基于電力能效的智能用電小區建設研究

王 健，熊莉娟，張雪芹，靳曉剛

（ 1.太原供電分公司，山西太原 030012;2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

當前為滿足經濟社會快速發展的用電需求，促進節能減排，國家電網公司積極推動電網發展方式的轉變，確立了建設智能電網的發展戰略，包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的現代電網。其中整體電力能效提升作為智能電網的重要組成部分，是社會各界直接感知和體驗智能電網的主要落腳點。

為達到電力能效穩步提升的目標，2010年國家電網公司部署了節能服務體系建設工作，架構了三級能效總體平臺，并重點開展了智能用電小區、智能用電小區等建筑用電領域的節能關鍵技術研究，進行相應的試點工程建設，引導用戶主動開展需求側響應，增強負荷平衡能力，提高電網設備利用率及電網運行效率。通過用電端能效提升研究與建設，大幅提高總體電力能效，為國家電力需求側管理與節能減排工作提供技術支撐與技術服務。

山西省電力公司太原供電分公司開展了智能用電小區的研究及綜合示范工程的建設，經過反復多次勘察，考慮到實施的全面性、先進性，選擇太原萬達小區進行智能用電小區的建設。通過該項目的實施和示范，充分展示國網公司在用電信息采集，智能配電、電能質量治理、清潔能源開發、智能用電、智能家居、能源綜合利用及能效管理方面的能力、實力及效果;充分引導城市受眾感受智能電網帶來的切身變革、便利和實用性;充分引領用戶對科學用電、合理用電、有序用電、綜合節能、雙向互動、清潔能源等方面的認知和感受，讓城市居民最終感受到智能電網帶來的生活品質的提高。

1 基于電力能效的智能用電小區總體設計

根據GB/T50314－2006，智能建筑是指以建筑物為平臺，兼備信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統等的建筑。到目前為止，智能用電小區大多側重于小區信息化、自動化系統的建設，而電力能效，尤其是電力需求側響應、與電網互動方面的建設研究幾乎很少涉及，與之相關的節能服務也開展的很少。2011年8月31號國務院發布的“十二五”節能減排綜合性工作方案，明確推動建筑節能作為綜合方案的重要方向之一。鑒于目前小區信息化及自動化建設的普及，因此未來智能用電小區重要發展方向將是節能環保，尤其是提升小區電力能效。

作為全球最大的公用事業企業，近年來國家電網公司以高度的社會責任感，積極致力于推動電網技術的創新與發展，推動能源開發和利用方式的變革，特別是在貼近用戶側，致力于開展智能用電及電力能效方面的技術研究及試點建設工作，成立了網省級節能服務公司開展相應工作，并組織編寫了節能服務體系報告，能效總體構架方案，智能用電小區、智能用電樓宇等一系列的規范。其中電力能效系統總體架構及基于電力能效的智能用電小區總體設計結構如下圖所示。

圖1 電力能效系統總體架構

圖2 智能用電小區總體設計結構

由圖可見智能用電小區架構不僅包含了原有的小區信息化、自動化的系統、而且還包含了分布式能源及儲能、電動汽車充電設施、小區配電及電能質量、電力需求側響應及與電網互動，能效綜合管理等方面的建設研究內容，因此基于電力能效的總體設計是在小區信息化、自動化的基礎上，有力的擴充了電力能效等重要建設研究內容，特別是考慮了與整個智能電網的一體化提升能源利用效率，不再是單一設備的節能、局部的節能、孤立的節能，而是整體上提升能源利用效率，能源使用質量，實現社會、企業、居民用戶的共贏。

2 基于電力能效的智能用電小區的建設研究

山西省電力公司太原供電分公司根據電力能效管理的整體系統架構及研究示范部署，結合萬達智能小區目前建設的實際現狀，經過詳盡的可行性分析，決定在現有基礎上進行小區電力能效提升建設，將小區改造建設成基于電力能效的全國智能用電小區樣板。一方面，充分落實節約資源、保護環境的國家政策，研究建筑光伏一體化，實現節能降耗、污染減排的目標;另一方面，引導科學合理用電，響應電網錯峰，實現避峰填谷，提升總體電力能效，充分展示智能電網經濟高效、節能環保的內涵。

試點工程建設的主要內容為:數據采集系統建設，實現能耗及環境等基礎數據的采集匯總;小區配電監控系統建設，實現智能配電及變壓器經濟運行;小區建筑設備節能系統建設，實現小區建筑機電設備能源管理;光伏建筑一體化建設，實現清潔能源有效利用;電動汽車充電設施建設，實現綠色交通支持;電能質量監控系統建設，實現電能質量監測及治理;雙向互動服務，提供客戶信息查詢、受理客戶多重業務、提供客戶用能策略、提供客戶多渠道繳費:智能家居，利用智能交互終端、通信網絡等，對家用電器用電信息自動采集、分析、控制和管理，實現家電經濟運行和節能控制;能效管理平臺建設，實現一體化集成管理及互動能效提升。其實現系統圖如下圖所示。

圖3 山西太原萬達智能用電小區建設系統

基于多子系統集成及功能需求，萬達小區上層能效綜合管理平臺研究設計采用了分層分布式結構，系統自上而下共分以下三層:監控管理層，為現場操作人員及管理人員提供充足的信息，包含小區供用能信息、電能質量信息、各子系統運行狀態等，制定優化策略，通過聯動控制實現能效管理，提高經濟效益及環境效益，并實現與省級能效平臺的互動;通信層，使用通信網關機將各個子系統所使用的非標準通信協議統一轉換為標準的協議，將監控數據傳輸至智能用電小區能效管理平臺，并通過電力專網與上層能效平臺進行數據交互;現場設備層，是分布于小區高低壓配電柜中的測控保護裝置和各個典型設計處子系統的傳感終端，完成采集數據及設備控制功能。系統界面如下:

目前太原供電分公司正在試點建設省級能效平臺，根據電力能效系統總體架構，兩級能效平臺互動還可以實現單位能源總體運行狀況分析、配電網運行分析、能耗指標比對與能效評估、遠程能效診斷與處理、電力需求側管理及有序用電管理等功能。萬達小區的示范建設為省級能效平臺的建設提供了有力的支撐，為山西省即將開展的節能服務提供了有效的研究途徑。

圖4 山西太原萬達智能用電小區軟件系統

3 結論

通過太原萬達智能用電小區試點工程的建設研究，充分研究了小區電力能效提升的方法，使得小區能效管理工作能夠“變抽象為形象、變經驗為科學、變被動為主動、變局部為系統”，改變以往節電主要靠單一產品和局部技術改造的做法，通過電力能效管理整套解決方案，降低用電成本，有效提高綜合經濟效益。

通過該智能用電小區試點工程的建設研究，充分體現了智能電網在指導用戶科學合理使用能源、節能減排、加強為用戶提供增值服務等方面所發揮的作用;使得用戶可以了解家里及小區用電設備系統的詳細用電數據、可以根據需要合理調整設備運行參數和運行計劃、可以利用分析結果請第三方開展有針對性的節能服務工作、還可以實時分析能源利用狀況采取日常管理實現持續的管理節能;從而增強用戶科學合理用電、節約用電、綜合節能、雙向互動、清潔能源、清潔交通等方面的直觀認知，感受電力能效提升帶來的切身變革、便利和實用性，進而標準化、規范化相關的應用建設、確保基于電力能效的智能用電小區健康有序發展。

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