智能电网下的用电服务新技术

沈昌国 李 斌 高宇亮 朱金大

（国电南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

1 引言

我国的智能用电技术是建设坚强智能电网的重要组成部分，其核心就是实现智能化服务，满足用户多元化需求，实现电力供应稳定可靠、经济安全，构建电网与客户之间电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系。建设智能电网不仅仅是传统电网和系统的升级和改造，而且需要实现需方响应，需要推广应用智能需求侧管理技术，改变用户用能方式，促进节能减排，提高清洁的电能在终端能源消费中的比重。因此，智能用电建设的好坏直接关系到电网的能源使用效率、经济运行和有序用电[1-2]。

2 国内外研究现状

2.1 国内研究现状

近年来，随着我国特高压交直流示范试点工程的相继建成运行，国家电网公司也于2009年明确提出智能电网的发展计划，国内在智能用电服务相关技术领域也随之展开了大量的研究和实践，其中一些研究应用已达到国际先进水平或国际领先水平。

大客户负荷管理和低压集中抄表系统已安装使用近900多万户。国家电网公司在11个网省公司上线运行了营销业务应用系统，建成了营销分析与辅助决策系统，实现了报表自动生成、指标监管等功能。2008年底，国网公司又全面启动电力用户用电信息采集系统建设，重点开展了用电信息采集系统与终端功能、技术方案、组网方案、通信规约、安全防护策略等方面的研究，提出了集中和分布式两种主站部署模式、七套通用组网方案和整体技术架构，统一规范了采集系统建设的技术路线和技术要求。建立了电力营销业务标准，完成信息系统标准化设计。开展了供电客户服务标准化体系研究。同时，相关检测检验系列标准正在有序推进。

国网公司开展了风电监控及并网控制、分布式能源并网逆变器性能测试等技术研究，制订了《光伏并网逆变器认证技术规范》国家标准，先后完成多个光伏发电系统并网测试与验收；开展了智能用电小区相关的各类技术研究应用和商业推广，建成了若干个智能用电服务试点小区，体现出良好的交互性和智能化特色；开展了储能设备－电池特性、电动汽车充电站设计与接入、钠硫和液流电池等储能技术研究，在电动汽车充电设施典型设计、关键设备研发、试点工程实施等方面开展了大量卓有成效的工作。检测检验及其仿真技术正在完善，并开始筹建智能用电研究检测中心。

国网公司开展了各级有序用电预案科学编制和可靠实施工作。部分网省公司促成政府出台尖峰电价、蓄热蓄冷电价、可中断负荷电价等激励措施，通过经济手段引导客户避峰。上海等公司试行了绿色电力认购机制，引导新能源产业的发展。积极推广电动汽车、热泵和蓄能技术等电能替代技术，提高了电能在终端能源消费的比重。

部分网省公司开展了多种收费方式建设和应用，制定了抄表及电费收缴工作标准和自助服务终端建设规范。国网公司于2008年启动了95598服务热线和网上营业厅标准化建设工作，统一管理模式、统一建设标准、统一业务功能，开展了多项增值服务的研究，拓展经营领域，实现多方共赢。

2.2 国外研究现状

世界发达国家基于发展新能源、节能减排、提高电网运营效率、改善供电服务质量等需要，陆续开展了智能用电服务的研究和实践[3-6]。

（1）明确了智能用电服务发展目标。欧盟2006年发布了《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》，提出了智能用电服务方面的目标，美国2009年发布了智能电网建设发展评价指标体系，提出了智能电网的6个特性。

（2）拟定了系列智能用电服务实施计划。法国从2008年开始将目前使用的普通电表拟全部更新为“智能电表”，使客户能自动跟踪自己用电情况，并能进行远程控制。美国2009年发布《复苏计划尺度报告》，包括为4000万美国家庭安装智能电表，实现远程管理及读表等功能。根据英国政府披露的计划，到2020年，每个英国家庭都必须安装“智能电表”，实现远程抄表和对设备用电的“动态”控制，以及将客户利用风力或太阳能所发的电“卖”给电网，以降低能源耗用量。

（3）开展了系列负荷响应控制尝试。美国能源部于2006年启动“电网智能化”工程：一方面是让客户自主设定电器设备的使用功率和时间，从而节省电费，舒适但不浪费；另一方面是监控地区电网的使用情况，实现用电自动化，鼓励优先使用风电和太阳能等清洁能源。法国已有超过1000万客户可以通过网站、email、电话、专门的接收终端，获得最大关键峰荷电价信息，调整用电方式。

欧美国家近几年开展的智能用电服务实践以自动抄表和用电信息采集、用电设备自动控制（需方响应）为主，主要集中在配电和用户侧，并开始分布式能源接入研究实践。另外，国外已经开展了电动汽车有序充电的相关研究，比较初级的是人工控制电动汽车在谷时段进行充电；比较高级的是电动汽车充电可在电网允许时刻进行充电，能够优化充电安排，提高电网效率，但不能向电网反馈送电。

2.3 国内存在的问题和差距

我国在用电服务技术整体发展上与国外先进水平和我国建设坚强的智能电网的要求相比，还存在一定差距，一些问题也有待深入研究、分析和积极应对。

（1）在用电服务业务体系建设方面，各类系统与客户之间的互动功能尚不充分，系统功能需进一步开发和整合，相关专业信息系统尚未全面实现数据共享，还不能完全适应智能化用电服务的要求。未建立一体化营销自动化系统的运维组织机构和常态资金保障。

（2）在用电服务技术装备方面，原有的大客户负荷管理和低压集中抄表系统建设标准化程度偏低，技术方案和功能实现存在较大差异，电能表及采集终端型式多样、智能化水平不高。同时，海量信息传输技术和安全保障技术有待取得重大突破和实用化检验。

（3）在信息通信方面，尽管我国的智能用电通信技术研究具有一定的技术优势，但在支撑用电服务体系运行的通信网络和信息网络建设方面，面向用户侧的通信网络资源不足，需要进一步加强多种通信技术手段的研究，解决相关技术瓶颈。

（4）在客户服务体系方面，缺乏对客户个性化、差异化服务需求的响应，服务内容的深度和广度有待进一步拓展，互动手段有待丰富。现有的管理标准、业务标准和技术标准部分多基于传统营销模式，难以适应智能化用电快速发展对用电服务模式带来的新变化。

（5）在需求侧管理方面，由于政府配套政策不完善，专项资金投入不足，影响了实施进度。在用能系统能效评测、仿真技术和装备研发及系统建设应用方面，与国外还有一定的差距。光伏并网发电系统技术规范及标准体系不完善，缺少相应的检测和评估手段。

（6）在智能家居方面，并没有真正的走向普通家庭，推广缓慢，还停留在较浅的层面上，用户个性化的真实需求被掩盖，智能系统产品链中的社会化服务滞后也是造成目前状况的一个重要原因。

（7）在分布式电源接入方面，可再生能源风能、太阳能、小水电、农村沼气、生物质发电的接入、监测、对电网安全影响评估以及自动控制尚处于理论研究和小规模试点阶段，大量关键技术还有待深入研究。

目前电动汽车与电网双向能量转换模式还处于试验阶段，仍需研究技术可靠、成本低廉的满足商业化运行需求的双向变流及通信装备，同时还需要相应的电力市场环境支持，包括峰谷电价政策以及电动汽车接入电网提供调峰调频、负荷调整、需求响应等有偿服务的政策等。

（8）在客户资源开发与利用方面，由于目前还缺乏的必要的政策支持，开展增值服务和利用宝贵的用户资源促进金融产业化发展还处于理论研究阶段。

3 智能用电关键技术分析

智能用电技术涵盖了高速实时通信、智能电表、智能采集、双向交互和需方响应等多方面的技术，

是计算机应用技术、现代通信技术、高级量测技术、控制理论和图形可视化等学科交叉的技术集群。

3.1 用电业务体系

电费回收风险自动监控技术。研究精益化的电费核算技术自动计算电费，实时监测帐户余额，自动生成客户交费提示，自动进行风险等级评估，自动发布风险预警信息；通过与社会信用的信息交互，动态评价客户综合信用等级。

线损实时分析技术。可实施在线监测、实地稽查，及时发现非正常用电情况，进行线损实时统计分析，自动生成降损建议措施，为资源优化配置提供依据。

智能分析决策技术。构建智能决策分析平台，对各类供用电数据信息进行自动统计、归类、查询和分析，对各项营销及用电服务指标进行自动比对、分析和预测，自动生成营销策略和指标，为经营管理提供决策依据，为国家电力能源政策、节能减排政策调整提供全面、准确、多角度的辅助决策信息。

3.2 量测控制技术

智能化量测控制技术[7-8]。研制智能电表、智能终端、数字化计量设备等智能量测装置，运用智能量测、通信和控制技术，满足各类客户（包括分布式电源、储能装置、电动汽车等）计量计费、信息交互、实时监测、智能控制的要求。给用电信息采集系统、智能用电小区管理系统等建设提供量测技术支撑，研究物联网等新兴技术在智能化采集中的应用。

3.3 信息通信技术

公网通信应用技术。紧跟公网通信应用技术的发展进行深入的研究，应用各种公网通信方式收集用户用电信息，实现与用户的双向互动。

低压电力线载波通信技术。随着电力载波应用领域的推广，低压配电网电力载波通信成本问题、协议（标准）问题、安全问题等一系列问题已开始浮出水面。因此需要对低压电力线载波技术继续进行深入研究，使其更加实用化。

无线通信网络技术。研究新一代智能电网无线通信网络技术如Mesh、W iMAX、Mobitex等，充分利用各种无线通信方式的业务覆盖能力、支持的带宽、工作频段、经济性、承载能力以及技术成熟程度、政策许可性等特征，满足智能用电服务体系对无线通信的要求。

信息通信安全防护技术。制定对应的安全防护规范，采用完善的边界防护、网络防护、主机防护、应用防护等防护技术和措施，确保智能用电服务体系的安全可靠。

3.4 客户服务体系

（1）电费双向自动结算技术。随着分布式电源的不断介入以及充放电站的建设，需要在传统电费结算技术的基础上进行扩展，在双向计量的基础上研究电费双向自动结算技术，实现不同时段客户与电力供应商之间互供电量、电费的自动结算，并自动生成帐单信息实时传输供用双方。

（2）多渠道自助服务和缴费技术。研究包括网上营业厅、实体营业厅、客户服务热线在内的多渠道自助服务技术，解决多种形式自助缴费方式的关键技术问题，支撑预付费控制功能，防范欠费风险，开展多形式用电信息定制技术研究，全面体现互动特征。

（3）智能业扩报装技术。实现多渠道的跨区域客户报装受理，自动生成低压客户供电方案，辅助生成高压客户供电方案。利用手持终端设备，建立业扩报装现场勘查、工程验收等环节与营销支持系统的实时联络。

（4）客户故障自动诊断与处理技术。实现对计量装置的24小时在线监测，主动进行远程服务或现场检查，自动判断故障范围和停电设备产权，及时告知客户故障情况，提供自动寻找替代供电线路、启动自备应急电源等应急供电服务。实时定位抢修车辆，优化抢修派工，提供快速抢修服务。

（5）在线安全用电技术。实时在线管理重要客户安全用电情况，自动判别客户重要程度分级，依据客户供电方式、自备应急电源配备等信息，自动分析检测重要客户供用电安全隐患，生成供用电安全隐患治理建议方案，在线跟踪、监督隐患整改情况。利用状态监测等技术手段，为客户提供设备状态信息，及时告知潜在风险。

（6）客户资源管理和增值服务技术。对客户用电信息资源进行深度挖掘、有效利用；对客户进行分类管理，细分客户群体和类别，建立高价值客户资料库。开发更有效、更能创造价值的面向电力用户的增值业务,包括广告定制发放技术、多表合一抄表技术、代收费技术、安防管理技术、节能衍生品（二氧化碳等）交易技术等，推动增值服务的建设和推广。

3.5 需求侧管理

（1）智能用电小区和智能家居技术。弥补用户侧互动化的不足，包括智能用电小区建设现状及需求分析、建设模式及技术方案、商业推广及产业发展、通信技术、相关设备及软件系统、检验体系等，对与其相关的技术深入研究。

（2）智能有序用电技术。实现有序用电方案的辅助自动编制及优化；有序用电指标和指令的自动下达；有序用电措施的自动通知、执行、报警、反馈；实现分区、分片、分线、分客户的分级分层实时监控的有序用电执行体系；实现有序用电效果自动统计评价，确保有序用电措施迅速执行到位，保障电网安全稳定运行。

（3）远程能耗监测与能效诊断技术。通过远程传输手段，对重点耗能客户主要用电设备的用电数据进行采集和实时检测，分析客户能耗情况，自动编制能效诊断报告，为客户节能改造提供参考和建议，实现能效市场潜力分析、客户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流等。

（4）分布式电源监控及储能技术。开展分布式电源监控技术研究，以规范各类理论计算方式及装置配置原则，确保分布式电源接入电网后能安全、经济、稳定的运行。研究储能装置的充放电自动控制技术，研究储能装置的双向电能计量设备的信息采集、电能质量监测，实现储能装置和电网的互动，达到电网削峰、填谷及移峰填谷的功效。

3.6 检测检验技术

（1）智能用电系统检测检验技术。针对智能用电服务体系的建设所需要的大量支持系统，建立相应的检测检验标准和检测平台的建设工作，研究系统的相关检测检验技术。

（2）智能用电装置检测检验技术。针对大量各种智能用电装置，建立智能用电装置的检测检验标准，研究相关的检测检验技术和手段。

（3）智能用电仿真技术。建立智能用电模拟环境，研究智能用电的网架模型构架方式；研究基于智能需求侧响应和双向分布式电源接入技术的负荷预测和需求响应仿真技术、仿真算法等。

4 智能用电技术未来发展展望

坚强智能电网的建设对用电服务提出了更高的要求，实现智能化服务，满足用户多元化需求，设计以“技术先进、经济高效、服务多样、灵活互动、友好开放”为特征的智能用电目标框架和技术路线是未来用电服务技术的发展方向[9-11]。

（1）智能电网信息平台的建设必将打破过去传统的营销工作模式，促进营销现代化管理模式和管理理念的形成，推动营销业务向现代化管理方向迈进。

（2）以信息化带动生产专业化、推动管理现代化，构建电网与客户之间电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系。用电信息采集系统的建设和高级量测技术的发展，为这一目标的实现提供了基础信息平台。

（3）建立高速、双向、实时、集成的安全通信系统是实现智能用电的基础与支撑，随着各种通信技术的广泛研究应用，相关技术瓶颈的攻克，智能用电信息高速公路必将达到流畅实用要求。

（4）随着社会经济的发展，电力用户对供电服务的要求越来越高，希望能够降低用电成本，更加安全可靠用电，享受更加个性化、多样化、便捷化、互动化的服务。

（5）提高终端用电效率，减少电能浪费，优化电力资源配置将成为全社会共识。这就需要广大电力用户广泛参与，实现用电需求自由响应。

（6）小容量分布式电源发展态势迅猛，大范围应用储能设备成为新趋势。未来电网必须灵活开放，支持新能源、新设备接入。

5 结论

本文基于对智能用电技术国内外研究发展现状的分析，探讨了我国用电服务技术存在的问题和差距。结合我国智能电网的发展计划，对智能用电关键技术进行了深入分析，并展望了我国智能用电技术的未来发展趋势。智能用电技术的研究在我国还处于初级阶段，需要解决的问题还很多。但随着智能电网发展战略的实施，智能用电技术必将获得巨大的发展机遇。吸收国外先进技术和经验，在结合中国实际需求基础上，充分发挥自身特色，挖掘自身发展潜力，立足技术的自主开发和创新，将实用化、商业化作为目标，我国的智能用电服务技术必将在中国现代化进程中发挥更大作用。

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[8] 栾文鹏.高级量测体系[J].南方电网技术,2009,3(2):6-10.

[9] 肖世杰.构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化,2009,33(9):1-4.

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