基于實時電價的智能用電系統

北京朝陽電力實業開發有限公司 吳 雪 崔 行

當前所實施的智能用電本質上就是通過現代化的信息技術，對價格進行優化調整，并與用戶之間建立一定的聯系，并將這種電力負荷需求理想化?；谶@一用電目標，逐漸衍生出了智能電網。

在相關管理體系以及國家管控政策的規范下，我國的智能用電發展經歷了三個時期：用電負荷管理—峰谷電價調節—實時電價發布。

用電負荷管理這一理念是國家電力科研機構在20世紀八十年代初所提出的，也是最早出現的關于智能用電的理論。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。

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

1 智能用電的相關信息與政策

智能用電與電價政策。國內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系，一旦出現需求問題時，無法做出準確地判斷和及時的干預，常常會損失較高的電力資源。

理想化的電價狀態為，企業結合實際供需關系和電力資源現狀來綜合分析之后，進行實時定價，通過這種對價格的調制來影響用戶的需求，從而將電力負荷控制在理想化狀態下。所以智能用電的發展必然要對電價管制做出調整。

理想化的電價固然有很多優點，但具體操作時將會面臨各種問題，難度較大。如果就某個區域內的電價進行控制，則會出現各種不同的電價，這些零散的電價方式會導致用戶產生疲倦，并抑制了價格杠桿的作用發揮。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，從而產生較高的管理成本[1]。

而電力企業想要獲得更高的經濟效益，就會更加具體細致的進行用電時段的劃分，同時給出科學的處理決策，從而有效促進電力負荷理想化的實現，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，不僅可以為企業創造收益，還可以促進社會經濟的發展。基于這一用電調控策略，政府可以積極引導企業制定出更加豐富多樣的電價，從而進一步實現更加精細化的電力調控。

2 基于實時電價的智能用電系統

2.1 智能用電系統組成

根據智能電網建設實施的具體現狀，本文制定出其相應的電力系統框架圖，主要包括了九大功能模塊，具體內容如圖1所示。

圖1 智能用電系統的框架結構

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

2.2 主站系統

主站系統中下設了4個子系統，分別為信息采集、營銷服務、負荷預測、策略制定發布。筆者將針對4個子系統分別展開功能闡述。

2.2.1 信息采集

電力企業可以隨時監管收集用戶的用電信息，實時關注用戶最新用電動態，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運行提供依據。

2.2.2 營銷服務支持

根據信息采集來針對性的提供用電?？梢越Y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；電力企業自身制定出詳細的實施流程，實現自動化服務，綜合提供抄表、電費管理、收費記賬、銀聯、購電、用電檢查等多種智能服務。

2.2.3 負荷預測

根據數據庫中存儲的用戶信息，進行科學的分析預測，借助各種技術手段實時全面的分析監測，從而判斷出整體的負荷狀況，并靈活制定電價策略。

2.2.4 電價策略制定發布

結合最終給出的負荷預測以及其他信息數據等，針對日時段內制定出詳細的電價策略，并進行實時發布，還可以為用戶提供定期的電量查詢，電費結算以及賬單等個性化服務。借助排列組合算法來實現電價策略定制，所得到的結果能夠同時符合所有監管中的日時段電價策略。電力企業的職責在于對未來每日內的電力負荷進行準確預測，在輸入電價策略之后，子系統進行運行，能夠自動得出最佳的電價策略，然后發布給用戶，從而實現智能化的電力負荷調控。

開展電價日時段策略的優點在于，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。

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當前的用電需求，還可以實現智能化的用電需求，也就是說當所發布的策略每天的內容都相同的情況下，電價的種類將會縮減到對應的三個時段，此時智能電表可以實現峰谷電價的需求統計。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。

由于該策略具有擴展性，為電力企業進一步實現智能用電發展奠定了堅實的基礎。

2.3 遠程信道

該模塊的主要功能在于，上行信道實現智能電表和終端用戶之間的信息傳輸，下行信道實現電價策略的實時發布。同時，支持遠程對預設的時間進行抄讀或者自動實現數據傳輸。在實時監測過程中，需要警示時將會根據設置標準及時上報。此外還附加其他增值服務，能夠滿足不同用戶的用電需求。

當前，實時智能用電系統所面臨的關鍵問題在于配用電側通信技術。由于不同區域經濟實力的參差，所以對應的遠程信道也要根據實際情況進行設置。在運行范圍內，要分別對經濟、技術等各個要素進行全面的分析考量，從而篩選出最佳的技術，然后實施建設。如果是剛建成的配網線路，企業可以利用光纖復合相線技術進行協助，同時配置遠程信道。技術始終是在更新變化的，因此電力公司可以提高自身的研發實力，探究出更加先進的配電技術。

2.4 智能電表

功能設計原則。智能電表在整個智能用電系統中占據主要地位，發揮核心作用，其功能結構均要滿足國內實際用電現狀，還要符合現階段的配用電側通信信道發展。將其具體的設計原則可以總結為三個方面：分布式能源的連接、通信信道的負荷力、互動的便捷性。

智能電表根據實際需求具體包含了六大功能，具體內容如下。

2.4.1 計量功能

國內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。

根據智能用電系統建設的實際需求來看，當前的智能電表還要能夠實現不同峰谷時段的電量統計作用，并且考慮到后期長遠的發展，在具備該功能的基礎上還需要能夠實現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實時發出指令，進行費率和時段的劃分實施，這些都是主站系統負責的，并不是事前就已經存儲好再根據時間段施行的。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實現遠程對電表的管控，可以根據實際情況對電表進行調控處理，管理更加便捷。智能電表則借助開關信號或者脈沖來對繼電器等進行遠程操控，節省了人力物力。該遠程控制的優勢對于一些預付電費的客戶來說，如果出現欠費時，企業可以遠程關電；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的服務。

2.5 本地信道

智能用電系統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。如果智能電表的安裝和用戶的所在范圍出現偏差，將會限制與用戶的互動性發揮，所以需要增設本地信道，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。

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，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，借助通信系統能夠實現電表和本地信道的信息傳輸，和用戶之間實現信息傳輸，借助人機對話系統來將信息結果反饋給用戶。在終端中所發布的信息內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?；咏K端上還額外增加了一些增值服務，包括企業為用戶所提供的各種個性化服務，如天氣、警報、門禁、生活服務等內容。

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控。通過系統操作，用戶可以將所用的全部電器進行價格策略的設定，之后可以借助本地信道進行策略執行，實現自動化電器用電管理。目前，該模塊已經具備了借助智能開關來實現智能用電的功能。

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的分析預測，將最終分析得出的結果傳輸給用戶，用戶能夠實時查看到最新的用電狀況，然后進行用電需求調整以及用電策略的選擇，更加靈活多變，實現了智能用電。

2.7 智能開關

對于一些工業用戶來說，通過智能開關可實現良好的智能用電服務。

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完全普及和實現的。目前，可以借助智能開關通過本地信道進行指令的傳輸執行來對家電進行智能控制。

如果從長遠的發展來看，這種智能開關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，同時可以更加精準全面地對所有用電設備進行實時監控，快速實現信息的搜集分析，給出準確的預測結果和最佳的用電方案。

3 智能用電系統的特點

結合上述針對智能用電系統各個功能模塊的作用分析內容來看，能夠發現智能用電系統可以實時進行電價策略的發布，在實現信息采集傳輸的基礎上還要進一步實現自動化控制，注重和用戶之間的互動參與，最終實現節約能源，保護環境的目標。在信息化層面來看，具體包括信息的搜集、負荷預測等內容；自動化層面則包括對用戶的電價策略設定，智能開關對電力設備的用電負荷調控等，通過互動終端用戶可以掌握更多的用電信息，同時設定針對性的家電電價策略。

總之，通過建設基于實時電價的智能用電系統，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調控電力負荷，提高能源利用率，促進社會經濟的發展，遵從環保理念，減少污染，保護環境。因此，建設智能用電系統具有重要的意義。