智能用電終端技術(shù)研究與探討

摘要：論文首先對智能電網(wǎng)及智能用電相關(guān)技術(shù)做了簡要分析，指出現(xiàn)有用電終端所存在的問題和不足之處，提出利用智能用電終端技術(shù)解決現(xiàn)有終端的技術(shù)缺陷問題；其次，提出了智能終端的定義，將其按功能及應(yīng)用范疇進(jìn)行了分類，并對智能用電終端在智能電網(wǎng)中的作用及意義做了詳細(xì)的闡述分析；再次，從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，對智能終端進(jìn)行了需求分析并設(shè)計了智能用電終端的功能；最后，對智能用電終端技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能用電，終端，智能電網(wǎng)

0 引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及越來越多的業(yè)界專家和研究機(jī)構(gòu)對智能電網(wǎng)研究的高度關(guān)注及高投入，建設(shè)智能電網(wǎng)，增強(qiáng)電網(wǎng)運行的可靠性，提高供電服務(wù)質(zhì)量已被眾多國家和地區(qū)提上議程或納入發(fā)展計劃。我國智能電網(wǎng)的研究起步較晚甚至剛剛起步，雖然國家電網(wǎng)公司組織開展的大電網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究、數(shù)字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究、電力電子關(guān)鍵技術(shù)、特高壓同步電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行關(guān)鍵技術(shù)研究等相關(guān)研究實踐及“SG186”工程、電力通信建設(shè)、用戶用電信息采集系統(tǒng)等都為建設(shè)我國智能電網(wǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)，我國在電能計量裝置的研究應(yīng)用方面一定程度上也體現(xiàn)了智能化，但是全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)依然存在傳統(tǒng)的設(shè)備無法滿足智能電網(wǎng)自動化及智能化需求的問題。一方面，現(xiàn)有的電能表只能記錄家庭用戶所消耗的電能，電能表本身也不具備網(wǎng)絡(luò)功能，由于缺乏互動手段，不能夠?qū)崟r接收電網(wǎng)實時電價等信息，根據(jù)預(yù)定策略控制相應(yīng)電器設(shè)備投切等，無法實現(xiàn)信息查詢、網(wǎng)絡(luò)購電、節(jié)電管理等功能。另一方面，現(xiàn)有的用電采集終端具備基本的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和控制功能，用戶只能通過顯示器按照固定的格式讀取終端的用電信息，客戶只能被動接收電網(wǎng)公司的信息，而無法主動參與移峰或讓峰等用電活動。

未來的智能終端不僅具備現(xiàn)有設(shè)備的功能，還將實現(xiàn)與客戶、客戶智能家居設(shè)備的信息交互，滿足需求側(cè)管理、用電信息查詢、網(wǎng)絡(luò)購電、家居節(jié)電管理等增值性服務(wù)的需求。

1智能用電終端綜述

1.1智能終端定義

智能電表與智能交互終端是應(yīng)用于用戶側(cè)的智能電子裝置，具有電能計量、遠(yuǎn)方控制、雙向通信、遠(yuǎn)程抄表、事件報警、用電信息及參數(shù)顯示、電能質(zhì)量監(jiān)測、用戶側(cè)分布式電源監(jiān)控等功能。智能終端透過傳感器與其他店里設(shè)備相連接，形成緊密完整的用電網(wǎng)絡(luò)，并對信息加以整合分析，合理配置電力資源，實現(xiàn)市場響應(yīng)迅速、計量公正準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)實時采集、收費方式多樣、服務(wù)高效便捷，構(gòu)建智能電網(wǎng)與電力用戶電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實時互動的新型供用電關(guān)系從而達(dá)到降低用戶用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。

1.2智能終端設(shè)備分類

智能用電終端按照功能及應(yīng)用場合不同，可以分為：用電信息采集終端、智能交互終端、智能家居交互終端、能源接入終端及汽車充放電接入終端五大類。

1）用電信息采集終端

用電信息采集終端主要負(fù)責(zé)對用戶的用電信息進(jìn)行實時采集、處理和監(jiān)控，實現(xiàn)電力用戶的全覆蓋和用電信息的全采集，全面支持費控管理，是智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)和用戶用電信息的重要來源，為“SG186”信息系統(tǒng)提供及時、完整、準(zhǔn)確地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為智能用電服務(wù)技術(shù)支持平臺提供基礎(chǔ)用電信息數(shù)據(jù)。

用電信息采集終端主要包括：專變采集終端、抄表集中器、抄表采集器、電能表，該類終端能實現(xiàn)的功能主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、終端管理、檔案管理、控制、自動抄表、任務(wù)執(zhí)行、費控管理、有序用電管理、用電情況統(tǒng)計分析、異常用電分析、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、運行維護(hù)管理、權(quán)限和密碼管理等。

2）智能交互終端

智能交互終端實現(xiàn)小區(qū)、樓宇用電信息管理、能效管理、實時負(fù)荷和異常用電分析、自動抄表和社區(qū)增值服務(wù)。其中，自動抄表可以實現(xiàn)水、電、氣抄表集中自動采集，用電分時計價，監(jiān)測用電負(fù)荷，監(jiān)視異常用電、預(yù)防故障和及時復(fù)電等功能；社區(qū)增值服務(wù)實現(xiàn)電力網(wǎng)、通訊網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)“四網(wǎng)合一”，可提供影視點播、信息公告、物業(yè)管理等服務(wù)。

3）智能家居交互終端

智能家居交互終端，是實現(xiàn)智能家居用電服務(wù)的終端。其功能主要包括：家庭能源管理、家庭安防、家庭繳費管理及智能家電控制等。其中，智能家電控制，可以視電網(wǎng)不同時段電價情況或客戶自行需要，本地與遠(yuǎn)程控制家用電器，并自動跟蹤電網(wǎng)電壓，視電網(wǎng)電壓情況，自動調(diào)整電壓，促進(jìn)科學(xué)合理用電。

4）能源接入終端

能源接入終端用于實現(xiàn)分布式能源接入。通過分布式能源接入終端，一方面可以實現(xiàn)分布式能源的 “即插即用”、遠(yuǎn)程監(jiān)視控制、雙向計量和結(jié)算；另一方面，實現(xiàn)實時分析預(yù)測分布式電源發(fā)電情況，自動發(fā)布分布式電源運行狀態(tài)信息。此外，將能源接入終端配合分散式儲能裝置，優(yōu)化控制分布式電源接入系統(tǒng)，實現(xiàn)根據(jù)電網(wǎng)潮流變化情況及區(qū)域負(fù)荷平衡情況，自動接入和退出分布式電源；最大限度平抑間歇性發(fā)電對配電網(wǎng)的擾動。

5）汽車充放電接入終端

利用汽車充放電接入終端，對于城鎮(zhèn)主要干道、商業(yè)區(qū)等大型電動汽車充放電站（類似目前加油站、加氣站），優(yōu)化制定充放電策略，合理控制充放電時間，實現(xiàn)快速充放電、整組電池更換以及雙向計量、計費等功能，同時可考慮電池檢測、電池維護(hù)等擴(kuò)展功能，并滿足客戶自助充放電需求。

對于居民區(qū)、商廈、停車場和政府大樓等區(qū)域小型電動汽車充放電站，通過汽車充放電接入終端實現(xiàn)即插即用式、隨時隨地的便捷充放電。充電機(jī)可接收來自電力企業(yè)的電價等信息，自動避開高峰時間充電。

1.3 智能用電終端在智能電網(wǎng)作用

智能用電終端，作為售電側(cè)和用戶側(cè)的主要交互平臺，是電網(wǎng)信息發(fā)布、客戶數(shù)據(jù)采集、信息上送的主要媒介，是社會公眾感知電網(wǎng)智能化服務(wù)的關(guān)鍵所在。

智能用電終端集成了多個信息及功能模塊，通過跨平臺的數(shù)據(jù)/信息管理，實現(xiàn)更多、更高級的應(yīng)用。比如：通過削峰填谷，通過有效轉(zhuǎn)移負(fù)荷，合理分配電力資源，滿足電網(wǎng)公司調(diào)節(jié)用電負(fù)荷曲線，而不是單純增加基建投資；通過全網(wǎng)的無功/電壓管理，降低線損；通過供需互動結(jié)合分時電價，引導(dǎo)客戶消費，滿足家庭用戶節(jié)電，降低費用；通過增值服務(wù)將氣象、分布式能源、小區(qū)信息發(fā)布、在線繳費等聯(lián)系起來，提高服務(wù)質(zhì)量，滿足家庭用戶網(wǎng)上查詢水電氣消費，并為網(wǎng)絡(luò)支付提供數(shù)據(jù)；通過實時負(fù)荷預(yù)測，充分提高現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組的平均小時利用率，而不是單純增加新機(jī)組以滿足無計劃的峰值需求，達(dá)到合理規(guī)劃節(jié)能減排的目的；提升電網(wǎng)自身的危機(jī)處理能力，使之具備故障預(yù)警，快速判斷，自行恢復(fù)等“自愈”功能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。因此，研究智能用電終端技術(shù)具有深刻的理論意義和重要的現(xiàn)實意義。

2 智能用電終端的需求分析

1）用電信息采集系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的僅能記錄用戶耗電量的終端（如：電能表、用電采集終端）不同，智能用電終端除了滿足電能計量的要求，還能對智能家電、其他能源計量器具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。此外，智能用電終端還能通過供需雙方的交流互動實現(xiàn)信息查詢、網(wǎng)絡(luò)購電、節(jié)電管理等功能。

2）智能用電小區(qū)、智能用電樓宇；

智能用電小區(qū)、智能用電樓宇的實現(xiàn)，需要智能用電終端為其提供信息雙向互動及需求側(cè)管理支持。這里的信息雙向互動，是指電網(wǎng)與家庭之間的雙向信息交互需求。一方面，電網(wǎng)從家庭獲取實時電量、最大功率、負(fù)荷種類、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷等用電信息，同時，電網(wǎng)從家庭獲取購電信息、建議投訴、定制方案等的客戶需求信息；另一方面，家庭需要從電網(wǎng)獲取電費、電價、參與移峰的政策獎勵以及可選的優(yōu)化用電方案等信息。此外，利用智能用電終端實現(xiàn)智能發(fā)布電網(wǎng)實時信息、自動接收用戶響應(yīng)、自動撮合交易、最優(yōu)決策、響應(yīng)結(jié)果自動監(jiān)測、自動結(jié)算，等功能。在能源使用高峰期，公用事業(yè)公司發(fā)送電子消息給消費者，提醒他們關(guān)閉非必要設(shè)備（或降低其用電量）以降低能耗，或者將提醒信息自動發(fā)送給設(shè)備，無需人為操作，真正實現(xiàn)小區(qū)、樓宇用電智能化。

3） 智能家居用電服務(wù)系統(tǒng)；（電網(wǎng)友好型智能家居）

智能家居的概念在5，6年前引入中國，主要著眼點是構(gòu)建一個系統(tǒng)使得人們能夠更方便的對家用電器進(jìn)行控制。其主要功能有：a) 可對白色家用電器和其他設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測，比如微波爐、洗衣機(jī)、燈光、電動窗簾、防盜報警器、自動門煙霧探測器、有害氣體檢測裝置、溫度和濕度控制器、風(fēng)量調(diào)節(jié)器、各種手動的開關(guān)和遙控器等;b) 溝通黑色家電和其他視頻設(shè)備之間以及與外部世界之間的信息通道，其中包括：臺式/手持計算機(jī)、電視、錄/攝像機(jī)、VCD/DVD和數(shù)碼照相機(jī)等；同時還可以實現(xiàn)對它們的控制和監(jiān)測;c) 通過對外的接口，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和信息交換，如：電話線、有線電視電纜、市電電源線、雙絞線和無線通訊方式等。智能家居用電服務(wù)功能的實現(xiàn)，則需要智能用電終端為其提供交互界面及基本的控制接口，實現(xiàn)家居設(shè)備與上層管理者之間的對話。

3 智能用電終端的功能設(shè)計

1）用電計量

智能終端應(yīng)具有用電計量功能，能實時 、準(zhǔn)確的計量用戶的耗電量，并通過合適的通信媒介（光纖、RS-485、GPRS、INTERNET、230M專網(wǎng)、電力線載波，等）將用電數(shù)據(jù)上送至上層管理機(jī)構(gòu)，為電力公司收取電費提供準(zhǔn)確的依據(jù) ，為用戶及時掌握自身的用電狀況提供重要保障。

2）信息采集

智能終端應(yīng)具備信息采集功能，能依照設(shè)定的時間和參數(shù)及時采集各個用電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的存儲、運算和上報。一方面，當(dāng)用電設(shè)備插入用電插座，則該設(shè)備類型、設(shè)備的功率以及其它與該類型設(shè)備有關(guān)的信息（如空調(diào)的溫度設(shè)定，電飯鍋啟動時間和工作時間等）等信息將傳遞到電力公司，為其制定分時電價等用電激勵政策、有效實施用電需求側(cè)管理提供數(shù)據(jù)支持；另一方面，用戶也能掌握家庭用電設(shè)備的耗電情況，根據(jù)自身實際情況設(shè)定科學(xué)合理的用電計劃，并根據(jù)用電計劃以及設(shè)備的重要性對其進(jìn)行啟?？刂?，從而實現(xiàn)“節(jié)約電能”和“節(jié)約電費”雙贏的目的。

3）數(shù)據(jù)處理

終端應(yīng)具備處理所采集的數(shù)據(jù)信息的功能，具體包括：a) 當(dāng)前及實時數(shù)據(jù)處理：時鐘、功率數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、狀態(tài)事件、終端參數(shù)等；b) 歷史日數(shù)據(jù)處理：按日統(tǒng)計或計算各種歷史數(shù)據(jù)并生成記錄表保存；c) 歷史月數(shù)據(jù)處理：終端將采集的數(shù)據(jù)在月末零點生成各種歷史月數(shù)據(jù)并保存。

4）信息交互

智能終端應(yīng)具備信息交互的功能。這里是指雙方的、互動的交流。一方面，是人和電力提供者的互動，居民通過智能控制面板將購電信息、歷史用電信息查詢請求等信息發(fā)送給電力提供者；另一方面，電力提供者也通過智能控制面板的顯示界面將系統(tǒng)信息或用戶請求的其它信息顯示給居民。智能終端能彌補(bǔ)傳統(tǒng)電表信息傳遞的單一化的不足，實現(xiàn)信息的雙向交流，從而使電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)能精確地知道用戶的用電規(guī)律，對需求和供應(yīng)有一個更好的平衡。

5）控制功能

智能終端應(yīng)具備控制功能，能根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的時間及參數(shù)自動控制用電設(shè)備的啟停，實現(xiàn)靈活多變、與時俱進(jìn)的用電模式，更加合理、科學(xué)的管理家庭能源。

6）顯示功能

智能終端應(yīng)具備信息顯示功能，用戶可以通過控制面板上的液晶屏獲取節(jié)能建議和實時的價格信息，整合家用電器的使用時間和頻率，避開用電高峰期的高價格電力，降低電費費用。

7）電費核算功能

依據(jù)客戶用電業(yè)務(wù)變更、用電負(fù)荷運行、電價等信息和計費規(guī)則，自動核算電費，自動分析客戶用電量變化情況，生成異常情況提示，并動態(tài)跟蹤和統(tǒng)計分析異常核對情況。

8）電費回收風(fēng)險自動監(jiān)控功能

依據(jù)客戶任一時段的實際用電量、電價和計費規(guī)則自動計算客戶實際發(fā)生電費，實時監(jiān)測客戶電費帳戶余額，自動生成客戶交費提示，對客戶電費資金在途及交納情況實施動態(tài)監(jiān)控；自動進(jìn)行電費回收風(fēng)險評價，判斷風(fēng)險等級，自動發(fā)布電費回收風(fēng)險預(yù)警信息；通過客戶用電信用與社會信用的信息交互與共享，動態(tài)評價客戶綜合信用等級。

9）電力市場分析與預(yù)測功能

自動進(jìn)行市場細(xì)分和電力銷售信息的歸類整合，自動完成購、售電市場分析與預(yù)測信息處理，輔助完成市場分析預(yù)測報告和市場營銷策略建議，為電力電量平衡、電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)、市場培育與開發(fā)提供重要依據(jù)。

10）營銷服務(wù)質(zhì)量在線稽查與實時監(jiān)控功能

對電力營銷及用電服務(wù)質(zhì)量實施全過程在線監(jiān)測，對業(yè)務(wù)處理、流程執(zhí)行、工作時限、工作效果進(jìn)行實時評價、分析，自動生成稽查報告，并對歷史稽查情況和整改記錄實施動態(tài)跟蹤。

11）智能分析決策功能

對各類供用電數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動統(tǒng)計、歸類、查詢和分析，對各項營銷及用電服務(wù)指標(biāo)進(jìn)行自動比對、分析和預(yù)測，自動生成營銷策略和指標(biāo)提升建議，為公司經(jīng)營管理提供決策依據(jù)，為國家電力能源政策、電價政策、節(jié)能減排政策調(diào)整提供全面、準(zhǔn)確、多角度的決策輔助信息。

4 智能用電終端的技術(shù)展望

隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及電力系統(tǒng)自動化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能用電終端技術(shù)也將迎來巨大的飛躍，未來的智能用電終端將朝著自動化、智能化和多元化的方向不斷進(jìn)步。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）為客戶提供靈活的信息定制

客戶可根據(jù)各自需求，通過多種方式，靈活選擇定制供用電狀況、電價電費、能效分析、社會新聞等信息套餐，由電網(wǎng)通過短信、網(wǎng)絡(luò)、電話、郵件、傳真、智能設(shè)備等方式，實時向客戶提供定制信息；根據(jù)供電服務(wù)的要求，及時向客戶提供電網(wǎng)供需、停復(fù)電、用電價格等基礎(chǔ)信息。

2）為客戶提供多渠道的自助服務(wù)

為客戶提供信息發(fā)布、信息查詢、故障報修、業(yè)擴(kuò)報裝、在線費用結(jié)算、能效評價、用能策略制定、電動汽車充放電預(yù)約等服務(wù)。運用實體營業(yè)廳，為客戶提供自助繳費、觸摸查詢、智能家居體驗等服務(wù)。

3）實現(xiàn)客戶故障自動診斷與處理

自動判斷故障范圍和停電設(shè)備產(chǎn)權(quán)，及時告知客戶故障情況，提供自動尋找替代供電線路、啟動自備應(yīng)急電源等應(yīng)急供電服務(wù)。實時定位搶修車輛，優(yōu)化搶修派工，提供快速搶修服務(wù)。

4）為客戶提供電費雙向自動結(jié)算服務(wù)

適應(yīng)分布式電源、充放電站的需要，在雙向計量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)不同時段客戶與電力供應(yīng)商之間互供電量、電費的自動結(jié)算，并自動生成帳單信息實時傳輸供用雙方。

5）實現(xiàn)分布式能源及儲能元件的接入

未來的智能用電終端將提供分布式能源的接口，實現(xiàn)分布式能源的“即插即用”、遠(yuǎn)程監(jiān)視控制、雙向計量和結(jié)算。同時采取集中儲能、分散儲能、隨器儲能等方式，根據(jù)電網(wǎng)需要，自動控制儲能裝置的充放電，實現(xiàn)電能計量設(shè)備的信息采集、電能質(zhì)量監(jiān)測，滿足電網(wǎng)削峰、填谷及移峰填谷的需要。

5 結(jié)語

智能用電，依托堅強(qiáng)電網(wǎng)和現(xiàn)代管理理念，利用高級量測、高效控制、高速通信、快速儲能等技術(shù)，實現(xiàn)市場響應(yīng)迅速、計量公正準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)實時采集、收費方式多樣、服務(wù)高效便捷，構(gòu)建智能電網(wǎng)與電力用戶電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實時互動的新型供用電關(guān)系。智能用電終端，作為智能電網(wǎng)的神經(jīng)節(jié)點，透過傳感器與其他電力設(shè)備相連接，形成緊密完整的用電網(wǎng)絡(luò)，并對信息加以整合分析，實現(xiàn)電力資源的最佳配置，達(dá)到降低用戶用電成本、提升可靠性、提高用電效率的目的。論文對智能用電相關(guān)技術(shù)做了分析研究和探討，為全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)技工必要的基礎(chǔ)理論支持和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)技術(shù)儲備，對建設(shè)中國特色的智能電網(wǎng)具有深刻的理論意義和重要的現(xiàn)實意義。