智能用戶端系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探究

陳歡

【摘 要】電網(wǎng)功能和結(jié)構(gòu)正在發(fā)生著革新性的改變。傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)在能量轉(zhuǎn)換率、電能利用率、電能質(zhì)量上已經(jīng)逐漸表現(xiàn)不足，正在向著能綜合配置能源、信息、服務(wù)的智能電網(wǎng)方向發(fā)展。在智能電網(wǎng)中，用戶端一直被認(rèn)為是其“高速公路”的最后1公里，因此發(fā)展具有交互性、網(wǎng)絡(luò)化、高效性、智能化的用戶端技術(shù)，將是發(fā)展智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。突破技術(shù)，實現(xiàn)用戶端智能電網(wǎng)的解決方案將給智能電網(wǎng)的發(fā)展帶來巨大的意義。

【關(guān)鍵詞】智能用戶系統(tǒng) 電網(wǎng)發(fā)展

1 電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢

美國制訂一系列政策致力于建設(shè)信息化、新元件、新能源、新材料的智能電網(wǎng)，加強智能電網(wǎng)投資，促進(jìn)電力部門發(fā)展，增加用戶自主權(quán)。歐洲把發(fā)展具有跨邊界的高效運營、遠(yuǎn)距離輸送電能和接入可再生能源的智能電網(wǎng)作為戰(zhàn)略目標(biāo)，更加注重分布式管理、微電網(wǎng)的構(gòu)建、智能用戶端系統(tǒng)的理念。日本在新世紀(jì)更加注重新能源的發(fā)現(xiàn)和智能電網(wǎng)的切入。我國也在加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，并在智能電網(wǎng)建設(shè)方面取得了一定的成績。我國特高壓輸電技術(shù)在世界上也是屬于前列的，已經(jīng)建成了2項1 000 kV高壓交流和2項1 800 kV高壓直流工程；安裝了1.5億個智能電表對用戶進(jìn)行用電信息采集；累計構(gòu)建了353座電動汽車快速充換電站、1.5萬個充電樁等等。二十一世紀(jì)，世界各國都面臨著能源的緊缺問題，更加追求可再生能源和可持續(xù)發(fā)展，能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)更加趨于多元化發(fā)展。與此同時，世界各國都加快了智能電網(wǎng)建設(shè)以應(yīng)對能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型帶來的挑戰(zhàn)。

2 智能用戶端系統(tǒng)

用于電能傳送、分配、使用、控制、管理的所有系統(tǒng)和設(shè)備都屬于智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)。包括用戶端的智能電器設(shè)備、電能管理系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、互動服務(wù)系統(tǒng)等重要組成部分。主要構(gòu)架體系如圖2-1所示。

圖2-1 智能電網(wǎng)用戶系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)過發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等過程，智能用戶端是其最后一個環(huán)節(jié)，也是其重要的一個部分，關(guān)系著電力電網(wǎng)的發(fā)展收益和建設(shè)成效，因此被稱為智能電網(wǎng)“高速公路”的最后1 km。智能用戶端支持多種分布式能源接入，發(fā)展綠色能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展；有利于電能的智能管理，節(jié)能減排；實現(xiàn)雙向互動服務(wù)方式代替過去單一的生產(chǎn)消費模式；加快多層次系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)信息共享和系統(tǒng)互聯(lián)。最終形成用戶用電的全面解決方案。

3 智能用戶端系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

電能大部分的傳輸、配電、控制和管理都發(fā)生在用戶端系統(tǒng)，用戶端又是電能的實際消耗端。發(fā)展智能電網(wǎng)用戶端涉及到多個學(xué)科和領(lǐng)域，關(guān)鍵技術(shù)眾多，主要包括計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、圖形可視化技術(shù)和儀器儀表工程等多個學(xué)科。

3.1 共性技術(shù)。⑴網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)信息安全主要是指保障通信網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件、數(shù)據(jù)的安全可靠，阻止其遭受惡意的破壞和泄露，穩(wěn)定系統(tǒng)的可靠、正常運作。⑵通信技術(shù)。通信網(wǎng)絡(luò)作為智能電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，發(fā)展利用智能電網(wǎng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、智能分析、智能決策的能力，完成智能電網(wǎng)高度信息化。⑶多電源協(xié)調(diào)管理技術(shù)。多電源協(xié)調(diào)管理技術(shù)要求統(tǒng)一對各個電源系統(tǒng)輸出的電壓的頻率、相位、幅值和波形等統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)分布式電源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電和運、停。⑷交互終端和可視化技術(shù)。交互終端和可視化技術(shù)為電網(wǎng)公司和用戶的互動提供技術(shù)平臺，實現(xiàn)電力企業(yè)的人性化管理和運作。

3.2 應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用技術(shù)是用戶端技術(shù)的總要部分，關(guān)系著用戶在智能系統(tǒng)上的直接體驗。該部分技術(shù)主要包括：⑴智能配電保護(hù)技術(shù)；⑵負(fù)載預(yù)測和平衡技術(shù)；⑶微電網(wǎng)技術(shù)；⑷需求響應(yīng)互動技術(shù)；⑸ 系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)；⑹智能家居技術(shù)等。

3.3 外圍技術(shù)。智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)的外圍技術(shù)涵蓋了多個學(xué)科，比如材料學(xué)、微電子、大數(shù)據(jù)挖掘和自動化控制等，這些學(xué)科的發(fā)展對于智能用戶端系統(tǒng)的形成有著重要的影響。其典型技術(shù)有：仿真與模擬技術(shù)、智能芯片技術(shù)、快速儲能技術(shù)和超導(dǎo)體技術(shù)等。

4 未來用戶端系統(tǒng)的發(fā)展方向

為了保證智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)能安全、可靠、兼容地運行，未來用戶端需要朝著實時數(shù)據(jù)采集、精確分析、統(tǒng)一監(jiān)控、協(xié)調(diào)控制等集成化管理交互平臺，并逐步形成智能友好的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

⑴智能電器將不再是單一功能設(shè)計，需要形成多功能集成系統(tǒng)。比如智能電網(wǎng)用戶端低壓電器產(chǎn)品將全面采用智能控制芯片，搭載智能傳感器和通信模塊，能夠智能控制、在線監(jiān)測和故障修復(fù)等功能，為系統(tǒng)提供全面的解決方案。

⑵用戶端系統(tǒng)將實現(xiàn)平臺標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行統(tǒng)一管理，逐步提高其穩(wěn)定性和可靠性。加強技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實施，完成各種技術(shù)的高度融合，發(fā)展智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)的規(guī)范性和集成性。

⑶實現(xiàn)需求響應(yīng)和需量控制。需求響應(yīng)和需量控制是用戶端電能管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能。供電方和用戶作為智能電網(wǎng)中的服務(wù)方和被服務(wù)方。建立一個可視化、友好化、開放性的智能用戶端系統(tǒng)，有利于提供更加個性化服務(wù)和即時信息的發(fā)布。

⑷支持多種分布式電源接入和高效管理。智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)發(fā)展成能夠接入不同電源的產(chǎn)能，實現(xiàn)統(tǒng)一管理和智能化控制，實現(xiàn)發(fā)展綠色能源和節(jié)能減排的目標(biāo)，高效管理和最大限度利用各種能源。

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對世界各國的能源利用都提出了挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)的加速建設(shè)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)形成共識。在今后一個時期發(fā)展智能用戶端設(shè)備與系統(tǒng)將依附其快速發(fā)展。加快智能用戶端技術(shù)的研發(fā)和攻克，建設(shè)一個具有安全、節(jié)能、智能和舒適的智能用戶端系統(tǒng)，一定能夠給我國的智能電網(wǎng)發(fā)展帶來新的里程，同時實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。