尹天文：智能電網(wǎng)用戶端的整體解決方案

文/本刊記者 王玉勝

個人簡介

尹天文是我國低壓電器行業(yè)的領(lǐng)軍人物之一，也是我國新一代智能低壓電器、智能網(wǎng)絡(luò)通信和雷電防護技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科帶頭人。他所領(lǐng)導(dǎo)的上科所電器分所是我國低壓電器行業(yè)的技術(shù)歸口單位，長期引導(dǎo)我國低壓電器行業(yè)科研和新產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向，為我國低壓電器發(fā)展做出了突出的貢獻。

低壓電器是一個量大面廣的重要基礎(chǔ)元件產(chǎn)品，承擔(dān)著大部分電能的分配和控制任務(wù)。目前，隨著廣為注目的智能電網(wǎng)建設(shè)問題日益得到國家重視，與電力行業(yè)緊密相連的低壓電器產(chǎn)業(yè)面臨著怎樣的發(fā)展機遇？低壓電器怎樣能滿足智能電網(wǎng)的建設(shè)需要？

帶著這樣的問題，記者專訪了上海電器科學(xué)研究所（集團）有限公司總裁助理、電器分所所長尹天文。

“智能電網(wǎng)與低壓電器的關(guān)系是我們一直在探究的問題。”尹天文介紹，我國的智能電網(wǎng)是以特高壓主干網(wǎng)為基礎(chǔ)，包括特高壓、超高壓、輸變電、高、低壓配電，以及用戶端，與我們關(guān)聯(lián)度最高的是用戶端配電，而用戶端配電中最主要的控制與保護器件就是低壓電器，因此智能電網(wǎng)與低壓電器息息相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，80%的電能是通過用戶端用電設(shè)備消耗掉的，用戶端的重要性可見一斑，它是智能電網(wǎng)非常重要的組成部分。

“在我國智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃中對低壓配電以及用戶端方面已經(jīng)有些內(nèi)容，但目前還不夠具體。”尹天文指出，目前我們正在積極地研究智能電網(wǎng)用戶端的關(guān)鍵技術(shù)，制訂智能電網(wǎng)用戶端實施路線圖。

“到目前為止上科所對智能電網(wǎng)用戶端的工作進行了初步的研究，提出了設(shè)想，我們希望能夠與有關(guān)單位開展合作，將智能電網(wǎng)低壓領(lǐng)域的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)納入到總的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)中去。”尹天文強調(diào)，“用戶端的工作很關(guān)鍵，如果現(xiàn)在不做，將跟不上智能電網(wǎng)總體發(fā)展要求。”

經(jīng)過梳理，尹天文認(rèn)為用戶端整體架構(gòu)主要分為三大系統(tǒng)：智能電器及系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、智能樓宇系統(tǒng)。

1.智能電器及系統(tǒng)

是指具有雙向通信、故障預(yù)判和預(yù)警、負(fù)載監(jiān)控、全電流范圍選擇性保護、電能質(zhì)量監(jiān)控，能實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)鎖并可快速安全恢復(fù)等功能的高度智能化的電器設(shè)備及系統(tǒng)，是構(gòu)成用戶端智能配電網(wǎng)絡(luò)乃至整個低壓配電網(wǎng)的基礎(chǔ)性電器設(shè)備及系統(tǒng)。

“在三大系統(tǒng)中，我國智能電器及系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作是最好的，”尹天文介紹，我國從第三代低壓電器產(chǎn)品研制起就著手發(fā)展智能化低壓電器，其后又開發(fā)了可通信的低壓電器，產(chǎn)品集成了基本的智能化與通信功能，能夠基本滿足智能電網(wǎng)的相關(guān)需求。雖然這些產(chǎn)品的一部分智能化功能已經(jīng)得到應(yīng)用，但是大部分功能尤其是通信功能并未真正利用起來，這與我國用戶端發(fā)展緩慢不無關(guān)系。

而現(xiàn)在，建設(shè)智能電網(wǎng)對用戶端提出了新的技術(shù)要求，智能電網(wǎng)的互動、自愈、優(yōu)化、集成、兼容等特征在新一代低壓電器中都要體現(xiàn)出來。因此，今后用戶端將越來越受重視，智能電器及系統(tǒng)要集成許多新的技術(shù)，如預(yù)警與區(qū)域聯(lián)鎖等新技術(shù)等，使低壓電器更符合智能電網(wǎng)的要求。

目前，在上科所主持領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)的我國第四代低壓電器產(chǎn)品將陸續(xù)上市，“它們集成了很多新技術(shù)和新概念，完全能滿足智能電網(wǎng)使用的需求，與智能電網(wǎng)結(jié)合的非常緊密，”尹天文講，“第四代產(chǎn)品正趕上建設(shè)智能電網(wǎng)的市場契機，這些產(chǎn)品的誕生與應(yīng)用將對構(gòu)建我們的智能電器及系統(tǒng)提供強大的支撐。”

2.能源管理系統(tǒng)

具有雙向通信、負(fù)荷調(diào)節(jié)、能源系統(tǒng)分析、分布式可再生能源接入、分布式用戶端儲能充電、雙向電量計費、節(jié)能管理等功能，可根據(jù)用戶的不同用電需求采用具有個性化地節(jié)能、經(jīng)濟運行等方式對用戶端進行能源管理的系統(tǒng) 。

從我國國情來看，居民用電量較小，因此能源管理系統(tǒng)在初期主要針對工業(yè)、樓宇等大用戶。“目前能夠?qū)嵤┠茉垂芾淼钠髽I(yè)很少，因此我國的能源管理市場很可觀。”尹天文指出，實施大用戶的能源管理需要國家出臺政策予以支持，通過實行分時電價來削峰填谷，引導(dǎo)電力消費。“這其中就會涉及一些新技術(shù)，如電力儲能技術(shù)、負(fù)荷控制技術(shù)和新能源接入技術(shù)等。”據(jù)尹天文介紹，隨著新能源的發(fā)展，儲能、充電等相關(guān)技術(shù)都是下一步要加以攻克的課題，另外還有新能源發(fā)電涉及的預(yù)測與接入、切出等技術(shù)。

而目前對于居民而言，最直接的聯(lián)系就是智能電表的使用。“智能電表是能源管理系統(tǒng)中最主要的元件，過去我們將過多的注意力集中在遠(yuǎn)程抄表上，但是遠(yuǎn)程抄表僅僅是智能電表最基本功能之一。”尹天文講，“從遠(yuǎn)期來看，智能電表在家庭用戶中，它就是一個微型能源管理和信息管理的路由器，所有的信息都集中在這個表上，通過這個表來連接用戶和供電企業(yè)。今后的智能電表可實現(xiàn)雙向通信和雙向計量，以實現(xiàn)用戶與電力公司之間的電能買賣與應(yīng)用管理。”

3.智能樓宇系統(tǒng)

是指具有建筑照明自動控制、家電控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全防范、情景控制等功能，可實現(xiàn)樓宇或家居智能化和高效能源管理的系統(tǒng)，主要包括節(jié)能型照明和空調(diào)管理系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、火災(zāi)預(yù)警與報警系統(tǒng)、防入侵和防盜等系統(tǒng) 。

“智能樓宇系統(tǒng)目前有許多技術(shù)需要攻克，”尹天文指出，“智能樓宇系統(tǒng)最簡單的實現(xiàn)單元就是智能家居。”智能家居系統(tǒng)就是將節(jié)能型的照明、空調(diào)、家電等系統(tǒng)集成在一個平臺上，并且可以交互式遠(yuǎn)程監(jiān)控。由若干智能家居單元可構(gòu)成智能樓宇或智能化小區(qū)，其中要解決很多問題，比如海量數(shù)據(jù)的高速處理、各種系統(tǒng)的匹配和兼容，以及智能樓宇里分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)的集成問題等。

“由這三大系統(tǒng)構(gòu)成的智能用戶端是我們低壓電器行業(yè)發(fā)展的方向，在智能電網(wǎng)的大力推動下，智能用戶端今后會發(fā)展很快，因為過去我們在這些環(huán)節(jié)基礎(chǔ)還非常薄弱。”尹天文強調(diào)，“基于智能電網(wǎng)的概念，上科所已經(jīng)著手制定智能電網(wǎng)用戶端的整體規(guī)劃。”

“如果沒有整體的解決方案，實際能起到的作用是微乎其微的，”尹天文解釋道，“因此對于之前提到的三大系統(tǒng)的構(gòu)成、涉及的技術(shù)、要形成的系統(tǒng)與產(chǎn)品等都要進行整體規(guī)劃。”

“之后，我們將根據(jù)規(guī)劃搭建一個試驗平臺，也是演示平臺。”尹天文進一步介紹說，“這一平臺將有兩大功能，一是測試與試驗功能，檢驗研制出的產(chǎn)品是否滿足智能電網(wǎng)的要求；二是演示功能，將我們對于智能電網(wǎng)的理解形成具體的演示平臺，引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展與市場推廣。”

據(jù)介紹，上科所將用戶端三大系統(tǒng)中的每一部分都劃分為三個階段，進行實施智能用戶端的建設(shè)。

第一階段的目標(biāo)是開發(fā)一些簡單的基礎(chǔ)設(shè)備，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，搭建基礎(chǔ)性系統(tǒng)。智能電器及系統(tǒng)方面，符合智能電網(wǎng)要求的第四代產(chǎn)品將陸續(xù)進入市場，在此基礎(chǔ)上，上科所將基于3S-Net搭建新一代的智能配電與控制系統(tǒng)。能源管理系統(tǒng)方面，將先攻克智能電表，然后建立一些小型的能源管理系統(tǒng)，重點實現(xiàn)有效的負(fù)荷控制。智能樓宇系統(tǒng)方面，第一階段將先解決智能家居的問題。除上述系統(tǒng)建設(shè)外，上科所也將著手進行配套標(biāo)準(zhǔn)的制訂，做好基礎(chǔ)工作，并盡量多地進行示范工程的建設(shè)。

第二階段將上升一個層次，完善整個系統(tǒng)，使配電領(lǐng)域主要的低壓電器產(chǎn)品與系統(tǒng)全面滿足智能電網(wǎng)需求；能源管理系統(tǒng)將攻克新能源的接入切出與儲能技術(shù)；智能樓宇系統(tǒng)方面則要實現(xiàn)智能樓宇、智能小區(qū)，并進一步加強智能用戶端的市場推廣。

第三階段將是完善應(yīng)用期。根據(jù)上科所的整體思路，前五年是關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和示范應(yīng)用階段，后五年則是在此基礎(chǔ)上不斷完善產(chǎn)品與系統(tǒng)和市場推廣與應(yīng)用階段，將使智能電網(wǎng)的整個系統(tǒng)從上到下全面貫通，全面實現(xiàn)智能電網(wǎng)總體目標(biāo)。

“我們在智能用戶端上已經(jīng)做了大量的準(zhǔn)備工作，按照智能電網(wǎng)的要求，在不久的將來我們不僅可以提供智能配電網(wǎng)與用戶端系統(tǒng)的整體解決方案，而且還能夠提供具有國際先進水平的智能電器產(chǎn)品。”尹天文最后講，“隨著國家智能電網(wǎng)規(guī)劃對用戶端的逐步重視，并伴隨著我國自主研發(fā)的第四代產(chǎn)品的不斷推出，我認(rèn)為我國的低壓電器行業(yè)在智能電網(wǎng)建設(shè)中必將大有作為，前所未有的歷史機遇將使低壓電器的發(fā)展再次騰飛。”