智能用户端系统关键技术探究

陈欢

【摘 要】电网功能和结构正在发生着革新性的改变。传统电网技术在能量转换率、电能利用率、电能质量上已经逐渐表现不足，正在向着能综合配置能源、信息、服务的智能电网方向发展。在智能电网中，用户端一直被认为是其“高速公路”的最后1公里，因此发展具有交互性、网络化、高效性、智能化的用户端技术，将是发展智能电网系统的重要组成部分。突破技术，实现用户端智能电网的解决方案将给智能电网的发展带来巨大的意义。

【关键词】智能用户系统 电网发展

1 电网未来发展趋势

美国制订一系列政策致力于建设信息化、新元件、新能源、新材料的智能电网，加强智能电网投资，促进电力部门发展，增加用户自主权。欧洲把发展具有跨边界的高效运营、远距离输送电能和接入可再生能源的智能电网作为战略目标，更加注重分布式管理、微电网的构建、智能用户端系统的理念。日本在新世纪更加注重新能源的发现和智能电网的切入。我国也在加快能源结构转型，并在智能电网建设方面取得了一定的成绩。我国特高压输电技术在世界上也是属于前列的，已经建成了2项1 000 kV高压交流和2项1 800 kV高压直流工程；安装了1.5亿个智能电表对用户进行用电信息采集；累计构建了353座电动汽车快速充换电站、1.5万个充电桩等等。二十一世纪，世界各国都面临着能源的紧缺问题，更加追求可再生能源和可持续发展，能源战略结构更加趋于多元化发展。与此同时，世界各国都加快了智能电网建设以应对能源战略转型带来的挑战。

2 智能用户端系统

用于电能传送、分配、使用、控制、管理的所有系统和设备都属于智能电网用户端系统。包括用户端的智能电器设备、电能管理系统、智能控制系统、互动服务系统等重要组成部分。主要构架体系如图2-1所示。

图2-1 智能电网用户系统总体架构图

电网系统经过发电、输电、变电、配电、用电等过程，智能用户端是其最后一个环节，也是其重要的一个部分，关系着电力电网的发展收益和建设成效，因此被称为智能电网“高速公路”的最后1 km。智能用户端支持多种分布式能源接入，发展绿色能源，实现可持续发展；有利于电能的智能管理，节能减排；实现双向互动服务方式代替过去单一的生产消费模式；加快多层次系统的融合，实现信息共享和系统互联。最终形成用户用电的全面解决方案。

3 智能用户端系统的关键技术

电能大部分的传输、配电、控制和管理都发生在用户端系统，用户端又是电能的实际消耗端。发展智能电网用户端涉及到多个学科和领域，关键技术众多，主要包括计算机技术、自动控制技术、图形可视化技术和仪器仪表工程等多个学科。

3.1 共性技术。⑴网络信息安全技术。网络信息安全主要是指保障通信网络硬件、软件、数据的安全可靠，阻止其遭受恶意的破坏和泄露，稳定系统的可靠、正常运作。⑵通信技术。通信网络作为智能电网的神经系统，发展利用智能电网进行大数据挖掘、智能分析、智能决策的能力，完成智能电网高度信息化。⑶多电源协调管理技术。多电源协调管理技术要求统一对各个电源系统输出的电压的频率、相位、幅值和波形等统一调度，实现分布式电源发电系统的发电和运、停。⑷交互终端和可视化技术。交互终端和可视化技术为电网公司和用户的互动提供技术平台，实现电力企业的人性化管理和运作。

3.2 应用技术。应用技术是用户端技术的总要部分，关系着用户在智能系统上的直接体验。该部分技术主要包括：⑴智能配电保护技术；⑵负载预测和平衡技术；⑶微电网技术；⑷需求响应互动技术；⑸ 系统节能技术；⑹智能家居技术等。

3.3 外围技术。智能电网用户端系统的外围技术涵盖了多个学科，比如材料学、微电子、大数据挖掘和自动化控制等，这些学科的发展对于智能用户端系统的形成有着重要的影响。其典型技术有：仿真与模拟技术、智能芯片技术、快速储能技术和超导体技术等。

4 未来用户端系统的发展方向

为了保证智能电网用户端系统能安全、可靠、兼容地运行，未来用户端需要朝着实时数据采集、精确分析、统一监控、协调控制等集成化管理交互平台，并逐步形成智能友好的系统网络。

⑴智能电器将不再是单一功能设计，需要形成多功能集成系统。比如智能电网用户端低压电器产品将全面采用智能控制芯片，搭载智能传感器和通信模块，能够智能控制、在线监测和故障修复等功能，为系统提供全面的解决方案。

⑵用户端系统将实现平台标准化，进行统一管理，逐步提高其稳定性和可靠性。加强技术标准的实施，完成各种技术的高度融合，發展智能电网用户端系统的规范性和集成性。

⑶实现需求响应和需量控制。需求响应和需量控制是用户端电能管理系统主要实现的功能。供电方和用户作为智能电网中的服务方和被服务方。建立一个可视化、友好化、开放性的智能用户端系统，有利于提供更加个性化服务和即时信息的发布。

⑷支持多种分布式电源接入和高效管理。智能电网用户端系统发展成能够接入不同电源的产能，实现统一管理和智能化控制，实现发展绿色能源和节能减排的目标，高效管理和最大限度利用各种能源。

5 结束语

随着现代化工业的发展，对世界各国的能源利用都提出了挑战，智能电网的加速建设已经在全球范围内形成共识。在今后一个时期发展智能用户端设备与系统将依附其快速发展。加快智能用户端技术的研发和攻克，建设一个具有安全、节能、智能和舒适的智能用户端系统，一定能够给我国的智能电网发展带来新的里程，同时实现可持续发展和加快能源结构转变。