基于實時電價的智能用電系統(tǒng)

北京朝陽電力實業(yè)開發(fā)有限公司 吳 雪 崔 行

當前所實施的智能用電本質(zhì)上就是通過現(xiàn)代化的信息技術(shù)，對價格進行優(yōu)化調(diào)整，并與用戶之間建立一定的聯(lián)系，并將這種電力負荷需求理想化。基于這一用電目標，逐漸衍生出了智能電網(wǎng)。

在相關(guān)管理體系以及國家管控政策的規(guī)范下，我國的智能用電發(fā)展經(jīng)歷了三個時期：用電負荷管理—峰谷電價調(diào)節(jié)—實時電價發(fā)布。

用電負荷管理這一理念是國家電力科研機構(gòu)在20世紀八十年代初所提出的，也是最早出現(xiàn)的關(guān)于智能用電的理論。在這一時期，整體用電需求非常大，國家供電系統(tǒng)難以滿足，電力負荷較高，因此一旦用戶的用電負荷超過標準時，就會報警來提示用戶降低用電，如果警示之后用戶并沒有降低，則會遠程強制性降低負荷。在這一時期，我國的用電管理理念有了明顯突破，在管理的同時也注重了用戶的作用。

之后經(jīng)過不斷的發(fā)展，當前國內(nèi)的智能用電體系已經(jīng)發(fā)展為實時電價發(fā)展階段。而如何發(fā)展探索出最佳的適合我國用電現(xiàn)狀的智能用電，始終是各個學(xué)者探討的熱點，筆者通過研究提出一些觀點。

1 智能用電的相關(guān)信息與政策

智能用電與電價政策。國內(nèi)電價正處于管制階段，所以不能用電價來分析電力的供求關(guān)系，一旦出現(xiàn)需求問題時，無法做出準確地判斷和及時的干預(yù)，常常會損失較高的電力資源。

理想化的電價狀態(tài)為，企業(yè)結(jié)合實際供需關(guān)系和電力資源現(xiàn)狀來綜合分析之后，進行實時定價，通過這種對價格的調(diào)制來影響用戶的需求，從而將電力負荷控制在理想化狀態(tài)下。所以智能用電的發(fā)展必然要對電價管制做出調(diào)整。

理想化的電價固然有很多優(yōu)點，但具體操作時將會面臨各種問題，難度較大。如果就某個區(qū)域內(nèi)的電價進行控制，則會出現(xiàn)各種不同的電價，這些零散的電價方式會導(dǎo)致用戶產(chǎn)生疲倦，并抑制了價格杠桿的作用發(fā)揮。同時，過多的電價種類還會為決策制定，以及信息處理等帶來龐大的工作量，從而產(chǎn)生較高的管理成本[1]。

而電力企業(yè)想要獲得更高的經(jīng)濟效益，就會更加具體細致的進行用電時段的劃分，同時給出科學(xué)的處理決策，從而有效促進電力負荷理想化的實現(xiàn)，減少管理成本。通過對每天的用電負荷進行時段劃分，并靈活制定針對性決策，不僅可以為企業(yè)創(chuàng)造收益，還可以促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。基于這一用電調(diào)控策略，政府可以積極引導(dǎo)企業(yè)制定出更加豐富多樣的電價，從而進一步實現(xiàn)更加精細化的電力調(diào)控。

2 基于實時電價的智能用電系統(tǒng)

2.1 智能用電系統(tǒng)組成

根據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)實施的具體現(xiàn)狀，本文制定出其相應(yīng)的電力系統(tǒng)框架圖，主要包括了九大功能模塊，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 智能用電系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)

從經(jīng)濟可行性方面來分析，該智能用電系統(tǒng)可以在遠程信道和智能電表中借助本地信道實施通信，從長期運行發(fā)展方面來分析，該系統(tǒng)中的智能開關(guān)在之后可以利用智能家電進行替代[2]。

2.2 主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)中下設(shè)了4個子系統(tǒng)，分別為信息采集、營銷服務(wù)、負荷預(yù)測、策略制定發(fā)布。筆者將針對4個子系統(tǒng)分別展開功能闡述。

2.2.1 信息采集

電力企業(yè)可以隨時監(jiān)管收集用戶的用電信息，實時關(guān)注用戶最新用電動態(tài)，準確掌握市場變化趨勢。通過將這些用戶的用電信息進行搜集管理，便于為后期的其他子系統(tǒng)運行提供依據(jù)。

2.2.2 營銷服務(wù)支持

根據(jù)信息采集來針對性的提供用電。可以結(jié)合不同用戶的用電需求制定出個性化和多樣性的供電服務(wù)；電力企業(yè)自身制定出詳細的實施流程，實現(xiàn)自動化服務(wù)，綜合提供抄表、電費管理、收費記賬、銀聯(lián)、購電、用電檢查等多種智能服務(wù)。

2.2.3 負荷預(yù)測

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的用戶信息，進行科學(xué)的分析預(yù)測，借助各種技術(shù)手段實時全面的分析監(jiān)測，從而判斷出整體的負荷狀況，并靈活制定電價策略。

2.2.4 電價策略制定發(fā)布

結(jié)合最終給出的負荷預(yù)測以及其他信息數(shù)據(jù)等，針對日時段內(nèi)制定出詳細的電價策略，并進行實時發(fā)布，還可以為用戶提供定期的電量查詢，電費結(jié)算以及賬單等個性化服務(wù)。借助排列組合算法來實現(xiàn)電價策略定制，所得到的結(jié)果能夠同時符合所有監(jiān)管中的日時段電價策略。電力企業(yè)的職責(zé)在于對未來每日內(nèi)的電力負荷進行準確預(yù)測，在輸入電價策略之后，子系統(tǒng)進行運行，能夠自動得出最佳的電價策略，然后發(fā)布給用戶，從而實現(xiàn)智能化的電力負荷調(diào)控。

開展電價日時段策略的優(yōu)點在于，這種定價方式可以有效解決定價不足或者遺漏的各種問題，能夠避免供求曲線之間出現(xiàn)的失誤，同時這種定價方案能夠緩解通信壓力，將電力負荷始終控制在理想化范圍內(nèi)。

實時電價日時段策略同樣具備很好的擴展性，該策略不僅可以實現(xiàn)當前的用電需求，還可以實現(xiàn)智能化的用電需求，也就是說當所發(fā)布的策略每天的內(nèi)容都相同的情況下，電價的種類將會縮減到對應(yīng)的三個時段，此時智能電表可以實現(xiàn)峰谷電價的需求統(tǒng)計。同時，這種多樣化的電價策略還可以提供非常智能化的用電服務(wù)。

由于該策略具有擴展性，為電力企業(yè)進一步實現(xiàn)智能用電發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.3 遠程信道

該模塊的主要功能在于，上行信道實現(xiàn)智能電表和終端用戶之間的信息傳輸，下行信道實現(xiàn)電價策略的實時發(fā)布。同時，支持遠程對預(yù)設(shè)的時間進行抄讀或者自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在實時監(jiān)測過程中，需要警示時將會根據(jù)設(shè)置標準及時上報。此外還附加其他增值服務(wù)，能夠滿足不同用戶的用電需求。

當前，實時智能用電系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問題在于配用電側(cè)通信技術(shù)。由于不同區(qū)域經(jīng)濟實力的參差，所以對應(yīng)的遠程信道也要根據(jù)實際情況進行設(shè)置。在運行范圍內(nèi)，要分別對經(jīng)濟、技術(shù)等各個要素進行全面的分析考量，從而篩選出最佳的技術(shù)，然后實施建設(shè)。如果是剛建成的配網(wǎng)線路，企業(yè)可以利用光纖復(fù)合相線技術(shù)進行協(xié)助，同時配置遠程信道。技術(shù)始終是在更新變化的，因此電力公司可以提高自身的研發(fā)實力，探究出更加先進的配電技術(shù)。

2.4 智能電表

功能設(shè)計原則。智能電表在整個智能用電系統(tǒng)中占據(jù)主要地位，發(fā)揮核心作用，其功能結(jié)構(gòu)均要滿足國內(nèi)實際用電現(xiàn)狀，還要符合現(xiàn)階段的配用電側(cè)通信信道發(fā)展。將其具體的設(shè)計原則可以總結(jié)為三個方面：分布式能源的連接、通信信道的負荷力、互動的便捷性。

智能電表根據(jù)實際需求具體包含了六大功能，具體內(nèi)容如下。

2.4.1 計量功能

國內(nèi)當前主要使用的是單相電表和三相功能電表。其中，單相電表可以實現(xiàn)用戶的正向有功電量計量，三相功能電表在單相電表的基礎(chǔ)上同時具備了正向無功電量、有功最大需求量等功能。

由于智能電表的設(shè)計原則要求滿足分布式電源的接入，因此需要具備反向有功電量無功電量以及各自最大需量的計量作用。

根據(jù)智能用電系統(tǒng)建設(shè)的實際需求來看，當前的智能電表還要能夠?qū)崿F(xiàn)不同峰谷時段的電量統(tǒng)計作用，并且考慮到后期長遠的發(fā)展，在具備該功能的基礎(chǔ)上還需要能夠?qū)崿F(xiàn)不同費率分時電價的功能。

2.4.2 費率和時段功能

智能電表的主站系統(tǒng)實時發(fā)出指令，進行費率和時段的劃分實施，這些都是主站系統(tǒng)負責(zé)的，并不是事前就已經(jīng)存儲好再根據(jù)時間段施行的。當電表在D-1日接到電價策略之后，將會直接發(fā)布給各個用戶，然后在D日零點開始實施策略。

2.4.3 控制功能

該功能能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)遠程對電表的管控，可以根據(jù)實際情況對電表進行調(diào)控處理，管理更加便捷。智能電表則借助開關(guān)信號或者脈沖來對繼電器等進行遠程操控，節(jié)省了人力物力。該遠程控制的優(yōu)勢對于一些預(yù)付電費的客戶來說，如果出現(xiàn)欠費時，企業(yè)可以遠程關(guān)電；或者當用戶進行供電商更換時，也可以借助遠程控制功能來提供相應(yīng)的服務(wù)。

2.5 本地信道

智能用電系統(tǒng)中更加注重和用戶的互動性，同時提供了針對性的營銷服務(wù)。如果智能電表的安裝和用戶的所在范圍出現(xiàn)偏差，將會限制與用戶的互動性發(fā)揮，所以需要增設(shè)本地信道，可以將用戶所需信息實時進行傳輸，便于用戶了解更加全面的用電動態(tài)。

本地信道當前主要包括小無線和電力線載波兩種，其中小無線主要采用的是Zigbee技術(shù)，電力線載波的波段類型為寬帶載波和窄帶載波。

2.6 互動終端

該模塊可進一步細分為四個子模塊，包括通信、控制、人機對話、電源。

其中，借助通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電表和本地信道的信息傳輸，和用戶之間實現(xiàn)信息傳輸，借助人機對話系統(tǒng)來將信息結(jié)果反饋給用戶。在終端中所發(fā)布的信息內(nèi)容通常包括以下五種：一是用戶當前實時的電價策略；二是用戶當前的電價；三是當前的電壓、電源；四是當前的碳排放量；五是剩余電費。互動終端上還額外增加了一些增值服務(wù)，包括企業(yè)為用戶所提供的各種個性化服務(wù)，如天氣、警報、門禁、生活服務(wù)等內(nèi)容。

此外，互動終端還可以對用戶實際用電過程中涉及的全部電器進行用電監(jiān)控。通過系統(tǒng)操作，用戶可以將所用的全部電器進行價格策略的設(shè)定，之后可以借助本地信道進行策略執(zhí)行，實現(xiàn)自動化電器用電管理。目前，該模塊已經(jīng)具備了借助智能開關(guān)來實現(xiàn)智能用電的功能。

借助互動終端模塊，能夠掌握用戶全部的用電信息，并對這些信息進行科學(xué)的分析預(yù)測，將最終分析得出的結(jié)果傳輸給用戶，用戶能夠?qū)崟r查看到最新的用電狀況，然后進行用電需求調(diào)整以及用電策略的選擇，更加靈活多變，實現(xiàn)了智能用電。

2.7 智能開關(guān)

對于一些工業(yè)用戶來說，通過智能開關(guān)可實現(xiàn)良好的智能用電服務(wù)。

在居民的日常生活用電中，智能用電和智能家電是不可能在短時間內(nèi)完全普及和實現(xiàn)的。目前，可以借助智能開關(guān)通過本地信道進行指令的傳輸執(zhí)行來對家電進行智能控制。

如果從長遠的發(fā)展來看，這種智能開關(guān)將會具備更多的功能作用，除了和本地信道匹配控電之外，還可以和傳感器進行連接，并進一步改進智能用電技術(shù)，同時可以更加精準全面地對所有用電設(shè)備進行實時監(jiān)控，快速實現(xiàn)信息的搜集分析，給出準確的預(yù)測結(jié)果和最佳的用電方案。

3 智能用電系統(tǒng)的特點

結(jié)合上述針對智能用電系統(tǒng)各個功能模塊的作用分析內(nèi)容來看，能夠發(fā)現(xiàn)智能用電系統(tǒng)可以實時進行電價策略的發(fā)布，在實現(xiàn)信息采集傳輸?shù)幕A(chǔ)上還要進一步實現(xiàn)自動化控制，注重和用戶之間的互動參與，最終實現(xiàn)節(jié)約能源，保護環(huán)境的目標。在信息化層面來看，具體包括信息的搜集、負荷預(yù)測等內(nèi)容；自動化層面則包括對用戶的電價策略設(shè)定，智能開關(guān)對電力設(shè)備的用電負荷調(diào)控等，通過互動終端用戶可以掌握更多的用電信息，同時設(shè)定針對性的家電電價策略。

總之，通過建設(shè)基于實時電價的智能用電系統(tǒng)，電力用戶可以合理安排用電，減少電費支出。電力公司更加注重與用戶的互動性，通過電價策略來科學(xué)調(diào)控電力負荷，提高能源利用率，促進社會經(jīng)濟的發(fā)展，遵從環(huán)保理念，減少污染，保護環(huán)境。因此，建設(shè)智能用電系統(tǒng)具有重要的意義。