基于高級量測體系和需求響應的互動配網

唐志偉，陳奇志，孫菡婧

（1.廣東電網公司 佛山供電局，廣東 佛山 528000；

2.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031；3.東北電力大學，長春 132012）

步入新世紀以來，資源逐漸短缺與能源需求不斷增加的矛盾日益突出，用戶的用電要求也在不斷提高，電力行業正面臨前所未有的挑戰。為尋求解決之道，世界各國開始對智能電網展開研究[1—3]。

與用戶良好互動是智能電網的主要特點和建設目標，旨在攜手用戶共同應對新形勢下的電網危機。高級量測體系AMI(advanced metering infrastructure)是智能電網的重要組成部分，在電力市場競爭中引入需求響應DR(demand response)則是電力體制改革的必然要求[4]，兩者的相互協作為互動配電網的發展帶來了機遇。

1AMI概述

1.1 AMI的定義

智能電網是當今世界電力系統發展變革的最新動向，并將引領21世紀新能源革命。AMI是智能電網的電能計量系統，它包含了多種軟硬件技術，是一個全面可配置的基礎設施。AMI的功能是以每小時或更高的頻率記錄用戶的電能消耗或者其他參數，并通過通信網絡將測量數據傳輸到計量中心[5—6]。隨著研究的不斷深入，AMI又被賦予了新的要求——實現電網與用戶的緊密相連。檢測、通信和信息技術的長足進步大力促進了AMI的發展，AMI已經成為全球智能電網建設的熱點項目。

1.2 AMI與遠程自動抄表技術

遠程自動抄表技術AMR(automatic meter reading)是配電自動化的電能計量系統，作為目前比較先進的一種抄表方式，與AMI之間有著密切的聯系。AMI與AMR在結構上具有一定的相似性，如圖1所示。

但與AMR相比，AMI有了一些革命性突破，是AMR的進一步發展，具體表現為：

（1）電能表的功能更加強大。AMI的可編程智能電能表不僅能夠分時計價，還能記錄電壓、電流、功率因數、頻率、用電事件等實時數據，并且能夠遠程拉合閘。

圖1AMI與AMR的結構示意圖

（2）網絡實現雙向通信。AMI的通信網絡不再只是簡單的數據上傳通道，實時、高速、雙向的通信技術，為滿足智能電網的互動特性奠定了基礎。由于各國具體情況不同，對通信方式的研究也存在差異，國內熱衷于電力線載波（PLC），歐美則把重心放在了無線傳感器網絡（WSN）。

（3）計量中心的數據庫得到優化設計。將電能表采集數據與業務數據(如：用戶信息、地理信息、停電管理)整合是當前計量數據管理的發展趨勢[7]。通過對有機整合后的數據加以分析，可以進一步提高電力部門的需求側管理水平。

（4） 開放用戶門戶CP（consumer portal）[8]。CP為電網提供了一個面向市場的智能接口，使電網與用戶能夠實現雙向交流。可以認為CP是一項功能，其功能依靠其它設備(如：個人電腦、智能手機、智能電能表等)來實現。

2 AMI與DR協作下的互動配網

電網互動化是智能電網的主要特征之一[9—10]，也是中國電網現代化的核心[10]。電網互動主要體現在3個方面：洲際能源互動，國內跨區域電網互聯以及電網與電力用戶的廣泛聯系。跨區域電網互聯以特高壓直流輸電技術為支撐，配網側的互動則依靠AMI與DR的協作來實現。

2.1 AMI為實現互動提供全方位技術支持

當前電力市場環境下的大部分用戶是固定的“負荷”，只能被動的接受供電方的調配，無法主動參與電網的削峰填谷。作為一個高度集成的技術體系，AMI的出現為配網互動化創造了條件。智能電能表采集的豐富數據能使用戶充分了解自身用電行為，雙向通信網絡及CP則為電網企業與用戶互動開辟了渠道。

2.2 DR賦予了互動內涵

AMI框架下關注的焦點是如何運用技術手段搭建互動平臺，DR的主題則是用戶，而非某項具體的技術或產品，需要供用電雙方共同參與才能實現。DR是指供電方為應對供電成本提高或系統穩定性問題，向電力用戶發出價格或激勵信號，用戶做出響應并改變固有的用電模式，參與電力市場[11—12]。DR體現著以人為本的思想，從平衡雙方需求的角度去設計互動內容，賦予了互動內涵。

2.3 AMI與DR共同推進配網互動化

圖2從電力公司管理方與電網用戶互動的角度詮釋了未來配電網的組織形式以及互動配網的運作流程。

圖2 互動配網運作流程

借助AMI中的智能電能表和通信網絡，電力公司的需求側管理人員能夠在第一時間獲得用戶的用電情況和電網參數，并利用智能化的配電管理系統對采集數據和系統運行狀態進行在線分析，一旦滿足互動觸發條件（如：監測到用戶異常用電行為，電網峰谷差過大，供電成本變化），即刻啟動DR項目，綜合用戶類型（如：企業、機關、學校、居民等）等多方面因素制定差異化的時變電價和激勵策略。

用戶在獲悉用電環境的變化后，從維護自身利益的角度出發選擇是否響應。響應又分為用戶直接調整用電負荷和委托電力公司進行遠程管理2種方式，除選擇了DR可中斷負荷項目的用戶會承擔一定的風險（違約受到的處罰），其他響應者都將根據在電網移峰填谷等方面所做的貢獻獲得公平合理的補償。

如果同一類用戶中參與互動的人數沒有達到預期目標（根據長期需求側管理經驗制定），則將發送給用戶的DR方案進行評估，評估模型是一個考量了用戶反饋意見、設備的交互能力及適用性、綜合效益（經濟效益、社會效益、環境效益）而建立的多指標體系。通過評估，對方案進行優化，力求更加貼近用戶實際需求，提高互動參與率，同時也為配網互動化向高水平發展提供有價值的指導和參考。整個互動過程電力公司管理方主要發揮引導作用，而用戶可以自行決定是否參與電網運行調節，從根本上改變了用戶長期以來所處的被動地位。

供需雙方的交互是一個動態過程，以信息的公開透明為前提，AMI和DR則是貫穿互動始末的兩大要素。AMI為拉近電網與用戶間的距離提供技術支持，而合理部署DR項目則是供需雙方能否成為合作伙伴，實現雙贏的關鍵，只有兩者相輔相成，相互協作，才能促進智能配電網的互動化向高水平發展。

3 關于互動配網技術特點的展望與思考

當前國內多個地區和城市相繼開展智能電能表改造工程，智能電網的建設已經在配網側率先啟動。

作為未來智能電網要實現的重要目標，互動化的配電網至少要包含以下幾個技術特點，如圖3所示。

圖3 互動配網的技術特點

（1）高效。近年來，極端惡劣天氣和各類自然災害頻繁出現，發生和持續時間往往也難以提前知曉。不確定因素增加了電網安全運行風險，同時也使用戶需求產生難以預測的變化。在全面開放的電力市場中，電力公司應針對市場環境的波動，迅速部署DR項目，發出價格與激勵信號。用戶則能通過簡單、易操作的方式及時接收信息并做出回應。高效的互動有助于在短時間內優化電力資源配置，平衡供需矛盾。

（2）經濟。用戶對電力銷售價格的預期水平是不變或逐步降低的，電力價格的上漲空間將越來越小。智能電網的建設將使電力企業加大投資力度，進一步壓縮其效益空間。我國電網建設還長期存在重輸輕配的問題，配電網投資相對不足，因此，互動過程要體現低成本高收益，比如：供電方可以集中采購節能設備和分布式發電裝置，再以低息甚至零息鼓勵用戶貸款購買，也可以把節能設備租賃給用戶。總而言之，電力公司要力求運用有限的資源為用戶提供服務，同時減少希望參與需求響應的用戶在資金方面存在的障礙。

（3）靈活。2010年年初，國務院會議正式決定推進電信網、廣播電視網與互聯網三網融合，以加強三者間的技術改造和資源共享，促進多媒體通信業務的綜合發展。電力企業應該抓住這一契機，與其他部門展開廣泛合作，深入宣傳互動理念，讓用戶充分意識到參與DR給自己和整個社會帶來的好處與實惠。同時利用各方優勢拓寬互動渠道，方便用戶根據自身情況靈活選擇，進一步提高用戶參與互動的積極性和便捷性。

（4）安全。互動電網時代將有更多的信息涌入電力系統，信息的泄露會導致用戶對供電企業失去信任，打擊互動參與熱情；擾亂電力市場秩序，妨礙企業公平競爭。因此，信息安全問題不容忽視，電力公司從業人員不僅要自覺遵守相關法律法規，在技術上還要加強保障，比如通過嚴格的權限管理與身份認證，防止非法用戶訪問他人數據；用戶也要提高自我保護意識，不要隨意將信息告之第三方，通過雙方共同努力，營造一個安全的互動環境。

4 結束語

電力是我國的支柱能源和經濟命脈，當代工農業的發展都離不開電力的支撐。到2020年，要實現人均國內生產總值比2000年翻兩番，國民經濟的騰飛將使電力消費持續快速增長，電力供應面臨嚴峻挑戰。

有研究發現，DR項目在高峰時段減少的需求在非峰時段并不會完全反彈，保守估計可以減少4%的總能源需求，甚至還能達到11%。雙方的信息交互，還有助于完善供電企業的管理制度，培養用戶自覺節能意識。我國人口基數大，并且火力發電在電力生產結構中仍處于主體地位，如果全社會的用電行為缺乏必要的引導和干預，勢必造成資源的嚴重浪費，同時也會加劇生態環境的污染。實現配網互動化是我國國情和電網發展的必然選擇，將在保障經濟社會可持續發展、緩解供電壓力、提高電網安全運行水平、普及低碳生活等方面起到舉足輕重的作用。

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