智能配用电业务探讨

余 昆，徐石明，杨永标，黄 莉，吴立杰

（1.河海大学能源与电气学院，南京 211100；2.南京市智能配用电工程技术研究中心，南京 201100；3.国电南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

分布式发电、储能等系统接入配电网后，改变了配电网的物理结构，使其成为有源网络。一方面，配用电环节的调控手段更加丰富；另一方面，电力用户和外部环境对配用电的要求更高，因此开展智能配用电业务、提高配用电环节的智能化水平是电网发展的必然要求。

近年来，关于智能配用电相关的理论和技术研究已成为配用电领域的热点。配电环节的研究集中在智能调度［1］、自愈控制［2－4］、分布式电源和电动汽车充电站规划［5，6］、电动汽车及微电网等运行控制与协调优化［7，8］，用电环节的研究则集中在智能终端、高级量测［9］、需求侧响应［10］和用户互动［11］等方面。这些研究从不同角度对智能配用电进行了阐述，但未能建立系统的智能配用电业务。

本文从分布式电源、微电网、电动汽车等新兴元素接入以及电力用户的新需求出发对智能配用电的业务需求进行分析，建立智能配用电业务架构，为开展智能配用电技术研究和电力公司构建智能配用电业务提供依据。

1 智能配用电需求分析

1.1 智能配用电的建设目标

随着各种分布式电源、电动汽车等分散接入到配网和用户侧，从根本上改变了配电网的物理形态，配用电环节都将出现电源，成为有源网络。配用电过程中的电力能量流发生了巨大变化，不仅可以由大电网经配电网供电给用户，也可由配电网直接送电给用户或者用户自己生产电能并就地消纳，甚至用户侧多余的电能还可在适当时候送入电网获得经济效益。分布式电源上网运行、电动汽车充放电等功能的协调依赖于用户和电网之间建立的信息互动渠道，实时准确的信息互动是实现智能配用电的基础，需要通过高级传感技术、量测技术、智能终端和智能电表等支撑技术与设备的应用，用户可随时获知配电网络的运行状态信息和电价信息、电力公司可随时获知用户的用电信息，形成双向信息互动。在双向电力能量流和双向通信网络基础上，为了提高配电和用电的智能化程度，电力公司需要对配用电业务进行调整以适应上述变化，要求建立跨部门决策业务模式。可见，智能配用电是对传统配用电的本质改变，可从能量流、信息流、业务流3个方面来描述，如表1所示。

表1 配用电的发展变化关系

同时，智能配电和用电作为智能电网建设的两大环节，力求实现全社会最优，其建设目标可以从电力公司、用户和社会三个角度来阐述，如图1所示。

图1 智能配用电的建设目标

1.2 智能配电的业务需求

从各种类型的分布式电源、集中／分散储能装置、电动汽车等新元素广泛接入配电网，上述的智能配用电建设目标，以及国家电网公司提出的“三集五大”体系建设需求来看，对配电网的规划、运行、检修相关业务提出了新的需求，需要建立智能配电业务。如图2所示，在传统配电业务基础上，分别从相关业务的对象、智能化和应用功能等几个方面出发，建立智能配电网规划、运行控制和检修相关的业务。

图2 智能配电业务需求

太阳能光伏发电、风力发电等利用可再生能源进行发电，清洁无污染且不消耗化石能源，但这类发电受环境影响大，出力具有间歇性和波动性；另外，分布式电源并网运行时，安装地点、容量和接入方式，及其与继电保护配合不合理等因素可能会导致供电可靠性降低；分布式电源随机接入会影响配电网的安全性，如果管理和监控不到位，还会给安全检修、客户用电安全等带来隐患。所以，配电网规划中需要考虑对分布式电源、微电网、电动汽车充放电设施等对象进行优化。同时，由于这些新元素的接入，配电网成为复杂的有源网络，系统规模更加庞大，元件特性更加复杂，需要加强对配电网的监控，如果针对所有对象安装测控装置则投资巨大。因此，需要基于配电网的可观性和可控性，兼顾安全可靠性和经济高效性对监测点、控制点和二次系统进行优化规划。配电网需要适应长时间的负荷需求，因此，进行合理规划的前提是开展负荷、分布式电源的功率、电量预测业务。

由上述分析可知，智能配电网中含有分布式电源等多种新元素，在运行管理过程中，除了进行传统配电网监控外，还需要对分布式电源、微电网、电动汽车充放电设施等新元素对象进行监控。新元素的接入为配电网的主动控制提供了更多的手段，同时智能电网建设要求提高配电网运行的智能化水平，因此开展配电网优化调度和自愈控制、电动汽车和中央空调等负荷的调度工作是重要的智能配电业务。通过配电网全寿命周期管理、智能故障抢修与停电管理可提高配电网的供电可靠性，同时还能减少不必要的检修工作，实现对电力设备和物资的集约化管理。

1.3 智能用电的业务需求

除配电环节外，分布式电源、储能系统等还会在用电环节接入电网，成为用电侧的“源”，以及电动汽车等新型负荷出现，都增加了用电的复杂性。同时，为了灵活安全便捷用电，电力用户针对智能用电在信息采集、营销计量和增值服务业务提出了新的要求。电网侧和用户侧都要求拓展传统用电业务，建立智能用电业务。

用户侧分布式电源容量小，多分散在居民小区和建筑物中，由用户自行控制，除满足用户自身用电外，还可倒送电给电网。根据用户的电力电量需求弹性，协调各种用电设备的电能消耗，以及分布式电源、储能系统、电动汽车和常规用电设备之间的能量流，可优化电力负荷曲线、提高用户侧和电网侧的资源利用效率、实现能效提升与效益最大化。用户感受是智能用电的最直接检验，除了业务变更、计量缴费、电价电费管理、用电检查、防窃电管理等基本电力营销业务外，要求电力公司向用户提供增值服务，包括用能监测与能效分析、用电优化与智能控制、信息发布与电能交易、智能家居与社区服务等业务。

电力公司和电力用户在能量和业务上的这种双向互动，需要用电信息采集作为支撑。分布式电源、电动汽车充放电设施、储能系统等接入后，扩大了用电信息采集的范围，不仅涵盖各类常规电力用户、电力专线、专用变压器，还有分布式电源、电动汽车、储能系统等接入用户侧的新元素。采集对象的扩展、采集参量的增加、电力用户安全便捷用电要求的提高，需要借助智能电表、多种通信方式以及各配用电信息系统融合，分别向电力公司和电力用户提供上述智能配用电所需要的数据支持，实现智能用电服务业务，帮助电力用户做出最聪明的用电决策，增加用电的灵活性。

2 智能配用电的业务架构

2.1 智能配用电业务的总体架构设计

智能配用电业务包含了分布式电源、微电网、电动汽车等新对象，重点需要建立能够提高配用电智能化水平的业务，实现业务主体多方共赢的目标。可从智能配电网规划、配用电运行监控、设备资产全寿命周期管理、故障与停电管理、营销与客户服务、计量计费、分析与决策7个方面构建智能配用电的业务架构，如图3所示。

图3 智能配用电业务体系架构

分布式电源、电动汽车、储能系统等灵活接入到配电侧和用电侧，对电力用户的用电方式产生了一定的影响，配用电业务都需要计及这些新元素，在避免其负面影响的同时充分发挥其作用，提高各项配用电业务的智能化程度。配用电设备从计划、采购、直到报废进行全寿命周期管理，为实现智能配用电提供设备状态、预期剩余寿命、故障率等基础信息。在此基础上，对电能生产和使用全过程的智能化分析，通过智能配电和智能用电环节之间的电力流、信息流、业务流交互实现智能配用电。

2.2 跨部门协调业务分析

电力企业的正常生产运行建立在多个专业部门的相互协作基础上，尤其实现上述的智能配用电目标更需要跨部门协调。比如，合理的网络结构和电源分布是实现智能配用电的基础，综合考虑配电网的现状、历史运行情况和负荷的发展趋势才能实现科学的配电网规划方案。从时间和空间维度对电力负荷发展、电源需求的准确预测需要分别从营销部门和生产部门获取信息；配用电设备缺陷等运行信息、分段联络开关和配用电测控需求信息需要从生产部门和运行调度控制部门获取；在获取了完整的配用电一、二次系统数据基础上，进行智能配电网规划、设计，以此为指导实施配电网建设。换句话说，智能配电网规划需要多个业务部门配合才能实现。

前一节所述的典型业务同样如此，需要多个业务部门分工协作完成工作。总的来说，智能配用电需要各种信息系统作为技术支撑，因此，实现跨部门业务系统之间的信息交互和应用集成是建设智能配用电的业务需求。

3 智能配用电关键业务分析

智能配用电要求对传统配用电业务进行调整，并增加新的业务，以配用电环节相关信息为基础，在智能配用电业务过程中充分利用各种先进技术，提高配用电的智能化程度。

3.1 智能配电关键业务

分布式发电、储能系统等新元素接入配电网，成为配电网中的“源”，并且分布式电源的出力可控性较差，分段联络开关反映了配电网运行的灵活性，这些对象的接入类型、位置和容量直接关系到配电网的安全可靠运行。负荷预测作为配电网规划的基础，要求实现在时间和空间上进行准确预测，即对源和荷在配电网中的时空分布预测是建立远景规划方案的关键，智能配电网规划是实现智能配用电的关键业务。

电力用户响应政策机制进行负荷调节，可减少负荷峰谷差、平滑负荷曲线，由于电力系统要求供需瞬时平衡，所以配电网的可供电能力必须大于负荷需求，通过负荷调度降低高峰负荷可大大减少电网的建设投资，也就是说，考虑分布式电源和负荷参与的智能配电网优化调度是关键业务之一。同时，由于配电网处于末端，其供电可靠性直接影响用户的供电，以预防为主的自愈控制正是为此而提出又一关键业务。

3.2 智能用电关键业务

智能配用电允许并要求用户参与电网互动，互动的基础是双方供用电信息的互通。实现智能配用电需要对用户内部的用电信息进行采集，同时增加对分布式电源、电动汽车等新配用电对象的数据采集，这些对象规模大、分散广，实施高级量测技术采集各种用电和电价信息，通过合理的电价使用户自主选择电动汽车、储能装置的充放电时间和选择分布式发电功率的使用路径等。所以配用电信息的高级量测是实现智能用电的关键业务。

电力公司和用户是矛盾的双方，前者需要采集客户用电信息和用电需求，通过提高服务质量赢取更多的使用电量；后者作为电能受体，寻求经济实惠的电价政策和方便快捷的电力服务。因而，电力公司需要响应客户的用电需求，开展定制电力、绿色电力、多渠道缴费、节能减排等增值服务；电力客户响应电力公司的电价政策，选择恰当时机分布式发电上网运行和对储能装置进行充放电。另外，政府提倡节能减排，大多数分布式电源属于清洁无污染的发电方式，因此用户侧的能效服务也应作为增值服务。兼顾二者利益的营销服务手段，可有效提高电力公司和用户的综合效益，是建设智能用电的关键业务。

4 结语

分布式电源、微电网、电动汽车等新兴元素接入以及电力用户的新需求对智能配用电业务提出了新的需求。本文在分析配用电在能量流、信息流和业务流的发展变化，以及和“三集五大”体系下智能配用电的建设目标基础上，对智能配电和智能用电的业务需求进行了分析，并构建了涵盖七大业务范畴的智能配用电业务体系架构。针对智能配电，从智能配电网规划、智能调度、自愈控制三个关键业务进行具体分析，针对智能用电，具体分析了高级量测、增值服务等关键业务。本文的智能配用电业务分析为开展智能配用电技术研究提供依据，同时为电力公司的业务发展提供参考。

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