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【中心議題】
【解決方案】
近年來，在低碳經(jīng)濟(jì)、綠色節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展思想的推動下，如何進(jìn)一步提高電網(wǎng)效率，積極應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，完善電力用戶服務(wù)，適應(yīng)更加開放的能源及電力市場化環(huán)境需要，對未來電網(wǎng)的發(fā)展提出了更高的要求。智能電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生并成為全球電力行業(yè)共同研究和探討的熱點(diǎn)。
支撐中國乃至全球智能電網(wǎng)的將是通信技術(shù)、信息處理技術(shù)和控制技術(shù)，對應(yīng)到相關(guān)的市場將涉及智能電表、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及其控制、智能數(shù)據(jù)管理。智能電表作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)裝備，加快智能電表產(chǎn)業(yè)鏈整合，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化，對于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、自動化和互
動化具有支撐作用。
智能電網(wǎng)簡介
智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈，激勵用戶，抵御攻擊，提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量，容許各種不同發(fā)電形式的接入，啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。
目前就全世界來說，由于各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、電網(wǎng)建設(shè)水平的具體情況不同，其智能電網(wǎng)的建設(shè)動因和關(guān)注點(diǎn)也存在差異。美國主要關(guān)注電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的升級更新，同時最大限度地利用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能對人工的替代。
歐洲則重點(diǎn)關(guān)注可再生能源和分布式能源的發(fā)展，提高供電可靠性和電能質(zhì)量，并帶動整個行業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變。中國的智能電網(wǎng)以特高壓骨干輸電網(wǎng)為基礎(chǔ)，建立堅(jiān)強(qiáng)的輸電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的大范圍合理配置。
盡管各國對智能電網(wǎng)的關(guān)注點(diǎn)有所不同，但智能電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全，智能電網(wǎng)的基本特征都包含電網(wǎng)和用戶之間的互動。智能電表作為智能電網(wǎng)互動性的良好媒介，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。
智能電表的功能及特點(diǎn)
智能電表是在電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。20世紀(jì)70年代，研究人員成功研制出利用模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量功能的電子式電能表，克服了傳統(tǒng)的感應(yīng)式機(jī)械電表人工抄表效率低，數(shù)據(jù)偏差大，防竊電功能差等弊病。在此基礎(chǔ)上，通過不斷擴(kuò)展數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，電子式電表具備了分時計(jì)費(fèi)、預(yù)付費(fèi)等功能。智能電表實(shí)現(xiàn)了對電子式電表的全面突破，以智能芯片為核心，集成包括具有雙向信息交流功能的讀表器，一套操作管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等多系統(tǒng)的交流平臺，實(shí)現(xiàn)電功率計(jì)時計(jì)量、自動計(jì)費(fèi)、即時雙向通信和優(yōu)化用電等功能。
支持浮動電價
與傳統(tǒng)電表相比，智能電表是可編程的電表，除了能夠滿足一定準(zhǔn)確度的電能計(jì)量以外，能夠測量和存儲的數(shù)據(jù)更多，功能更加強(qiáng)大。如隨時保存帶有時標(biāo)的電能數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置時間間隔進(jìn)行測量和存儲各類電能和電量數(shù)據(jù)等，支持分時電價或?qū)崟r電價和需求側(cè)管理，滿足實(shí)時電價下的電能計(jì)量。
雙向通信功能
智能電表內(nèi)置通信模塊，具有雙向通信功能，通過雙向通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交流。供電企業(yè)可以通過智能電能表或其他方式將對用戶感興趣的電網(wǎng)信息(如停電信息)通知用戶，方便用戶提前準(zhǔn)備，改變自己的用電方式。定時、定期向用戶發(fā)布用戶的用電信息，用戶可掌握自己的實(shí)時用電情況。在執(zhí)行實(shí)時電價時，供電企業(yè)能夠通過智能電能表向用戶發(fā)布實(shí)時電價信息，用戶可以根據(jù)實(shí)時電價安排用電計(jì)劃，在節(jié)省電費(fèi)的同時為降低電網(wǎng)高峰負(fù)荷作貢獻(xiàn)。
智能家電控制
智能電能表具有與智能家電的通信控制功能，能夠由智能電能表根據(jù)實(shí)時電價通過設(shè)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)對家電的起停控制，削減用電高峰的負(fù)荷，提高用電低谷時的負(fù)荷，在不需要增加任何用戶投資的情況下，通過改變大功率用電設(shè)備的使用時間，達(dá)到節(jié)約用電費(fèi)用的目的，同時也對電網(wǎng)的削峰填谷作出貢獻(xiàn)。
雙向計(jì)量
對于具有自備發(fā)電能力、儲能設(shè)備和再生分布式電源的大用戶，智能電能表能夠根據(jù)實(shí)時電價指導(dǎo)用戶經(jīng)濟(jì)合理地分配發(fā)電量和購買電量的數(shù)量，使得用戶的用電費(fèi)用最低。鼓勵用戶投資安裝民用的太陽能、風(fēng)能及高能儲電設(shè)備，鼓勵用戶投資蓄冷、蓄熱和蓄電等設(shè)備，改變用電方式而節(jié)約用電，減少對電網(wǎng)電量的需求，減低供電系統(tǒng)的負(fù)荷，節(jié)約燃料消耗，舒緩廢氣排放和溫室效應(yīng)，降低用戶電費(fèi)開支。
智能電表應(yīng)用試點(diǎn)效果顯著，英國對安裝智能電表的試點(diǎn)用戶及電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行效果測試。根據(jù)智能電表監(jiān)視器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過雙向即時的數(shù)據(jù)反饋功能，初步測算出：由于優(yōu)化用電方式，一個普通家庭用戶年電費(fèi)支出削減潛力為13%～15%。英國政府預(yù)計(jì)，若全國2 600萬家庭安裝智能電表，可以為用電客戶和能源公司在隨后的20多年中節(jié)省支出25～36億英鎊，減少3%～15%的能源消耗，社會效益和環(huán)境效益明顯。這些數(shù)據(jù)為政府出臺更多政策提供了依據(jù)。
智能電表在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用
優(yōu)化新能源用電秩序
利用智能電表可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電、太陽能等新能源。采用智能電表的實(shí)時數(shù)據(jù)采集與量測制定更為準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測，可以指導(dǎo)新能源優(yōu)化調(diào)度。美國夏威夷大學(xué)開發(fā)的配電管理系統(tǒng)平臺，采用智能電表作為門戶站綜合了需求反應(yīng)、住宅節(jié)能自動化、分布式發(fā)電優(yōu)化管理等功能，實(shí)行了配電系統(tǒng)與主電網(wǎng)中新能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。
優(yōu)化分布式能源配置
分布式能源與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時還存在很多問題，供電企業(yè)通過智能電表對配電系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控、控制和調(diào)節(jié)，掌握分布式電源的特性及其與電網(wǎng)運(yùn)行的相互影響，優(yōu)化分布式能源配置，從而達(dá)到將電能以最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式輸送給終端用戶，提高電網(wǎng)運(yùn)營的可靠性和能源利用效率。
提高負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確度
隨著智能電表的推廣應(yīng)用，大用戶可以通過智能電表向供電公司上傳用戶近期的用電計(jì)劃，有分布電源的用戶可以由智能電表上傳自己的發(fā)送電計(jì)劃及分布電源的發(fā)電數(shù)據(jù)。供電企業(yè)將用戶計(jì)劃用電的容量、時間和各用戶計(jì)劃用電的順序作為負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確信息，自動干預(yù)負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)，可以提高負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確度，減少電網(wǎng)備用容量，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
提供故障分析依據(jù)
供電企業(yè)可以通過智能電表對用戶用電情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)的在線分析，動態(tài)跟蹤和自動控制，提高供電可靠性。當(dāng)故障發(fā)生后可以通過智能電表查詢異常用電記錄，為故障分析提供可靠的實(shí)時數(shù)據(jù)。
智能化需求側(cè)管理
智能電表采集更多的電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)(電壓、電流和功率等)，對用電設(shè)備的狀態(tài)、能耗進(jìn)行智能監(jiān)測與控制，從而掌握更加詳細(xì)的用戶負(fù)荷情況，自動編制和優(yōu)化有序用電方案，自動實(shí)施，過程跟蹤，自動監(jiān)測和效果評估，達(dá)到需求側(cè)智能化管理。
促進(jìn)智能用電新技術(shù)發(fā)展
智能電表的廣泛應(yīng)用，使得供電企業(yè)由人工抄表向自動抄表轉(zhuǎn)型，同時獲取更多的用電數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析與處理，以智能電表為網(wǎng)關(guān)通過雙向?qū)崟r通信將實(shí)時電價信息、繳費(fèi)信息和用電信息等通知給用戶，優(yōu)化客戶服務(wù)并促使用戶合理利用電能，參與負(fù)荷調(diào)節(jié)。
我國智能電表的發(fā)展方向
中國智能電網(wǎng)的第一步是國家電網(wǎng)公司“電力用戶用電信息采集系統(tǒng)”的建設(shè)，以智能電表為基礎(chǔ)的自動抄表技術(shù)是建設(shè)該系統(tǒng)的關(guān)鍵。隨著信息時代的推進(jìn)及技術(shù)的發(fā)展，智能電表作為智能電網(wǎng)的神經(jīng)末梢，在不久的將來，智能電表將在信息社會中發(fā)揮更大的作用，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
目前，智能電表的智能主要體現(xiàn)在抄表和付費(fèi)便捷化，離真正意義的智能電表還有很長的路要走。用行內(nèi)有些人士的話來說，目前國內(nèi)的智能電表只稱得上是電子電表，還算不上智能電表。智能電表最大的特點(diǎn)就是交互，就是用戶和供電企業(yè)的信息交互。信息交互的關(guān)鍵是管理，管理更加便捷和人性化，人性化的管理要求芯片的信息處理能力更強(qiáng)。智能電表的發(fā)展必然走模塊化、網(wǎng)絡(luò)化及系統(tǒng)化的方向。
智能電表采用功能模塊化設(shè)計(jì)
有以下優(yōu)點(diǎn)：其一是只需通過更換部分功能模塊就可以實(shí)現(xiàn)電能表的升級換代，而無需更換整個電能表，從而擺脫了傳統(tǒng)電能表設(shè)計(jì)中那種因不可更改導(dǎo)致的成批調(diào)換和淘汰，乃至整個系統(tǒng)需要重構(gòu)的厄運(yùn)；其二是由于功能的模塊化和結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，使得供用電管理部門在選購電能表時不必過分依賴某一電能表廠家產(chǎn)品，并為規(guī)范電能表的研制與開發(fā)提供可能；其三是可以通過現(xiàn)場或遠(yuǎn)程升級更換故障模塊的方法，提高可維護(hù)性并節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
網(wǎng)絡(luò)化可以實(shí)現(xiàn)將各種場合的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采樣和存儲，并經(jīng)有線或無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將信息實(shí)時或非實(shí)時的輸送到用電信息管理系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)共享和分析實(shí)現(xiàn)供用電管理部門對異地用電信息的實(shí)時或非實(shí)時的測量和監(jiān)控。通過網(wǎng)絡(luò)化，可以將智能電表的部分功能從接入層上移到網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)管理平臺層，通過數(shù)據(jù)共享和綜合分析實(shí)現(xiàn)智能電表的功能，簡化智能電表的設(shè)計(jì)。目前，可利用的通信網(wǎng)絡(luò)有：電力線載波(PLC)網(wǎng)、光纖與同軸電纜(HFC)網(wǎng)、固定電話(PSTN)網(wǎng)、無線移動(GSM/GPRS/CDMA)網(wǎng)。近日，國家電網(wǎng)公司和中國電信集團(tuán)公司在京簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，雙方將在電網(wǎng)和通信領(lǐng)域開展合作，以共建電力光纖到戶工程為著力點(diǎn)，合作推動堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。電力光纖入戶工程在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了只需一次施工，一個通道，一次性解決纜線入戶的問題，可取代以往電線、網(wǎng)線、電話
線和有線電視等多條線路的多次施工。三網(wǎng)融合的目的就是資源共享，為電能信息數(shù)據(jù)的傳輸提供了穩(wěn)定可靠和價格低廉的數(shù)據(jù)傳輸信道和網(wǎng)絡(luò)，為智能電表的網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化及其自動抄收的實(shí)現(xiàn)奠定了網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)。
系統(tǒng)化是綜合利用成熟的計(jì)算
機(jī)技術(shù)和電力系統(tǒng)自動化技術(shù)，在數(shù)據(jù)控制管理平臺實(shí)現(xiàn)海量用電數(shù)據(jù)的有效分析、處理與管理。在網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的推動下，用電信息管理系統(tǒng)可以向著分布性和開放性的方向發(fā)展，使得用電信息管理功能的擴(kuò)展更加靈活，性能不斷提高，使用更加簡便。
結(jié)束語
在我國政府科學(xué)發(fā)展觀的指引下，國家電網(wǎng)公司和電氣設(shè)備企業(yè)都在大力發(fā)展智能電表技術(shù)，推廣智能電表的應(yīng)用。通過統(tǒng)一規(guī)范智能電表的外形和相同的功能指標(biāo)，加快智能電表的模塊化發(fā)展；通過建立“用電信息采集系統(tǒng)”加強(qiáng)智能電表的系統(tǒng)化功能；通過借助三網(wǎng)融合將建立滿足將來智能電表高級應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，將用戶和供電企業(yè)緊密相連，成為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)配電自動化的一個基礎(chǔ)性功能模塊。我國智能電表正在穩(wěn)步的向前發(fā)展，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮著推動作用。
