(wǎng)建設(shè)的兩大環(huán)節(jié)，力求實(shí)現(xiàn)全社會(huì)最優(yōu)，其建設(shè)目標(biāo)可以從電力公司、用戶和社會(huì)三個(gè)角度來(lái)闡述，如圖1所示。

圖1 智能配用電的建設(shè)目標(biāo)

1.2 智能配電的業(yè)務(wù)需求

從各種類型的分布式電源、集中／分散儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車等新元素廣泛接入配電網(wǎng)，上述的智能配用電建設(shè)目標(biāo)，以及國(guó)家電網(wǎng)公司提出的“三集五大”體系建設(shè)需求來(lái)看，對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行、檢修相關(guān)業(yè)務(wù)提出了新的需求，需要建立智能配電業(yè)務(wù)。如圖2所示，在傳統(tǒng)配電業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，分別從相關(guān)業(yè)務(wù)的對(duì)象、智能化和應(yīng)用功能等幾個(gè)方面出發(fā)，建立智能配電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行控制和檢修相關(guān)的業(yè)務(wù)。

圖2 智能配電業(yè)務(wù)需求

太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電，清潔無(wú)污染且不消耗化石能源，但這類發(fā)電受環(huán)境影響大，出力具有間歇性和波動(dòng)性；另外，分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，安裝地點(diǎn)、容量和接入方式，及其與繼電保護(hù)配合不合理等因素可能會(huì)導(dǎo)致供電可靠性降低；分布式電源隨機(jī)接入會(huì)影響配電網(wǎng)的安全性，如果管理和監(jiān)控不到位，還會(huì)給安全檢修、客戶用電安全等帶來(lái)隱患。所以，配電網(wǎng)規(guī)劃中需要考慮對(duì)分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施等對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，由于這些新元素的接入，配電網(wǎng)成為復(fù)雜的有源網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)規(guī)模更加龐大，元件特性更加復(fù)雜，需要加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)控，如果針對(duì)所有對(duì)象安裝測(cè)控裝置則投資巨大。因此，需要基于配電網(wǎng)的可觀性和可控性，兼顧安全可靠性和經(jīng)濟(jì)高效性對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、控制點(diǎn)和二次系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃。配電網(wǎng)需要適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)荷需求，因此，進(jìn)行合理規(guī)劃的前提是開(kāi)展負(fù)荷、分布式電源的功率、電量預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)。

由上述分析可知，智能配電網(wǎng)中含有分布式電源等多種新元素，在運(yùn)行管理過(guò)程中，除了進(jìn)行傳統(tǒng)配電網(wǎng)監(jiān)控外，還需要對(duì)分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施等新元素對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控。新元素的接入為配電網(wǎng)的主動(dòng)控制提供了更多的手段，同時(shí)智能電網(wǎng)建設(shè)要求提高配電網(wǎng)運(yùn)行的智能化水平，因此開(kāi)展配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度和自愈控制、電動(dòng)汽車和中央空調(diào)等負(fù)荷的調(diào)度工作是重要的智能配電業(yè)務(wù)。通過(guò)配電網(wǎng)全壽命周期管理、智能故障搶修與停電管理可提高配電網(wǎng)的供電可靠性，同時(shí)還能減少不必要的檢修工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備和物資的集約化管理。

1.3 智能用電的業(yè)務(wù)需求

除配電環(huán)節(jié)外，分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等還會(huì)在用電環(huán)節(jié)接入電網(wǎng)，成為用電側(cè)的“源”，以及電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷出現(xiàn)，都增加了用電的復(fù)雜性。同時(shí)，為了靈活安全便捷用電，電力用戶針對(duì)智能用電在信息采集、營(yíng)銷計(jì)量和增值服務(wù)業(yè)務(wù)提出了新的要求。電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)都要求拓展傳統(tǒng)用電業(yè)務(wù)，建立智能用電業(yè)務(wù)。

用戶側(cè)分布式電源容量小，多分散在居民小區(qū)和建筑物中，由用戶自行控制，除滿足用戶自身用電外，還可倒送電給電網(wǎng)。根據(jù)用戶的電力電量需求彈性，協(xié)調(diào)各種用電設(shè)備的電能消耗，以及分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車和常規(guī)用電設(shè)備之間的能量流，可優(yōu)化電力負(fù)荷曲線、提高用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的資源利用效率、實(shí)現(xiàn)能效提升與效益最大化。用戶感受是智能用電的最直接檢驗(yàn)，除了業(yè)務(wù)變更、計(jì)量繳費(fèi)、電價(jià)電費(fèi)管理、用電檢查、防竊電管理等基本電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)外，要求電力公司向用戶提供增值服務(wù)，包括用能監(jiān)測(cè)與能效分析、用電優(yōu)化與智能控制、信息發(fā)布與電能交易、智能家居與社區(qū)服務(wù)等業(yè)務(wù)。

電力公司和電力用戶在能量和業(yè)務(wù)上的這種雙向互動(dòng)，需要用電信息采集作為支撐。分布式電源、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施、儲(chǔ)能系統(tǒng)等接入后，擴(kuò)大了用電信息采集的范圍，不僅涵蓋各類常規(guī)電力用戶、電力專線、專用變壓器，還有分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等接入用戶側(cè)的新元素。采集對(duì)象的擴(kuò)展、采集參量的增加、電力用戶安全便捷用電要求的提高，需要借助智能電表、多種通信方式以及各配用電信息系統(tǒng)融合，分別向電力公司和電力用戶提供上述智能配用電所需要的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)智能用電服務(wù)業(yè)務(wù)，幫助電力用戶做出最聰明的用電決策，增加用電的靈活性。

2 智能配用電的業(yè)務(wù)架構(gòu)

2.1 智能配用電業(yè)務(wù)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能配用電業(yè)務(wù)包含了分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新對(duì)象，重點(diǎn)需要建立能夠提高配用電智能化水平的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)主體多方共贏的目標(biāo)?？蓮闹悄芘潆娋W(wǎng)規(guī)劃、配用電運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理、故障與停電管理、營(yíng)銷與客戶服務(wù)、計(jì)量計(jì)費(fèi)、分析與決策7個(gè)方面構(gòu)建智能配用電的業(yè)務(wù)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 智能配用電業(yè)務(wù)體系架構(gòu)

分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等靈活接入到配電側(cè)和用電側(cè)，對(duì)電力用戶的用電方式產(chǎn)生了一定的影響，配用電業(yè)務(wù)都需要計(jì)及這些新元素，在避免其負(fù)面影響的同時(shí)充分發(fā)揮其作用，提高各項(xiàng)配用電業(yè)務(wù)的智能化程度。配用電設(shè)備從計(jì)劃、采購(gòu)、直到報(bào)廢進(jìn)行全壽命周期管理，為實(shí)現(xiàn)智能配用電提供設(shè)備狀態(tài)、預(yù)期剩余壽命、故障率等基礎(chǔ)信息。在此基礎(chǔ)上，對(duì)電能生產(chǎn)和使用全過(guò)程的智能化分析，通過(guò)智能配電和智能用電環(huán)節(jié)之間的電力流、信息流、業(yè)務(wù)流交互實(shí)現(xiàn)智能配用電。

2.2 跨部門協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)分析

電力企業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)行建立在多個(gè)專業(yè)部門的相互協(xié)作基礎(chǔ)上，尤其實(shí)現(xiàn)上述的智能配用電目標(biāo)更需要跨部門協(xié)調(diào)。比如，合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和電源分布是實(shí)現(xiàn)智能配用電的基礎(chǔ)，綜合考慮配電網(wǎng)的現(xiàn)狀、歷史運(yùn)行情況和負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配電網(wǎng)規(guī)劃方案。從時(shí)間和空間維度對(duì)電力負(fù)荷發(fā)展、電源需求的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)需要分別從營(yíng)銷部門和生產(chǎn)部門獲取信息；配用電設(shè)備缺陷等運(yùn)行信息、分段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和配用電測(cè)控需求信息需要從生產(chǎn)部門和運(yùn)行調(diào)度控制部門獲??；在獲取了完整的配用電一、二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能配電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)，以此為指導(dǎo)實(shí)施配電網(wǎng)建設(shè)。換句話說(shuō)，智能配電網(wǎng)規(guī)劃需要多個(gè)業(yè)務(wù)部門配合才能實(shí)現(xiàn)。

前一節(jié)所述的典型業(yè)務(wù)同樣如此，需要多個(gè)業(yè)務(wù)部門分工協(xié)作完成工作。總的來(lái)說(shuō)，智能配用電需要各種信息系統(tǒng)作為技術(shù)支撐，因此，實(shí)現(xiàn)跨部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交互和應(yīng)用集成是建設(shè)智能配用電的業(yè)務(wù)需求。

3 智能配用電關(guān)鍵業(yè)務(wù)分析

智能配用電要求對(duì)傳統(tǒng)配用電業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整，并增加新的業(yè)務(wù)，以配用電環(huán)節(jié)相關(guān)信息為基礎(chǔ)，在智能配用電業(yè)務(wù)過(guò)程中充分利用各種先進(jìn)技術(shù)，提高配用電的智能化程度。

3.1 智能配電關(guān)鍵業(yè)務(wù)

分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等新元素接入配電網(wǎng)，成為配電網(wǎng)中的“源”，并且分布式電源的出力可控性較差，分段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)反映了配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，這些對(duì)象的接入類型、位置和容量直接關(guān)系到配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。負(fù)荷預(yù)測(cè)作為配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，要求實(shí)現(xiàn)在時(shí)間和空間上進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，即對(duì)源和荷在配電網(wǎng)中的時(shí)空分布預(yù)測(cè)是建立遠(yuǎn)景規(guī)劃方案的關(guān)鍵，智能配電網(wǎng)規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)智能配用電的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

電力用戶響應(yīng)政策機(jī)制進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，可減少負(fù)荷峰谷差、平滑負(fù)荷曲線，由于電力系統(tǒng)要求供需瞬時(shí)平衡，所以配電網(wǎng)的可供電能力必須大于負(fù)荷需求，通過(guò)負(fù)荷調(diào)度降低高峰負(fù)荷可大大減少電網(wǎng)的建設(shè)投資，也就是說(shuō)，考慮分布式電源和負(fù)荷參與的智能配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度是關(guān)鍵業(yè)務(wù)之一。同時(shí)，由于配電網(wǎng)處于末端，其供電可靠性直接影響用戶的供電，以預(yù)防為主的自愈控制正是為此而提出又一關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

3.2 智能用電關(guān)鍵業(yè)務(wù)

智能配用電允許并要求用戶參與電網(wǎng)互動(dòng)，互動(dòng)的基礎(chǔ)是雙方供用電信息的互通。實(shí)現(xiàn)智能配用電需要對(duì)用戶內(nèi)部的用電信息進(jìn)行采集，同時(shí)增加對(duì)分布式電源、電動(dòng)汽車等新配用電對(duì)象的數(shù)據(jù)采集，這些對(duì)象規(guī)模大、分散廣，實(shí)施高級(jí)量測(cè)技術(shù)采集各種用電和電價(jià)信息，通過(guò)合理的電價(jià)使用戶自主選擇電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能裝置的充放電時(shí)間和選擇分布式發(fā)電功率的使用路徑等。所以配用電信息的高級(jí)量測(cè)是實(shí)現(xiàn)智能用電的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

電力公司和用戶是矛盾的雙方，前者需要采集客戶用電信息和用電需求，通過(guò)提高服務(wù)質(zhì)量贏取更多的使用電量；后者作為電能受體，尋求經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電價(jià)政策和方便快捷的電力服務(wù)。因而，電力公司需要響應(yīng)客戶的用電需求，開(kāi)展定制電力、綠色電力、多渠道繳費(fèi)、節(jié)能減排等增值服務(wù)；電力客戶響應(yīng)電力公司的電價(jià)政策，選擇恰當(dāng)時(shí)機(jī)分布式發(fā)電上網(wǎng)運(yùn)行和對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充放電。另外，政府提倡節(jié)能減排，大多數(shù)分布式電源屬于清潔無(wú)污染的發(fā)電方式，因此用戶側(cè)的能效服務(wù)也應(yīng)作為增值服務(wù)。兼顧二者利益的營(yíng)銷服務(wù)手段，可有效提高電力公司和用戶的綜合效益，是建設(shè)智能用電的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等新興元素接入以及電力用戶的新需求對(duì)智能配用電業(yè)務(wù)提出了新的需求。本文在分析配用電在能量流、信息流和業(yè)務(wù)流的發(fā)展變化，以及和“三集五大”體系下智能配用電的建設(shè)目標(biāo)基礎(chǔ)上，對(duì)智能配電和智能用電的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了分析，并構(gòu)建了涵蓋七大業(yè)務(wù)范疇的智能配用電業(yè)務(wù)體系架構(gòu)。針對(duì)智能配電，從智能配電網(wǎng)規(guī)劃、智能調(diào)度、自愈控制三個(gè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)進(jìn)行具體分析，針對(duì)智能用電，具體分析了高級(jí)量測(cè)、增值服務(wù)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)。本文的智能配用電業(yè)務(wù)分析為開(kāi)展智能配用電技術(shù)研究提供依據(jù)，同時(shí)為電力公司的業(yè)務(wù)發(fā)展提供參考。

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