智能用電技術(shù)淺析

楊 毅

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

智能用電是實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間實時交互響應(yīng)，滿足互動營銷需求，實施各項用電節(jié)能技術(shù)措施，提升服務(wù)水平的重要手段。可加強(qiáng)能源綜合規(guī)劃和用電需求側(cè)管理，促進(jìn)能源的合理使用與效率的提高，有利于減少大氣污染，保護(hù)地球環(huán)境。探索適合國情的智能用電技術(shù)，利于建設(shè)友好開放、雙向互動的智能用電模式、促進(jìn)智慧城市的建設(shè)和發(fā)展。

1 技術(shù)研究的理論認(rèn)識

1．1 需求側(cè)管理（DSM）和需求響應(yīng)（DR）理論

美國電力科學(xué)研究院1986年，首先提出DSM的概念，它是在負(fù)荷管理的基礎(chǔ)上推行的調(diào)荷、節(jié)電工程，通過加強(qiáng)能源綜合規(guī)劃和用電需求側(cè)管理促進(jìn)了能源的合理使用與效率的提高，并減少大氣污染，保護(hù)地球環(huán)境。逐步被世界各國采用。隨著電力市場的發(fā)展與完善，電力系統(tǒng)的利益主體逐步多元化，需求側(cè)資源在競爭市場中的作用正在被重新認(rèn)識。把DSM分為長期機(jī)制和短期機(jī)制，這進(jìn)一步豐富了DSM的內(nèi)容。長效機(jī)制一旦實施將長期起作用，而需求響應(yīng)DR是在短時間內(nèi)起作用。為用于處理系統(tǒng)的急需調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)引入，通過價格信號和激勵機(jī)制來增加需求側(cè)在市場中的作用，并將供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的資源進(jìn)行綜合資源規(guī)劃，是適應(yīng)電力市場發(fā)展的必然要求。

1.2 數(shù)值分析和數(shù)理統(tǒng)計理論

數(shù)值分析和數(shù)理統(tǒng)計是對采集能效數(shù)據(jù)高級處理的理論基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)值分析相關(guān)原理，對于現(xiàn)場短期實測電力參數(shù)和熱工參量分別采用多元線性回歸統(tǒng)計方法和非線性插值迭代方法進(jìn)行數(shù)據(jù)辨識和擬合，最大程度上真實反映現(xiàn)場能效現(xiàn)狀，為后續(xù)的能效評估提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1．3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。數(shù)據(jù)挖掘所能發(fā)現(xiàn)的知識有如下幾種：廣義型知識，反映同類事物共同性質(zhì)的知識；特征型知識，反映事物各方面的特征知識；差異型知識，反映不同事物之間屬性差別的知識；關(guān)聯(lián)型知識，反映事物之間依賴或關(guān)聯(lián)的知識；預(yù)測型知識，根據(jù)歷史的和當(dāng)前的數(shù)據(jù)推測未來數(shù)據(jù);偏離型知識，揭示事物偏離常規(guī)的異?，F(xiàn)象。所有這些知識都可以在不同的概念層次上被發(fā)現(xiàn)，它的任務(wù)主要是分類、預(yù)測、時間序列模式、聚類分析、關(guān)聯(lián)分析預(yù)測和偏差分析等。整個過程由數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)挖掘、模式評估、鞏固知識和運(yùn)用知識等步驟組成。數(shù)據(jù)挖掘的常用方法有決策樹方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、粗糙集方法、遺傳算法。

1．4 模糊控制理論

它是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語言規(guī)則表示方法和先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行決策的一種高級控制策略。模糊控制實質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。所謂模糊控制，就是在控制方法上應(yīng)用模糊集理論、模糊語言變量及模糊邏輯推理的知識來模擬人的模糊思維方法，用計算機(jī)實現(xiàn)與操作者相同的控制。該理論以模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ)，用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接將人的判斷、思維過程表達(dá)出來，從而逐漸得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域包括圖像識別、自動機(jī)理論、語言研究、控制論以及信號處理等方面。

1．5 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是關(guān)于數(shù)據(jù)之視覺表現(xiàn)形式的研究，基本思想是將數(shù)據(jù)庫中每一個數(shù)據(jù)項作為單個圖元元素表示，大量的數(shù)據(jù)集構(gòu)成數(shù)據(jù)圖像，同時將數(shù)據(jù)的各個屬性值以多維數(shù)據(jù)的形式表示，可以從不同的維度觀察數(shù)據(jù)，從而對數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的觀察和分析。目前數(shù)據(jù)可視化已經(jīng)提出了許多方法，這些方法根據(jù)其可視化的原理不同可以劃分為基于幾何的技術(shù)、面向像素技術(shù)、基于圖標(biāo)的技術(shù)、基于層次的技術(shù)、基于圖像的技術(shù)和分布式技術(shù)等等。

另外，目前已經(jīng)開展的優(yōu)化技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)熱力學(xué)理論、現(xiàn)代通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、集群數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信息安全技術(shù)等方面的理論研究，將為開展智能用電應(yīng)用深化研究提供堅實的理論依據(jù)。

2 智能用電的發(fā)展建設(shè)

2．1 多種電價政策下家庭用電信息交互服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

目前，國內(nèi)正積極進(jìn)行智能用戶能量管理系統(tǒng)、智能家居和智能小區(qū)的研究與建設(shè)。在智能用戶能量管理系統(tǒng)的研究中建立雙向的通信聯(lián)系，包括為用戶提供實時電價和用電信息、監(jiān)視和控制用電設(shè)備等，實現(xiàn)與電力用戶信息相關(guān)的系統(tǒng)集成，與智能電網(wǎng)的實施相適應(yīng)，最大限度地延長換代的生命周期。2010年6月，就選取過小區(qū)78位住戶進(jìn)行智能化生活試點建設(shè)，安裝智能家庭網(wǎng)關(guān)、智能交互終端、智能插座、智能家電等能效管理設(shè)備，家庭內(nèi)部通信采用電力線通信和微功率無線通信相結(jié)合的方式；在小區(qū)部署社區(qū)主站，實現(xiàn)對家庭用能設(shè)備用電信息的匯聚。已于2011年2月建成正式投運(yùn)。此外，對具體電價模式下智能用電系統(tǒng)也進(jìn)行了研究，有文獻(xiàn)提出了基于實時電價的智能用電系統(tǒng)框架，闡述了系統(tǒng)各部分的功能需求，給出了智能用電系統(tǒng)的信息流程，比較了實時電價階段的智能用電與傳統(tǒng)用電方式的不同。

2.2 支撐工商業(yè)用戶能效提升的用電節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

目前我國采取的支撐工商業(yè)用戶能效提升的用電節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)主要包括：使用節(jié)能型供配電系統(tǒng)，包括采用合理的供電電壓、采用節(jié)能型變壓器和采用無功補(bǔ)償裝接；選擇節(jié)能設(shè)備，包括推廣使用變頻器、使用Y型高效電動機(jī)和節(jié)能型照明電器、使用低阻電纜，并合理選擇導(dǎo)線截面；加強(qiáng)工廠用電管理，合理使用峰谷電力資源；加強(qiáng)工廠電力計量管理，大力開展能效電廠項目等。2005年以來，江蘇、廣東、上海等省市開展了能效電廠試點工作，北京、河北等地也正積極探討能效電廠建設(shè)。廣東省作為試點省利用亞洲開發(fā)銀行（簡稱亞行）貸款開展能效電廠項目，項目計劃先嘗試在高耗能工商企業(yè)的電機(jī)工程改造、綠色照明、用高效變壓器替換低效變壓器和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造等方面實施。

2．3 智能空調(diào)在電網(wǎng)負(fù)荷管理中的應(yīng)用機(jī)理和關(guān)鍵技術(shù)

國內(nèi)的研究主要集中在對智能空調(diào)的協(xié)調(diào)控制模型和算法設(shè)計上，有文獻(xiàn)將模糊控制應(yīng)用在智能空調(diào)上，設(shè)計了智能變頻空調(diào)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，這樣的空調(diào)不僅給人帶來更舒適的感覺，而且節(jié)約更多的電能；有文獻(xiàn)對中央空調(diào)輪停技術(shù)進(jìn)行研究，由于建筑物的熱惰性和循環(huán)水的蓄能性，可以在短時間內(nèi)繼續(xù)保持對建筑物的供冷能力，節(jié)約空調(diào)用電的同時不影響空調(diào)使用效果；有文獻(xiàn)基于人體工程及非均勻溫度場智能空調(diào)系統(tǒng)研究，通過對出風(fēng)口進(jìn)行控制，實現(xiàn)每個單元獨立地溫度控制，這種智能空調(diào)系統(tǒng)能實現(xiàn)自動與用戶進(jìn)行交互，從而降低空調(diào)功耗?？偨Y(jié)國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，缺乏智能空調(diào)負(fù)荷控制管理平臺的研究，缺乏基于需求響應(yīng)下智能空調(diào)協(xié)調(diào)控制的研究。

2．4 面向需求響應(yīng)的智能用電數(shù)據(jù)在線分析關(guān)鍵技術(shù)

我國的大客戶負(fù)荷管理和低壓集中抄表系統(tǒng)已安裝使用近千萬戶。國家電網(wǎng)公司在十多個個網(wǎng)省公司上線運(yùn)行了營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)，建成了營銷分析與輔助決策系統(tǒng)。智能用電數(shù)據(jù)在線分析平臺主要分析的數(shù)據(jù)包括家庭用戶和工商業(yè)用戶，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程能效評估和健康診斷。查閱相關(guān)資料，目前國內(nèi)外還沒有明確建設(shè)智能用電數(shù)據(jù)在線分析平臺的項目，大多數(shù)圍繞智能用電交互平臺展開。

綜上所述，國內(nèi)對智能用電也開展了一些研究，但尚未形成完整體系，不能與傳統(tǒng)的營銷業(yè)務(wù)很好地結(jié)合。而基于傳統(tǒng)營銷模式的用電服務(wù)體系和業(yè)務(wù)流程難以適應(yīng)未來靈活互動用電場景的需要，滿足電力用戶個性化、差異化服務(wù)需求的互動技術(shù)手段有待豐富，還需要在需求響應(yīng)決策、仿真技術(shù)和用能評測管理技術(shù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)性研究，在用電互動支撐平臺及系統(tǒng)集成等方面的進(jìn)一步縮小與國外先進(jìn)水平的差距，以能滿足日益增長的靈活互動的智能用電需要。

［1］王廣慶,謝傳勝.電力市場營銷基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社,2004.

［2］戴宇.市場運(yùn)營環(huán)境下電力供應(yīng)鏈優(yōu)化協(xié)調(diào)研究[D].長沙理工大學(xué),2010.

［3］張永民.智慧城市總體方案[J].中國信息界,2011(3)：12-21.