智能電網(wǎng)下的用電服務新技術

沈昌國 李 斌 高宇亮 朱金大

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

1 引言

我國的智能用電技術是建設堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，其核心就是實現(xiàn)智能化服務，滿足用戶多元化需求，實現(xiàn)電力供應穩(wěn)定可靠、經濟安全，構建電網(wǎng)與客戶之間電力流、信息流、業(yè)務流實時互動的新型供用電關系。建設智能電網(wǎng)不僅僅是傳統(tǒng)電網(wǎng)和系統(tǒng)的升級和改造，而且需要實現(xiàn)需方響應，需要推廣應用智能需求側管理技術，改變用戶用能方式，促進節(jié)能減排，提高清潔的電能在終端能源消費中的比重。因此，智能用電建設的好壞直接關系到電網(wǎng)的能源使用效率、經濟運行和有序用電[1-2]。

2 國內外研究現(xiàn)狀

2.1 國內研究現(xiàn)狀

近年來，隨著我國特高壓交直流示范試點工程的相繼建成運行，國家電網(wǎng)公司也于2009年明確提出智能電網(wǎng)的發(fā)展計劃，國內在智能用電服務相關技術領域也隨之展開了大量的研究和實踐，其中一些研究應用已達到國際先進水平或國際領先水平。

大客戶負荷管理和低壓集中抄表系統(tǒng)已安裝使用近900多萬戶。國家電網(wǎng)公司在11個網(wǎng)省公司上線運行了營銷業(yè)務應用系統(tǒng)，建成了營銷分析與輔助決策系統(tǒng)，實現(xiàn)了報表自動生成、指標監(jiān)管等功能。2008年底，國網(wǎng)公司又全面啟動電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設，重點開展了用電信息采集系統(tǒng)與終端功能、技術方案、組網(wǎng)方案、通信規(guī)約、安全防護策略等方面的研究，提出了集中和分布式兩種主站部署模式、七套通用組網(wǎng)方案和整體技術架構，統(tǒng)一規(guī)范了采集系統(tǒng)建設的技術路線和技術要求。建立了電力營銷業(yè)務標準，完成信息系統(tǒng)標準化設計。開展了供電客戶服務標準化體系研究。同時，相關檢測檢驗系列標準正在有序推進。

國網(wǎng)公司開展了風電監(jiān)控及并網(wǎng)控制、分布式能源并網(wǎng)逆變器性能測試等技術研究，制訂了《光伏并網(wǎng)逆變器認證技術規(guī)范》國家標準，先后完成多個光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)測試與驗收；開展了智能用電小區(qū)相關的各類技術研究應用和商業(yè)推廣，建成了若干個智能用電服務試點小區(qū)，體現(xiàn)出良好的交互性和智能化特色；開展了儲能設備－電池特性、電動汽車充電站設計與接入、鈉硫和液流電池等儲能技術研究，在電動汽車充電設施典型設計、關鍵設備研發(fā)、試點工程實施等方面開展了大量卓有成效的工作。檢測檢驗及其仿真技術正在完善，并開始籌建智能用電研究檢測中心。

國網(wǎng)公司開展了各級有序用電預案科學編制和可靠實施工作。部分網(wǎng)省公司促成政府出臺尖峰電價、蓄熱蓄冷電價、可中斷負荷電價等激勵措施，通過經濟手段引導客戶避峰。上海等公司試行了綠色電力認購機制，引導新能源產業(yè)的發(fā)展。積極推廣電動汽車、熱泵和蓄能技術等電能替代技術，提高了電能在終端能源消費的比重。

部分網(wǎng)省公司開展了多種收費方式建設和應用，制定了抄表及電費收繳工作標準和自助服務終端建設規(guī)范。國網(wǎng)公司于2008年啟動了95598服務熱線和網(wǎng)上營業(yè)廳標準化建設工作，統(tǒng)一管理模式、統(tǒng)一建設標準、統(tǒng)一業(yè)務功能，開展了多項增值服務的研究，拓展經營領域，實現(xiàn)多方共贏。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

世界發(fā)達國家基于發(fā)展新能源、節(jié)能減排、提高電網(wǎng)運營效率、改善供電服務質量等需要，陸續(xù)開展了智能用電服務的研究和實踐[3-6]。

（1）明確了智能用電服務發(fā)展目標。歐盟2006年發(fā)布了《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》，提出了智能用電服務方面的目標，美國2009年發(fā)布了智能電網(wǎng)建設發(fā)展評價指標體系，提出了智能電網(wǎng)的6個特性。

（2）擬定了系列智能用電服務實施計劃。法國從2008年開始將目前使用的普通電表擬全部更新為“智能電表”，使客戶能自動跟蹤自己用電情況，并能進行遠程控制。美國2009年發(fā)布《復蘇計劃尺度報告》，包括為4000萬美國家庭安裝智能電表，實現(xiàn)遠程管理及讀表等功能。根據(jù)英國政府披露的計劃，到2020年，每個英國家庭都必須安裝“智能電表”，實現(xiàn)遠程抄表和對設備用電的“動態(tài)”控制，以及將客戶利用風力或太陽能所發(fā)的電“賣”給電網(wǎng)，以降低能源耗用量。

（3）開展了系列負荷響應控制嘗試。美國能源部于2006年啟動“電網(wǎng)智能化”工程：一方面是讓客戶自主設定電器設備的使用功率和時間，從而節(jié)省電費，舒適但不浪費；另一方面是監(jiān)控地區(qū)電網(wǎng)的使用情況，實現(xiàn)用電自動化，鼓勵優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔能源。法國已有超過1000萬客戶可以通過網(wǎng)站、email、電話、專門的接收終端，獲得最大關鍵峰荷電價信息，調整用電方式。

歐美國家近幾年開展的智能用電服務實踐以自動抄表和用電信息采集、用電設備自動控制（需方響應）為主，主要集中在配電和用戶側，并開始分布式能源接入研究實踐。另外，國外已經開展了電動汽車有序充電的相關研究，比較初級的是人工控制電動汽車在谷時段進行充電；比較高級的是電動汽車充電可在電網(wǎng)允許時刻進行充電，能夠優(yōu)化充電安排，提高電網(wǎng)效率，但不能向電網(wǎng)反饋送電。

2.3 國內存在的問題和差距

我國在用電服務技術整體發(fā)展上與國外先進水平和我國建設堅強的智能電網(wǎng)的要求相比，還存在一定差距，一些問題也有待深入研究、分析和積極應對。

（1）在用電服務業(yè)務體系建設方面，各類系統(tǒng)與客戶之間的互動功能尚不充分，系統(tǒng)功能需進一步開發(fā)和整合，相關專業(yè)信息系統(tǒng)尚未全面實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，還不能完全適應智能化用電服務的要求。未建立一體化營銷自動化系統(tǒng)的運維組織機構和常態(tài)資金保障。

（2）在用電服務技術裝備方面，原有的大客戶負荷管理和低壓集中抄表系統(tǒng)建設標準化程度偏低，技術方案和功能實現(xiàn)存在較大差異，電能表及采集終端型式多樣、智能化水平不高。同時，海量信息傳輸技術和安全保障技術有待取得重大突破和實用化檢驗。

（3）在信息通信方面，盡管我國的智能用電通信技術研究具有一定的技術優(yōu)勢，但在支撐用電服務體系運行的通信網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡建設方面，面向用戶側的通信網(wǎng)絡資源不足，需要進一步加強多種通信技術手段的研究，解決相關技術瓶頸。

（4）在客戶服務體系方面，缺乏對客戶個性化、差異化服務需求的響應，服務內容的深度和廣度有待進一步拓展，互動手段有待豐富。現(xiàn)有的管理標準、業(yè)務標準和技術標準部分多基于傳統(tǒng)營銷模式，難以適應智能化用電快速發(fā)展對用電服務模式帶來的新變化。

（5）在需求側管理方面，由于政府配套政策不完善，專項資金投入不足，影響了實施進度。在用能系統(tǒng)能效評測、仿真技術和裝備研發(fā)及系統(tǒng)建設應用方面，與國外還有一定的差距。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技術規(guī)范及標準體系不完善，缺少相應的檢測和評估手段。

（6）在智能家居方面，并沒有真正的走向普通家庭，推廣緩慢，還停留在較淺的層面上，用戶個性化的真實需求被掩蓋，智能系統(tǒng)產品鏈中的社會化服務滯后也是造成目前狀況的一個重要原因。

（7）在分布式電源接入方面，可再生能源風能、太陽能、小水電、農村沼氣、生物質發(fā)電的接入、監(jiān)測、對電網(wǎng)安全影響評估以及自動控制尚處于理論研究和小規(guī)模試點階段，大量關鍵技術還有待深入研究。

目前電動汽車與電網(wǎng)雙向能量轉換模式還處于試驗階段，仍需研究技術可靠、成本低廉的滿足商業(yè)化運行需求的雙向變流及通信裝備，同時還需要相應的電力市場環(huán)境支持，包括峰谷電價政策以及電動汽車接入電網(wǎng)提供調峰調頻、負荷調整、需求響應等有償服務的政策等。

（8）在客戶資源開發(fā)與利用方面，由于目前還缺乏的必要的政策支持，開展增值服務和利用寶貴的用戶資源促進金融產業(yè)化發(fā)展還處于理論研究階段。

3 智能用電關鍵技術分析

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 用電業(yè)務體系

電費回收風險自動監(jiān)控技術。研究精益化的電費核算技術自動計算電費，實時監(jiān)測帳戶余額，自動生成客戶交費提示，自動進行風險等級評估，自動發(fā)布風險預警信息；通過與社會信用的信息交互，動態(tài)評價客戶綜合信用等級。

線損實時分析技術?？蓪嵤┰诰€監(jiān)測、實地稽查，及時發(fā)現(xiàn)非正常用電情況，進行線損實時統(tǒng)計分析，自動生成降損建議措施，為資源優(yōu)化配置提供依據(jù)。

智能分析決策技術。構建智能決策分析平臺，對各類供用電數(shù)據(jù)信息進行自動統(tǒng)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，為經營管理提供決策依據(jù)，為國家電力能源政策、節(jié)能減排政策調整提供全面、準確、多角度的輔助決策信息。

3.2 量測控制技術

智能化量測控制技術[7-8]。研制智能電表、智能終端、數(shù)字化計量設備等智能量測裝置，運用智能量測、通信和控制技術，滿足各類客戶（包括分布式電源、儲能裝置、電動汽車等）計量計費、信息交互、實時監(jiān)測、智能控制的要求。給用電信息采集系統(tǒng)、智能用電小區(qū)管理系統(tǒng)等建設提供量測技術支撐，研究物聯(lián)網(wǎng)等新興技術在智能化采集中的應用。

3.3 信息通信技術

公網(wǎng)通信應用技術。緊跟公網(wǎng)通信應用技術的發(fā)展進行深入的研究，應用各種公網(wǎng)通信方式收集用戶用電信息，實現(xiàn)與用戶的雙向互動。

低壓電力線載波通信技術。隨著電力載波應用領域的推廣，低壓配電網(wǎng)電力載波通信成本問題、協(xié)議（標準）問題、安全問題等一系列問題已開始浮出水面。因此需要對低壓電力線載波技術繼續(xù)進行深入研究，使其更加實用化。

無線通信網(wǎng)絡技術。研究新一代智能電網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡技術如Mesh、W iMAX、Mobitex等，充分利用各種無線通信方式的業(yè)務覆蓋能力、支持的帶寬、工作頻段、經濟性、承載能力以及技術成熟程度、政策許可性等特征，滿足智能用電服務體系對無線通信的要求。

信息通信安全防護技術。制定對應的安全防護規(guī)范，采用完善的邊界防護、網(wǎng)絡防護、主機防護、應用防護等防護技術和措施，確保智能用電服務體系的安全可靠。

3.4 客戶服務體系

（1）電費雙向自動結算技術。隨著分布式電源的不斷介入以及充放電站的建設，需要在傳統(tǒng)電費結算技術的基礎上進行擴展，在雙向計量的基礎上研究電費雙向自動結算技術，實現(xiàn)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。

（2）多渠道自助服務和繳費技術。研究包括網(wǎng)上營業(yè)廳、實體營業(yè)廳、客戶服務熱線在內的多渠道自助服務技術，解決多種形式自助繳費方式的關鍵技術問題，支撐預付費控制功能，防范欠費風險，開展多形式用電信息定制技術研究，全面體現(xiàn)互動特征。

（3）智能業(yè)擴報裝技術。實現(xiàn)多渠道的跨區(qū)域客戶報裝受理，自動生成低壓客戶供電方案，輔助生成高壓客戶供電方案。利用手持終端設備，建立業(yè)擴報裝現(xiàn)場勘查、工程驗收等環(huán)節(jié)與營銷支持系統(tǒng)的實時聯(lián)絡。

（4）客戶故障自動診斷與處理技術。實現(xiàn)對計量裝置的24小時在線監(jiān)測，主動進行遠程服務或現(xiàn)場檢查，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(yōu)化搶修派工，提供快速搶修服務。

（5）在線安全用電技術。實時在線管理重要客戶安全用電情況，自動判別客戶重要程度分級，依據(jù)客戶供電方式、自備應急電源配備等信息，自動分析檢測重要客戶供用電安全隱患，生成供用電安全隱患治理建議方案，在線跟蹤、監(jiān)督隱患整改情況。利用狀態(tài)監(jiān)測等技術手段，為客戶提供設備狀態(tài)信息，及時告知潛在風險。

（6）客戶資源管理和增值服務技術。對客戶用電信息資源進行深度挖掘、有效利用；對客戶進行分類管理，細分客戶群體和類別，建立高價值客戶資料庫。開發(fā)更有效、更能創(chuàng)造價值的面向電力用戶的增值業(yè)務,包括廣告定制發(fā)放技術、多表合一抄表技術、代收費技術、安防管理技術、節(jié)能衍生品（二氧化碳等）交易技術等，推動增值服務的建設和推廣。

3.5 需求側管理

（1）智能用電小區(qū)和智能家居技術。彌補用戶側互動化的不足，包括智能用電小區(qū)建設現(xiàn)狀及需求分析、建設模式及技術方案、商業(yè)推廣及產業(yè)發(fā)展、通信技術、相關設備及軟件系統(tǒng)、檢驗體系等，對與其相關的技術深入研究。

（2）智能有序用電技術。實現(xiàn)有序用電方案的輔助自動編制及優(yōu)化；有序用電指標和指令的自動下達；有序用電措施的自動通知、執(zhí)行、報警、反饋；實現(xiàn)分區(qū)、分片、分線、分客戶的分級分層實時監(jiān)控的有序用電執(zhí)行體系；實現(xiàn)有序用電效果自動統(tǒng)計評價，確保有序用電措施迅速執(zhí)行到位，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

（3）遠程能耗監(jiān)測與能效診斷技術。通過遠程傳輸手段，對重點耗能客戶主要用電設備的用電數(shù)據(jù)進行采集和實時檢測，分析客戶能耗情況，自動編制能效診斷報告，為客戶節(jié)能改造提供參考和建議，實現(xiàn)能效市場潛力分析、客戶能效項目在線預評估及能效信息發(fā)布和交流等。

（4）分布式電源監(jiān)控及儲能技術。開展分布式電源監(jiān)控技術研究，以規(guī)范各類理論計算方式及裝置配置原則，確保分布式電源接入電網(wǎng)后能安全、經濟、穩(wěn)定的運行。研究儲能裝置的充放電自動控制技術，研究儲能裝置的雙向電能計量設備的信息采集、電能質量監(jiān)測，實現(xiàn)儲能裝置和電網(wǎng)的互動，達到電網(wǎng)削峰、填谷及移峰填谷的功效。

3.6 檢測檢驗技術

（1）智能用電系統(tǒng)檢測檢驗技術。針對智能用電服務體系的建設所需要的大量支持系統(tǒng)，建立相應的檢測檢驗標準和檢測平臺的建設工作，研究系統(tǒng)的相關檢測檢驗技術。

（2）智能用電裝置檢測檢驗技術。針對大量各種智能用電裝置，建立智能用電裝置的檢測檢驗標準，研究相關的檢測檢驗技術和手段。

（3）智能用電仿真技術。建立智能用電模擬環(huán)境，研究智能用電的網(wǎng)架模型構架方式；研究基于智能需求側響應和雙向分布式電源接入技術的負荷預測和需求響應仿真技術、仿真算法等。

4 智能用電技術未來發(fā)展展望

堅強智能電網(wǎng)的建設對用電服務提出了更高的要求，實現(xiàn)智能化服務，滿足用戶多元化需求，設計以“技術先進、經濟高效、服務多樣、靈活互動、友好開放”為特征的智能用電目標框架和技術路線是未來用電服務技術的發(fā)展方向[9-11]。

（1）智能電網(wǎng)信息平臺的建設必將打破過去傳統(tǒng)的營銷工作模式，促進營銷現(xiàn)代化管理模式和管理理念的形成，推動營銷業(yè)務向現(xiàn)代化管理方向邁進。

（2）以信息化帶動生產專業(yè)化、推動管理現(xiàn)代化，構建電網(wǎng)與客戶之間電力流、信息流、業(yè)務流實時互動的新型供用電關系。用電信息采集系統(tǒng)的建設和高級量測技術的發(fā)展，為這一目標的實現(xiàn)提供了基礎信息平臺。

（3）建立高速、雙向、實時、集成的安全通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能用電的基礎與支撐，隨著各種通信技術的廣泛研究應用，相關技術瓶頸的攻克，智能用電信息高速公路必將達到流暢實用要求。

（4）隨著社會經濟的發(fā)展，電力用戶對供電服務的要求越來越高，希望能夠降低用電成本，更加安全可靠用電，享受更加個性化、多樣化、便捷化、互動化的服務。

（5）提高終端用電效率，減少電能浪費，優(yōu)化電力資源配置將成為全社會共識。這就需要廣大電力用戶廣泛參與，實現(xiàn)用電需求自由響應。

（6）小容量分布式電源發(fā)展態(tài)勢迅猛，大范圍應用儲能設備成為新趨勢。未來電網(wǎng)必須靈活開放，支持新能源、新設備接入。

5 結論

本文基于對智能用電技術國內外研究發(fā)展現(xiàn)狀的分析，探討了我國用電服務技術存在的問題和差距。結合我國智能電網(wǎng)的發(fā)展計劃，對智能用電關鍵技術進行了深入分析，并展望了我國智能用電技術的未來發(fā)展趨勢。智能用電技術的研究在我國還處于初級階段，需要解決的問題還很多。但隨著智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，智能用電技術必將獲得巨大的發(fā)展機遇。吸收國外先進技術和經驗，在結合中國實際需求基礎上，充分發(fā)揮自身特色，挖掘自身發(fā)展?jié)摿?，立足技術的自主開發(fā)和創(chuàng)新，將實用化、商業(yè)化作為目標，我國的智能用電服務技術必將在中國現(xiàn)代化進程中發(fā)揮更大作用。

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