智能用電發展現狀與趨勢分析

張彥濤

（長沙理工大學 電氣與信息工程學院，湖南 長沙 410114）

0 引 言

面對環境污染和世界能源危機，全球能源結構向清潔化、高效化和多元化方向發展，整個社會對供電安全、電能服務水平和質量的要求也進一步提升。智能電網的研究和實踐給能源領域帶來了重大變革，成為世界各國應對環境污染和能源危機的共同選擇。而智能用電作為智能電網建設的重要目標，直接面向社會和用戶側，并且通過靈活的電力網絡、高級量測系統和信息網絡相連，實現了供電側到用戶側的互動，形成了高效完整的供用電信息服務網絡，進而實現了電力資源的最佳配置[1-2]。

智能用電使用戶側的用電模式發生了改變，用戶由傳統的能源消費者轉變為能源“生成-消費”者雙重身份，同時用戶的用電形式也更加靈活。隨著智能用電理念、服務創新及技術的不斷發展，整個社會與用戶對供電服務的需求不斷提升，如用戶用電個性化、便捷化和互動化需求等。為了滿足智能用電的發展，研究與探索適應的技術支撐與政策支持等具有重要意義[3]。

因此，探討智能用電內涵與特點，分析智能用電關鍵技術實現，通過相關的技術應用，促進智能用電的發電應用。在此研究基礎上，研究智能用電的現狀及市場化特點，通過對比國內外智能用電發展，探討未來智能用電的發展途徑。

1 智能用電關鍵技術

智能用電的主要目的是為用戶提供靈活便捷的供用電服務，并有效提升能源綜合利用效率。智能用電的發展主要依托通信網絡技術、智能電表技術和智能用電交互終端技術等方面的支持與創新。

1.1 需求響應技術

需求響應是指用戶側根據電力價格信號或激勵機制的動態變化做出自動需求響應，改變用戶原有正常用電行為，施加的效果取決于用戶側參與率及響應能力。根據響應方式的不同，需求響應可分為兩種類型[4-6]。

1.1.1 激勵型需求響應

激勵的需求響應是電力公司根據電力系統供需情況制定相應政策，鼓勵用戶在系統受到可靠性威脅或電價較高時，通過合理安排用電響應并轉移負荷，其中包括需求側競價（Demand Side Bidding，DSB）、直接負荷控制（Direct Load Control，DLC）、可中斷負荷（Interruptible Load，IL）、緊急需求響應（Emergency Demand Response，EDR）和容量/輔助服務計劃（Capacity/Ancillary Service Program，CASP）等。

1.1.2 價格型需求響應

價格的需求響應是在電力市場調控機制下，用戶根據價格信號對用電需求做出調整，從而減少用電成本，提高用電效率。其中，價格信號包括實時電價、分時電價和尖峰電價等。

1.2 智能電表技術

智能電表是一種集多功能、遠程傳輸、數據分析為一體的電能表，能根據預先設定時間間隔來測量和儲存多種計量值。同時，智能電表具有雙向通信的特點，與數據中心實現信息交流、支持分時電價或實時電價的需求側管理。智能電表作為電力公司與用戶側進行相互通信的樞紐，使得用戶可以實時監控用戶側負荷的用電信息及查詢電價信息。綜上，智能電表主要擁有雙向計量和雙向通信的功能。從我國關于智能電表的應用實踐來看，目前在用戶側使用的智能電表中，最普遍采用的功能是計量數據自動化采集、雙向計量、自動化傳輸和自動化控制，而其他高級功能如遠程接通與開斷、支持實時電價、階梯電價和分時電價等多種電價模式，當前已安裝于智能電表中，但暫時還不能實現。

1.3 通信技術

通信網絡是電力公司、用戶側和負荷之間信息交互的樞紐。因此，通信網絡必須具有開放式雙向通信標準。隨著越來越多的用戶實現智能用電，電力通信網絡具有系統規模大、結構復雜等特點。所包含的用戶側負荷和信息不僅數量多且過于分散，傳統相對單一的通信方式已不能滿足用戶側對傳輸能力和可靠性的需求。因此，需要采用以光纖通信為主，電力載波、電力線寬帶、無線通信等多種通信方式互為補充的網絡通信結構，以滿足電力信息采集、供用電服務和相關業務數據的交互等多種通信需求。通信技術在智能用電技術應用情況，如表1所示。

1.4 智能用電交互終端技術

智能用電交互終端主要用于用戶側內部各種實時數據的監控和管理，包括用戶內部所有的電能質量監測實時信息、分類用電實時信息、設備運行實時數據和故障監測實時信息等，在整個智能用電技術體系中承擔著用戶終端和用能管理平臺的角色。用戶可以通過終端設備及時獲知用電價格信息、電價政策等相關內容及服務，并通過可視化界面享有電力公司智能用電增值服務。其中，交互終端一般包括計算機、平板電腦、智能手機等設備。

1.5 用戶側能量管理系統

用戶側能量管理系統可通過信息流調控能量流，保障用戶側用電的安全高效，被公認為用戶側智能用電運行的“大腦”。用戶側通過合理安排負荷的用電計劃和分布式儲能的充放電，來適應電網負荷需求（負荷高峰減少用電需求、負荷低谷增加用電需求）或電價變化（高電價減小用電需求、低電價增加用電需求），以達到節能增效、提升用電可靠性等目的。用戶側能量管理系統可通過采集并讀取用電負荷所消耗的電能信息，監控智能用電系統電源的出力情況并傳至用戶側，而用戶側根據相關信息進行自動需求響應。用戶側能量管理系統還可以將用戶端負荷信息傳至電力企業等相關部門，并利用大數據、云計算等先進技術對用戶用電信息進行分析，合理安排電網運行方式。

表1 通信技術在智能用電技術應用情況

2 智能用電研究現狀

2008年，國家電網公司啟動了用戶側用電信息采集系統的研究與實踐，在公司系統范圍內統一了智能電能表和用電信息采集系統的技術規范，針對智能電能表的12項技術標準和用電信息采集終端的24項技術標準達成了共識，為用電信息采集系統建設提供支撐和保障的同時，穩步推進智能電網工作的發展。2009年6月，國家電網公司科技項目《智能電網標準體系研究》正式立項，由中國電科院、國內重點高校及科研機構展開研究，將智能用電劃分為雙向互動服務、智能用電小區、客戶側分布式能源等方向，對相關服務標準進行梳理分析。2011年，國家智能電網示范工程取得重大突破，建成電動汽車充換電站243座、交流充電樁13 283臺，安裝智能電能表5 162萬只，并完成上海世博園和天津中新生態城兩個智能電網綜合示范工程，為居民智能用電提供了技術支撐。“十三五”期間，全國居民用戶側基本實現智能電表的全面覆蓋，越來越多用戶安裝了智能電表和用電管理系統，市場額每年達到150億元左右。2017年，國網分布式光伏云網實現全網全覆蓋、全業務、全流程融合，實現了信息發布、在線交易、智能管理和大數據分析等5大板塊16項功能，滿足了多元化服務需求[7-8]。

3 智能用電的市場化融合

智能用電的應用推廣需要建立在電力市場商業化的基礎上。實現智能用電市場化一體化融合發展，一方面可推進電力市場的轉型與升級，使電力市場交易模式更加多元化。另一方面，電力市場化運營離不開相關政策扶持、技術支持及相關項目的運作和管理。目前，我國電力市場化試點范圍不斷擴大，公平透明、競爭有序的市場化服務共享和分擔機制正在形成，儲能設備、需求側資源及第三方被鼓勵參與提供電力市場輔助服務，促進了可再生能源消納、市場交易模式變革與創新和新興產業發展。目前，我國電力市場還在逐步探索中，定價、交易機制還有待完善和發展。很多企業處于觀望中，不敢改革。因此，必須堅持電力市場化改革方向，總結完善相關技術與規范，進一步整合電力資源。

4 智能用電技術國內外發展對比

目前，國內外在智能用電發展階段，技術手段和主要目的基本相同。但是，國內外電力市場發展階段，電氣化水平有所不同，發展側重點有所區別。發達國家多數已建立開放的電力市場機制和相關配套政策法規，并注重促進清潔低碳與節能減排，同時更關注用戶側電能服務質量和需求等。由于當前我國城鄉區域發展和收入分配差距較大，電力市場機制和配套政策法規還在完善中。盡管區域用電服務需求具有差異化，但在減少用電成本、提高供電可靠性和靈活便捷性等方面是相同的。

綜上，綜合考慮我國基本國情和智能電網發展現狀，提出符合我國智能用電服務需求的發展方向，建立與之相適應的發展路線，并依據相關政策機制，推進智能用電的發展[9-10]。

5 智能用電技術的創新

5.1 創新的必要性

隨著智能用電技術的科學化，使用戶側用電方式必須進行改革才能適應發展。智能用電一方面加強了用戶側和電網側的聯系，另一方面也是用戶感受和體驗智能電網建設成果的重要途徑。同時，智能用電技術融入創新型國家建設戰略，以現代智能電網“推進綠色發展”，支撐我國清潔、低碳、安全、高效的能源體系構建，提升了用戶側綜合能源服務質量[11]。

5.2 創新之路

（1）智能用電技術是通信技術、智能電表和交互終端等多學科的交叉融合，各個學科相輔相成，相互支撐。國家應該根據新時代智能用電的發展現狀，完善智能用電技術發展的相關政策，集合人力、物力、財力促進跨學科、多領域、科學化的協同創新研究，關注用戶側智能用電服務需求，不斷完善智能用電技術發展體系。

（2）科研人員應該時刻關注智能用電技術的發展現狀和趨勢，積極探索智能用電的技術特點和內涵，關注國外發達國家最新技術研究進展，結合我國國情進行發展創新，研制符合我國社會發展的智能用電技術，并付諸于實踐[12]。

6 結 論

智能用電對于促進節能減排、能源清潔化發展有著極為重要的意義。為了發展智能用電，在分析智能用電重要性的基礎上，分析智能用電技術的發展現狀及趨勢，并探討了智能用電與市場化融合模式。此外，比較國內外智能用電技術的特點，總結了智能用電對推動我國能源結構改革具有的重要作用。因此，要引進先進技術，結合我國智能用電技術發展情況，推動我國智能用電的發展。