北京朝陽(yáng)電力實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司 吳 雪 崔 行

當(dāng)前所實(shí)施的智能用電本質(zhì)上就是通過(guò)現(xiàn)代化的信息技術(shù)，對(duì)價(jià)格進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并與用戶之間建立一定的聯(lián)系，并將這種電力負(fù)荷需求理想化?；谶@一用電目標(biāo)，逐漸衍生出了智能電網(wǎng)。

在相關(guān)管理體系以及國(guó)家管控政策的規(guī)范下，我國(guó)的智能用電發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：用電負(fù)荷管理—峰谷電價(jià)調(diào)節(jié)—實(shí)時(shí)電價(jià)發(fā)布。

用電負(fù)荷管理這一理念是國(guó)家電力科研機(jī)構(gòu)在20世紀(jì)八十年代初所提出的，也是最早出現(xiàn)的關(guān)于智能用電的理論。在這一時(shí)期，整體用電需求非常大，國(guó)家供電系統(tǒng)難以滿足，電力負(fù)荷較高，因此一旦用戶的用電負(fù)荷超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)報(bào)警來(lái)提示用戶降低用電，如果警示之后用戶并沒(méi)有降低，則會(huì)遠(yuǎn)程強(qiáng)制性降低負(fù)荷。在這一時(shí)期，我國(guó)的用電管理理念有了明顯突破，在管理的同時(shí)也注重了用戶的作用。

之后經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的智能用電體系已經(jīng)發(fā)展為實(shí)時(shí)電價(jià)發(fā)展階段。而如何發(fā)展探索出最佳的適合我國(guó)用電現(xiàn)狀的智能用電，始終是各個(gè)學(xué)者探討的熱點(diǎn)，筆者通過(guò)研究提出一些觀點(diǎn)。

1 智能用電的相關(guān)信息與政策

智能用電與電價(jià)政策。國(guó)內(nèi)電價(jià)正處于管制階段，所以不能用電價(jià)來(lái)分析電力的供求關(guān)系，一旦出現(xiàn)需求問(wèn)題時(shí)，無(wú)法做出準(zhǔn)確地判斷和及時(shí)的干預(yù)，常常會(huì)損失較高的電力資源。

理想化的電價(jià)狀態(tài)為，企業(yè)結(jié)合實(shí)際供需關(guān)系和電力資源現(xiàn)狀來(lái)綜合分析之后，進(jìn)行實(shí)時(shí)定價(jià)，通過(guò)這種對(duì)價(jià)格的調(diào)制來(lái)影響用戶的需求，從而將電力負(fù)荷控制在理想化狀態(tài)下。所以智能用電的發(fā)展必然要對(duì)電價(jià)管制做出調(diào)整。

理想化的電價(jià)固然有很多優(yōu)點(diǎn)，但具體操作時(shí)將會(huì)面臨各種問(wèn)題，難度較大。如果就某個(gè)區(qū)域內(nèi)的電價(jià)進(jìn)行控制，則會(huì)出現(xiàn)各種不同的電價(jià)，這些零散的電價(jià)方式會(huì)導(dǎo)致用戶產(chǎn)生疲倦，并抑制了價(jià)格杠桿的作用發(fā)揮。同時(shí)，過(guò)多的電價(jià)種類還會(huì)為決策制定，以及信息處理等帶來(lái)龐大的工作量，從而產(chǎn)生較高的管理成本[1]。

而電力企業(yè)想要獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，就會(huì)更加具體細(xì)致的進(jìn)行用電時(shí)段的劃分，同時(shí)給出科學(xué)的處理決策，從而有效促進(jìn)電力負(fù)荷理想化的實(shí)現(xiàn)，減少管理成本。通過(guò)對(duì)每天的用電負(fù)荷進(jìn)行時(shí)段劃分，并靈活制定針對(duì)性決策，不僅可以為企業(yè)創(chuàng)造收益，還可以促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?；谶@一用電調(diào)控策略，政府可以積極引導(dǎo)企業(yè)制定出更加豐富多樣的電價(jià)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的電力調(diào)控。

2 基于實(shí)時(shí)電價(jià)的智能用電系統(tǒng)

2.1 智能用電系統(tǒng)組成

根據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)實(shí)施的具體現(xiàn)狀，本文制定出其相應(yīng)的電力系統(tǒng)框架圖，主要包括了九大功能模塊，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 智能用電系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)

從經(jīng)濟(jì)可行性方面來(lái)分析，該智能用電系統(tǒng)可以在遠(yuǎn)程信道和智能電表中借助本地信道實(shí)施通信，從長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)展方面來(lái)分析，該系統(tǒng)中的智能開(kāi)關(guān)在之后可以利用智能家電進(jìn)行替代[2]。

2.2 主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)中下設(shè)了4個(gè)子系統(tǒng)，分別為信息采集、營(yíng)銷服務(wù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、策略制定發(fā)布。筆者將針對(duì)4個(gè)子系統(tǒng)分別展開(kāi)功能闡述。

2.2.1 信息采集

電力企業(yè)可以隨時(shí)監(jiān)管收集用戶的用電信息，實(shí)時(shí)關(guān)注用戶最新用電動(dòng)態(tài)，準(zhǔn)確掌握市場(chǎng)變化趨勢(shì)。通過(guò)將這些用戶的用電信息進(jìn)行搜集管理，便于為后期的其他子系統(tǒng)運(yùn)行提供依據(jù)。

2.2.2 營(yíng)銷服務(wù)支持

根據(jù)信息采集來(lái)針對(duì)性的提供用電?？梢越Y(jié)合不同用戶的用電需求制定出個(gè)性化和多樣性的供電服務(wù)；電力企業(yè)自身制定出詳細(xì)的實(shí)施流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化服務(wù)，綜合提供抄表、電費(fèi)管理、收費(fèi)記賬、銀聯(lián)、購(gòu)電、用電檢查等多種智能服務(wù)。

2.2.3 負(fù)荷預(yù)測(cè)

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的用戶信息，進(jìn)行科學(xué)的分析預(yù)測(cè)，借助各種技術(shù)手段實(shí)時(shí)全面的分析監(jiān)測(cè)，從而判斷出整體的負(fù)荷狀況，并靈活制定電價(jià)策略。

2.2.4 電價(jià)策略制定發(fā)布

結(jié)合最終給出的負(fù)荷預(yù)測(cè)以及其他信息數(shù)據(jù)等，針對(duì)日時(shí)段內(nèi)制定出詳細(xì)的電價(jià)策略，并進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布，還可以為用戶提供定期的電量查詢，電費(fèi)結(jié)算以及賬單等個(gè)性化服務(wù)。借助排列組合算法來(lái)實(shí)現(xiàn)電價(jià)策略定制，所得到的結(jié)果能夠同時(shí)符合所有監(jiān)管中的日時(shí)段電價(jià)策略。電力企業(yè)的職責(zé)在于對(duì)未來(lái)每日內(nèi)的電力負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，在輸入電價(jià)策略之后，子系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行，能夠自動(dòng)得出最佳的電價(jià)策略，然后發(fā)布給用戶，從而實(shí)現(xiàn)智能化的電力負(fù)荷調(diào)控。

開(kāi)展電價(jià)日時(shí)段策略的優(yōu)點(diǎn)在于，這種定價(jià)方式可以有效解決定價(jià)不足或者遺漏的各種問(wèn)題，能夠避免供求曲線之間出現(xiàn)的失誤，同時(shí)這種定價(jià)方案能夠緩解通信壓力，將電力負(fù)荷始終控制在理想化范圍內(nèi)。

實(shí)時(shí)電價(jià)日時(shí)段策略同樣具備很好的擴(kuò)展性，該策略不僅可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的用電需求，還可以實(shí)現(xiàn)智能化的用電需求，也就是說(shuō)當(dāng)所發(fā)布的策略每天的內(nèi)容都相同的情況下，電價(jià)的種類將會(huì)縮減到對(duì)應(yīng)的三個(gè)時(shí)段，此時(shí)智能電表可以實(shí)現(xiàn)峰谷電價(jià)的需求統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，這種多樣化的電價(jià)策略還可以提供非常智能化的用電服務(wù)。

由于該策略具有擴(kuò)展性，為電力企業(yè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能用電發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 遠(yuǎn)程信道

該模塊的主要功能在于，上行信道實(shí)現(xiàn)智能電表和終端用戶之間的信息傳輸，下行信道實(shí)現(xiàn)電價(jià)策略的實(shí)時(shí)發(fā)布。同時(shí)，支持遠(yuǎn)程對(duì)預(yù)設(shè)的時(shí)間進(jìn)行抄讀或者自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要警示時(shí)將會(huì)根據(jù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)上報(bào)。此外還附加其他增值服務(wù)，能夠滿足不同用戶的用電需求。

當(dāng)前，實(shí)時(shí)智能用電系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題在于配用電側(cè)通信技術(shù)。由于不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力的參差，所以對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程信道也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。在運(yùn)行范圍內(nèi)，要分別對(duì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各個(gè)要素進(jìn)行全面的分析考量，從而篩選出最佳的技術(shù)，然后實(shí)施建設(shè)。如果是剛建成的配網(wǎng)線路，企業(yè)可以利用光纖復(fù)合相線技術(shù)進(jìn)行協(xié)助，同時(shí)配置遠(yuǎn)程信道。技術(shù)始終是在更新變化的，因此電力公司可以提高自身的研發(fā)實(shí)力，探究出更加先進(jìn)的配電技術(shù)。

2.4 智能電表

功能設(shè)計(jì)原則。智能電表在整個(gè)智能用電系統(tǒng)中占據(jù)主要地位，發(fā)揮核心作用，其功能結(jié)構(gòu)均要滿足國(guó)內(nèi)實(shí)際用電現(xiàn)狀，還要符合現(xiàn)階段的配用電側(cè)通信信道發(fā)展。將其具體的設(shè)計(jì)原則可以總結(jié)為三個(gè)方面：分布式能源的連接、通信信道的負(fù)荷力、互動(dòng)的便捷性。

智能電表根據(jù)實(shí)際需求具體包含了六大功能，具體內(nèi)容如下。

2.4.1 計(jì)量功能

國(guó)內(nèi)當(dāng)前主要使用的是單相電表和三相功能電表。其中，單相電表可以實(shí)現(xiàn)用戶的正向有功電量計(jì)量，三相功能電表在單相電表的基礎(chǔ)上同時(shí)具備了正向無(wú)功電量、有功最大需求量等功能。

由于智能電表的設(shè)計(jì)原則要求滿足分布式電源的接入，因此需要具備反向有功電量無(wú)功電量以及各自最大需量的計(jì)量作用。

根據(jù)智能用電系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際需求來(lái)看，當(dāng)前的智能電表還要能夠?qū)崿F(xiàn)不同峰谷時(shí)段的電量統(tǒng)計(jì)作用，并且考慮到后期長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，在具備該功能的基礎(chǔ)上還需要能夠?qū)崿F(xiàn)不同費(fèi)率分時(shí)電價(jià)的功能。

2.4.2 費(fèi)率和時(shí)段功能

智能電表的主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)出指令，進(jìn)行費(fèi)率和時(shí)段的劃分實(shí)施，這些都是主站系統(tǒng)負(fù)責(zé)的，并不是事前就已經(jīng)存儲(chǔ)好再根據(jù)時(shí)間段施行的。當(dāng)電表在D-1日接到電價(jià)策略之后，將會(huì)直接發(fā)布給各個(gè)用戶，然后在D日零點(diǎn)開(kāi)始實(shí)施策略。

2.4.3 控制功能

該功能能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)電表的管控，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電表進(jìn)行調(diào)控處理，管理更加便捷。智能電表則借助開(kāi)關(guān)信號(hào)或者脈沖來(lái)對(duì)繼電器等進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，節(jié)省了人力物力。該遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢(shì)對(duì)于一些預(yù)付電費(fèi)的客戶來(lái)說(shuō)，如果出現(xiàn)欠費(fèi)時(shí)，企業(yè)可以遠(yuǎn)程關(guān)電；或者當(dāng)用戶進(jìn)行供電商更換時(shí)，也可以借助遠(yuǎn)程控制功能來(lái)提供相應(yīng)的服務(wù)。

2.5 本地信道

智能用電系統(tǒng)中更加注重和用戶的互動(dòng)性，同時(shí)提供了針對(duì)性的營(yíng)銷服務(wù)。如果智能電表的安裝和用戶的所在范圍出現(xiàn)偏差，將會(huì)限制與用戶的互動(dòng)性發(fā)揮，所以需要增設(shè)本地信道，可以將用戶所需信息實(shí)時(shí)進(jìn)行傳輸，便于用戶了解更加全面的用電動(dòng)態(tài)。

本地信道當(dāng)前主要包括小無(wú)線和電力線載波兩種，其中小無(wú)線主要采用的是Zigbee技術(shù)，電力線載波的波段類型為寬帶載波和窄帶載波。

2.6 互動(dòng)終端

該模塊可進(jìn)一步細(xì)分為四個(gè)子模塊，包括通信、控制、人機(jī)對(duì)話、電源。

其中，借助通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電表和本地信道的信息傳輸，和用戶之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸，借助人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)來(lái)將信息結(jié)果反饋給用戶。在終端中所發(fā)布的信息內(nèi)容通常包括以下五種：一是用戶當(dāng)前實(shí)時(shí)的電價(jià)策略；二是用戶當(dāng)前的電價(jià)；三是當(dāng)前的電壓、電源；四是當(dāng)前的碳排放量；五是剩余電費(fèi)?；?dòng)終端上還額外增加了一些增值服務(wù)，包括企業(yè)為用戶所提供的各種個(gè)性化服務(wù)，如天氣、警報(bào)、門禁、生活服務(wù)等內(nèi)容。

此外，互動(dòng)終端還可以對(duì)用戶實(shí)際用電過(guò)程中涉及的全部電器進(jìn)行用電監(jiān)控。通過(guò)系統(tǒng)操作，用戶可以將所用的全部電器進(jìn)行價(jià)格策略的設(shè)定，之后可以借助本地信道進(jìn)行策略執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化電器用電管理。目前，該模塊已經(jīng)具備了借助智能開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能用電的功能。

借助互動(dòng)終端模塊，能夠掌握用戶全部的用電信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行科學(xué)的分析預(yù)測(cè)，將最終分析得出的結(jié)果傳輸給用戶，用戶能夠?qū)崟r(shí)查看到最新的用電狀況，然后進(jìn)行用電需求調(diào)整以及用電策略的選擇，更加靈活多變，實(shí)現(xiàn)了智能用電。

2.7 智能開(kāi)關(guān)

對(duì)于一些工業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)良好的智能用電服務(wù)。

在居民的日常生活用電中，智能用電和智能家電是不可能在短時(shí)間內(nèi)完全普及和實(shí)現(xiàn)的。目前，可以借助智能開(kāi)關(guān)通過(guò)本地信道進(jìn)行指令的傳輸執(zhí)行來(lái)對(duì)家電進(jìn)行智能控制。

如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來(lái)看，這種智能開(kāi)關(guān)將會(huì)具備更多的功能作用，除了和本地信道匹配控電之外，還可以和傳感器進(jìn)行連接，并進(jìn)一步改進(jìn)智能用電技術(shù)，同時(shí)可以更加精準(zhǔn)全面地對(duì)所有用電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，快速實(shí)現(xiàn)信息的搜集分析，給出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果和最佳的用電方案。

3 智能用電系統(tǒng)的特點(diǎn)

結(jié)合上述針對(duì)智能用電系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的作用分析內(nèi)容來(lái)看，能夠發(fā)現(xiàn)智能用電系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行電價(jià)策略的發(fā)布，在實(shí)現(xiàn)信息采集傳輸?shù)幕A(chǔ)上還要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，注重和用戶之間的互動(dòng)參與，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。在信息化層面來(lái)看，具體包括信息的搜集、負(fù)荷預(yù)測(cè)等內(nèi)容；自動(dòng)化層面則包括對(duì)用戶的電價(jià)策略設(shè)定，智能開(kāi)關(guān)對(duì)電力設(shè)備的用電負(fù)荷調(diào)控等，通過(guò)互動(dòng)終端用戶可以掌握更多的用電信息，同時(shí)設(shè)定針對(duì)性的家電電價(jià)策略。

總之，通過(guò)建設(shè)基于實(shí)時(shí)電價(jià)的智能用電系統(tǒng)，電力用戶可以合理安排用電，減少電費(fèi)支出。電力公司更加注重與用戶的互動(dòng)性，通過(guò)電價(jià)策略來(lái)科學(xué)調(diào)控電力負(fù)荷，提高能源利用率，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，遵從環(huán)保理念，減少污染，保護(hù)環(huán)境。因此，建設(shè)智能用電系統(tǒng)具有重要的意義。