隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能技術(shù)已經(jīng)深入我們生活生產(chǎn)的方方面面，在電力工業(yè)中也是如此，本文主要研究智能用電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理。

　　《電力系統(tǒng)裝備》Electric Power System Equipment(月刊)2002年創(chuàng)刊，是一本面向電力工業(yè)和電力設(shè)備產(chǎn)業(yè)，集指導(dǎo)性、信息性、技術(shù)性、實用性于一體的大型綜合性月刊。經(jīng)過不斷發(fā)展壯大，已成為真正縮短電力設(shè)備供應(yīng)商與用戶間聯(lián)絡(luò)的新干線。&&雜志內(nèi)容涵蓋電力生產(chǎn)、傳輸、使用及電力設(shè)備制造等領(lǐng)域。

　　隨著科技的快速發(fā)展，以及面對著日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，為了應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)正在應(yīng)用于世界范圍的電力工業(yè)中，并且代表著21世紀(jì)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。作為智能電網(wǎng)的組成部分，用電環(huán)節(jié)在建立雙向互動系統(tǒng)、優(yōu)化用戶的服務(wù)質(zhì)量、滿足用戶各種需求、進(jìn)一步提高供電可靠性、改變終端用戶的能源使用模式及提高用電效率這些方面有重要意義。

　　用電是智能電網(wǎng)的重要組成部分，然而現(xiàn)有的用電系統(tǒng)沒有分類，而且對于智能電網(wǎng)沒有特別的適應(yīng)性。文章主要研究智能電網(wǎng)用電組件的技術(shù)要求和發(fā)展方向，提出了包含智能電網(wǎng)技術(shù)特征的智能用電系統(tǒng)的框架設(shè)計，闡述了功率流和信息流以及系統(tǒng)的特點。這個設(shè)計構(gòu)造了用戶、分布式發(fā)電的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化了需求側(cè)管理，使用電環(huán)節(jié)更經(jīng)濟、靈活、易得、可靠、用戶友好。

　　2003年，美國能源署(DOE)發(fā)出“GRID2003”項目，計劃為下一代電網(wǎng)安裝智能表，給客戶設(shè)置“網(wǎng)”，實現(xiàn)雙向通信和trans-active用戶界面，把智能住宅和電器接入電網(wǎng)，通過需求側(cè)管理將分布式電源規(guī)劃用戶加入電力市場，用戶將能獲得最優(yōu)質(zhì)量的電能。同時，也將會出現(xiàn)便宜實用的電能存儲裝置。中國國家電網(wǎng)也出臺了相似的計劃。

　　用電系統(tǒng)包括負(fù)荷控制和管理(LCM)和需求側(cè)管理(DSM)自動抄表(AMR)，都將是高級計量架構(gòu)(AMI)的重要的部分。本文主要設(shè)計了智能電網(wǎng)智能用電技術(shù)的框架。

　　1設(shè)計框架

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　設(shè)計智能用電系統(tǒng)(SPUS)，圖1顯示了SPUS的結(jié)構(gòu)和工作系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括3部分：智能電表(S-meter)、能源管理器(E-manager)和電器控制器(A-controller)。三個組件協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)智能用電的用戶使用。

　　S-meter是SPUS和外界之間的能源接口和通訊門戶，其工作是與電網(wǎng)之間進(jìn)行電能交換，供電公司控制中心和用戶的訪問端口之間實現(xiàn)通信。它應(yīng)當(dāng)將實時電能計量、計費、雙向多賬單和通信管理等等基本功能整合起來。通信管理包括SPUS內(nèi)部之間、SPUS與供電公司之間及客戶端與SPUS之間的通信。

　　E-manager是SPUS能源中心，旨在實現(xiàn)管理獨立電源供應(yīng)，優(yōu)化電力供應(yīng)策略，選擇電能和交互等功能。E-manager將整合如分布式發(fā)電(DG)的監(jiān)測和控制、電網(wǎng)電能質(zhì)量、故障保護(hù)、用戶電能的開斷和轉(zhuǎn)換等具體功能。SPUS中的分布式電源(DG)由太陽能發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、用戶的能源存儲和燃料發(fā)電機組等構(gòu)成。

　　A-controller是SPUS中實施電氣自動控制裝置、優(yōu)化電力利用策略和人機互動的電器控制平臺。控制器將整合電氣設(shè)備和機器的智能操作組合優(yōu)化等基本功能。

　　1.2功率流(潮流)和信息流

　　除了它們的基本功能外，SPUS的三部分還需要完成多項系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，通過圖1中功率流和信息流，很清晰地顯示出來。

　　功率流是指SPUS的電能傳輸，信息流是指通信系統(tǒng)的信息，其中包括SPUS與外部的、系統(tǒng)的各部分之間各種信息的交換。信息流控制功率流，而功率流的狀態(tài)由信息流來反映。

　　接下來，我們用信息流和功率流來描述SPUS系統(tǒng)的工作。

　　功率流在電網(wǎng)、S-meter、E-manager，以及以E-manager為核心的裝置中流動。供電公司通過電網(wǎng)為SPUS供應(yīng)電能。根據(jù)價格、電網(wǎng)供電計劃、電網(wǎng)電能質(zhì)量、DG供電狀態(tài)，E-manager從電網(wǎng)電源或DG轉(zhuǎn)換到用戶從而供應(yīng)電能。如果選擇DG，E-manager應(yīng)該為用戶把DG電能控制和轉(zhuǎn)換到可供應(yīng)電能的狀態(tài)。

　　信息流的核心是S-meter。如圖2所示，S-meter通過GPRS、電力線通信和電子通信光纖與供電公司進(jìn)行信息交換。同時，S-meter通過各種方式與因特網(wǎng)互聯(lián)，以便方便用戶檢查系統(tǒng)。此外，S-meter作為SPUS的入口，與E-manager和A-controller相連，著重于整個系統(tǒng)的各種信息。功率流和信息流的一體化反映在一下幾個方面：

　　①按照價格策略和電能賬單信息，SPUS執(zhí)行與供電公司的雙向傳輸。

　　②根據(jù)價格戰(zhàn)略信息，電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，電能賬單信息DG的狀態(tài)，SPUS選用電源。

　　③隨著價格策略信息、用戶信息和選擇信息的控制命令，SPUS將命令，時間和電器持續(xù)時間結(jié)合起來。

　　2系統(tǒng)特性

　　設(shè)計方案的重點是適應(yīng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，形成整體系統(tǒng)。

　　2.1互動

　　互動是智能電網(wǎng)的一個重要特征，特別是用電端的重要表現(xiàn)形式和突出特征。智能電網(wǎng)的互動不僅體現(xiàn)在用戶側(cè)，而且在電力系統(tǒng)所有參與者中都有詮釋。智能電網(wǎng)促進(jìn)用戶參與電力系統(tǒng)運行，鼓勵用戶參與電源建設(shè)、電力貿(mào)易和電源控制。在互動方面，SPUS具有以下特點：

　　①接入DG。作為一個雙向交易和供應(yīng)選擇的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)鼓勵用戶獨立電源的發(fā)展。在SPUS中，E-manager作為一個界面接入智能電網(wǎng)。高效、節(jié)能及環(huán)境友好的DG對于用電系統(tǒng)可靠性和促進(jìn)可再生能源的發(fā)展非常重要。

　　②雙向交易。為了實現(xiàn)峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移，智能電網(wǎng)非常推崇雙向交易。除了通過制訂多種電價策略指導(dǎo)用戶以外，設(shè)計和研究界面及雙向交易也很重要的。在SPUS中，S-meter是連接電網(wǎng)與用戶獨立電力系統(tǒng)的界面。根據(jù)S-meter的信息，在電價低時，E-manager將給DG的儲能裝置充電，在高電價時，將DG的電能賣給供電公司。

　　2.2保護(hù)與系統(tǒng)

　　除了互動以外，SPUS還可以保證電能的質(zhì)量與可靠性。需求高峰會導(dǎo)致電網(wǎng)停電，電力故障會引起供電中斷，而且，電網(wǎng)中的諧波和無功功率會給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來不利影響。在SPUS中，當(dāng)檢測結(jié)果顯示電能質(zhì)量較差或是停電時，E-manager可以開關(guān)-和轉(zhuǎn)換電源DG自動供應(yīng)質(zhì)量高的電能。

　　在智能電網(wǎng)的環(huán)境下，用電的環(huán)節(jié)與分布式電源，電網(wǎng)與用戶相關(guān)。其工作包含了很廣的方面，有很大程度上的技術(shù)創(chuàng)新。

　　對SPUS的設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)性的設(shè)計，協(xié)調(diào)的和整合了多種技術(shù)，最終作為一個整體的電力系統(tǒng)。

　　此外，設(shè)計考慮到了實際應(yīng)用的靈活性。系統(tǒng)的三個部分有不同的角色和優(yōu)先權(quán)，可以自由組合，以匹配用戶在應(yīng)用過程的需求。舉個例子，獨立的電源的用戶可以只是組裝S-meter和A-controller系統(tǒng)，如果沒有必需的自動化設(shè)備，用戶可以不用A-controller系統(tǒng)。

　　3結(jié)語

　　這一智能用電系統(tǒng)的框架有以下意義：第一，它在智能電網(wǎng)中建立了供電公司與用戶之間的互動界面，供電公司可以用來與用戶買賣電能，檢測和控制電能以及收集用戶信息。第二，還建立了信息交換平臺，有助于用戶與用電系統(tǒng)之間的通信，用戶通過用電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，咨詢用電及互動的相關(guān)信息，控制電力設(shè)備。第三，它設(shè)計用戶的自主微網(wǎng)系統(tǒng)，為分布式發(fā)電，提供一個接口，以便用戶可以自主獲取能源和提高電能質(zhì)量及供電可靠性。

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