智能配用電業務探討

余 昆，徐石明，楊永標，黃 莉，吳立杰

（1.河海大學能源與電氣學院，南京 211100；2.南京市智能配用電工程技術研究中心，南京 201100；3.國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

分布式發電、儲能等系統接入配電網后，改變了配電網的物理結構，使其成為有源網絡。一方面，配用電環節的調控手段更加豐富；另一方面，電力用戶和外部環境對配用電的要求更高，因此開展智能配用電業務、提高配用電環節的智能化水平是電網發展的必然要求。

近年來，關于智能配用電相關的理論和技術研究已成為配用電領域的熱點。配電環節的研究集中在智能調度［1］、自愈控制［2－4］、分布式電源和電動汽車充電站規劃［5，6］、電動汽車及微電網等運行控制與協調優化［7，8］，用電環節的研究則集中在智能終端、高級量測［9］、需求側響應［10］和用戶互動［11］等方面。這些研究從不同角度對智能配用電進行了闡述，但未能建立系統的智能配用電業務。

本文從分布式電源、微電網、電動汽車等新興元素接入以及電力用戶的新需求出發對智能配用電的業務需求進行分析，建立智能配用電業務架構，為開展智能配用電技術研究和電力公司構建智能配用電業務提供依據。

1 智能配用電需求分析

1.1 智能配用電的建設目標

隨著各種分布式電源、電動汽車等分散接入到配網和用戶側，從根本上改變了配電網的物理形態，配用電環節都將出現電源，成為有源網絡。配用電過程中的電力能量流發生了巨大變化，不僅可以由大電網經配電網供電給用戶，也可由配電網直接送電給用戶或者用戶自己生產電能并就地消納，甚至用戶側多余的電能還可在適當時候送入電網獲得經濟效益。分布式電源上網運行、電動汽車充放電等功能的協調依賴于用戶和電網之間建立的信息互動渠道，實時準確的信息互動是實現智能配用電的基礎，需要通過高級傳感技術、量測技術、智能終端和智能電表等支撐技術與設備的應用，用戶可隨時獲知配電網絡的運行狀態信息和電價信息、電力公司可隨時獲知用戶的用電信息，形成雙向信息互動。在雙向電力能量流和雙向通信網絡基礎上，為了提高配電和用電的智能化程度，電力公司需要對配用電業務進行調整以適應上述變化，要求建立跨部門決策業務模式。可見，智能配用電是對傳統配用電的本質改變，可從能量流、信息流、業務流3個方面來描述，如表1所示。

表1 配用電的發展變化關系

同時，智能配電和用電作為智能電網建設的兩大環節，力求實現全社會最優，其建設目標可以從電力公司、用戶和社會三個角度來闡述，如圖1所示。

圖1 智能配用電的建設目標

1.2 智能配電的業務需求

從各種類型的分布式電源、集中／分散儲能裝置、電動汽車等新元素廣泛接入配電網，上述的智能配用電建設目標，以及國家電網公司提出的“三集五大”體系建設需求來看，對配電網的規劃、運行、檢修相關業務提出了新的需求，需要建立智能配電業務。如圖2所示，在傳統配電業務基礎上，分別從相關業務的對象、智能化和應用功能等幾個方面出發，建立智能配電網規劃、運行控制和檢修相關的業務。

圖2 智能配電業務需求

太陽能光伏發電、風力發電等利用可再生能源進行發電，清潔無污染且不消耗化石能源，但這類發電受環境影響大，出力具有間歇性和波動性；另外，分布式電源并網運行時，安裝地點、容量和接入方式，及其與繼電保護配合不合理等因素可能會導致供電可靠性降低；分布式電源隨機接入會影響配電網的安全性，如果管理和監控不到位，還會給安全檢修、客戶用電安全等帶來隱患。所以，配電網規劃中需要考慮對分布式電源、微電網、電動汽車充放電設施等對象進行優化。同時，由于這些新元素的接入，配電網成為復雜的有源網絡，系統規模更加龐大，元件特性更加復雜，需要加強對配電網的監控，如果針對所有對象安裝測控裝置則投資巨大。因此，需要基于配電網的可觀性和可控性，兼顧安全可靠性和經濟高效性對監測點、控制點和二次系統進行優化規劃。配電網需要適應長時間的負荷需求，因此，進行合理規劃的前提是開展負荷、分布式電源的功率、電量預測業務。

由上述分析可知，智能配電網中含有分布式電源等多種新元素，在運行管理過程中，除了進行傳統配電網監控外，還需要對分布式電源、微電網、電動汽車充放電設施等新元素對象進行監控。新元素的接入為配電網的主動控制提供了更多的手段，同時智能電網建設要求提高配電網運行的智能化水平，因此開展配電網優化調度和自愈控制、電動汽車和中央空調等負荷的調度工作是重要的智能配電業務。通過配電網全壽命周期管理、智能故障搶修與停電管理可提高配電網的供電可靠性，同時還能減少不必要的檢修工作，實現對電力設備和物資的集約化管理。

1.3 智能用電的業務需求

除配電環節外，分布式電源、儲能系統等還會在用電環節接入電網，成為用電側的“源”，以及電動汽車等新型負荷出現，都增加了用電的復雜性。同時，為了靈活安全便捷用電，電力用戶針對智能用電在信息采集、營銷計量和增值服務業務提出了新的要求。電網側和用戶側都要求拓展傳統用電業務，建立智能用電業務。

用戶側分布式電源容量小，多分散在居民小區和建筑物中，由用戶自行控制，除滿足用戶自身用電外，還可倒送電給電網。根據用戶的電力電量需求彈性，協調各種用電設備的電能消耗，以及分布式電源、儲能系統、電動汽車和常規用電設備之間的能量流，可優化電力負荷曲線、提高用戶側和電網側的資源利用效率、實現能效提升與效益最大化。用戶感受是智能用電的最直接檢驗，除了業務變更、計量繳費、電價電費管理、用電檢查、防竊電管理等基本電力營銷業務外，要求電力公司向用戶提供增值服務，包括用能監測與能效分析、用電優化與智能控制、信息發布與電能交易、智能家居與社區服務等業務。

電力公司和電力用戶在能量和業務上的這種雙向互動，需要用電信息采集作為支撐。分布式電源、電動汽車充放電設施、儲能系統等接入后，擴大了用電信息采集的范圍，不僅涵蓋各類常規電力用戶、電力專線、專用變壓器，還有分布式電源、電動汽車、儲能系統等接入用戶側的新元素。采集對象的擴展、采集參量的增加、電力用戶安全便捷用電要求的提高，需要借助智能電表、多種通信方式以及各配用電信息系統融合，分別向電力公司和電力用戶提供上述智能配用電所需要的數據支持，實現智能用電服務業務，幫助電力用戶做出最聰明的用電決策，增加用電的靈活性。

2 智能配用電的業務架構

2.1 智能配用電業務的總體架構設計

智能配用電業務包含了分布式電源、微電網、電動汽車等新對象，重點需要建立能夠提高配用電智能化水平的業務，實現業務主體多方共贏的目標。可從智能配電網規劃、配用電運行監控、設備資產全壽命周期管理、故障與停電管理、營銷與客戶服務、計量計費、分析與決策7個方面構建智能配用電的業務架構，如圖3所示。

圖3 智能配用電業務體系架構

分布式電源、電動汽車、儲能系統等靈活接入到配電側和用電側，對電力用戶的用電方式產生了一定的影響，配用電業務都需要計及這些新元素，在避免其負面影響的同時充分發揮其作用，提高各項配用電業務的智能化程度。配用電設備從計劃、采購、直到報廢進行全壽命周期管理，為實現智能配用電提供設備狀態、預期剩余壽命、故障率等基礎信息。在此基礎上，對電能生產和使用全過程的智能化分析，通過智能配電和智能用電環節之間的電力流、信息流、業務流交互實現智能配用電。

2.2 跨部門協調業務分析

電力企業的正常生產運行建立在多個專業部門的相互協作基礎上，尤其實現上述的智能配用電目標更需要跨部門協調。比如，合理的網絡結構和電源分布是實現智能配用電的基礎，綜合考慮配電網的現狀、歷史運行情況和負荷的發展趨勢才能實現科學的配電網規劃方案。從時間和空間維度對電力負荷發展、電源需求的準確預測需要分別從營銷部門和生產部門獲取信息；配用電設備缺陷等運行信息、分段聯絡開關和配用電測控需求信息需要從生產部門和運行調度控制部門獲取；在獲取了完整的配用電一、二次系統數據基礎上，進行智能配電網規劃、設計，以此為指導實施配電網建設。換句話說，智能配電網規劃需要多個業務部門配合才能實現。

前一節所述的典型業務同樣如此，需要多個業務部門分工協作完成工作。總的來說，智能配用電需要各種信息系統作為技術支撐，因此，實現跨部門業務系統之間的信息交互和應用集成是建設智能配用電的業務需求。

3 智能配用電關鍵業務分析

智能配用電要求對傳統配用電業務進行調整，并增加新的業務，以配用電環節相關信息為基礎，在智能配用電業務過程中充分利用各種先進技術，提高配用電的智能化程度。

3.1 智能配電關鍵業務

分布式發電、儲能系統等新元素接入配電網，成為配電網中的“源”，并且分布式電源的出力可控性較差，分段聯絡開關反映了配電網運行的靈活性，這些對象的接入類型、位置和容量直接關系到配電網的安全可靠運行。負荷預測作為配電網規劃的基礎，要求實現在時間和空間上進行準確預測，即對源和荷在配電網中的時空分布預測是建立遠景規劃方案的關鍵，智能配電網規劃是實現智能配用電的關鍵業務。

電力用戶響應政策機制進行負荷調節，可減少負荷峰谷差、平滑負荷曲線，由于電力系統要求供需瞬時平衡，所以配電網的可供電能力必須大于負荷需求，通過負荷調度降低高峰負荷可大大減少電網的建設投資，也就是說，考慮分布式電源和負荷參與的智能配電網優化調度是關鍵業務之一。同時，由于配電網處于末端，其供電可靠性直接影響用戶的供電，以預防為主的自愈控制正是為此而提出又一關鍵業務。

3.2 智能用電關鍵業務

智能配用電允許并要求用戶參與電網互動，互動的基礎是雙方供用電信息的互通。實現智能配用電需要對用戶內部的用電信息進行采集，同時增加對分布式電源、電動汽車等新配用電對象的數據采集，這些對象規模大、分散廣，實施高級量測技術采集各種用電和電價信息，通過合理的電價使用戶自主選擇電動汽車、儲能裝置的充放電時間和選擇分布式發電功率的使用路徑等。所以配用電信息的高級量測是實現智能用電的關鍵業務。

電力公司和用戶是矛盾的雙方，前者需要采集客戶用電信息和用電需求，通過提高服務質量贏取更多的使用電量；后者作為電能受體，尋求經濟實惠的電價政策和方便快捷的電力服務。因而，電力公司需要響應客戶的用電需求，開展定制電力、綠色電力、多渠道繳費、節能減排等增值服務；電力客戶響應電力公司的電價政策，選擇恰當時機分布式發電上網運行和對儲能裝置進行充放電。另外，政府提倡節能減排，大多數分布式電源屬于清潔無污染的發電方式，因此用戶側的能效服務也應作為增值服務。兼顧二者利益的營銷服務手段，可有效提高電力公司和用戶的綜合效益，是建設智能用電的關鍵業務。

4 結語

分布式電源、微電網、電動汽車等新興元素接入以及電力用戶的新需求對智能配用電業務提出了新的需求。本文在分析配用電在能量流、信息流和業務流的發展變化，以及和“三集五大”體系下智能配用電的建設目標基礎上，對智能配電和智能用電的業務需求進行了分析，并構建了涵蓋七大業務范疇的智能配用電業務體系架構。針對智能配電，從智能配電網規劃、智能調度、自愈控制三個關鍵業務進行具體分析，針對智能用電，具體分析了高級量測、增值服務等關鍵業務。本文的智能配用電業務分析為開展智能配用電技術研究提供依據，同時為電力公司的業務發展提供參考。

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