智能用戶端系統關鍵技術探究

陳歡

【摘 要】電網功能和結構正在發生著革新性的改變。傳統電網技術在能量轉換率、電能利用率、電能質量上已經逐漸表現不足，正在向著能綜合配置能源、信息、服務的智能電網方向發展。在智能電網中，用戶端一直被認為是其“高速公路”的最后1公里，因此發展具有交互性、網絡化、高效性、智能化的用戶端技術，將是發展智能電網系統的重要組成部分。突破技術，實現用戶端智能電網的解決方案將給智能電網的發展帶來巨大的意義。

【關鍵詞】智能用戶系統 電網發展

1 電網未來發展趨勢

美國制訂一系列政策致力于建設信息化、新元件、新能源、新材料的智能電網，加強智能電網投資，促進電力部門發展，增加用戶自主權。歐洲把發展具有跨邊界的高效運營、遠距離輸送電能和接入可再生能源的智能電網作為戰略目標，更加注重分布式管理、微電網的構建、智能用戶端系統的理念。日本在新世紀更加注重新能源的發現和智能電網的切入。我國也在加快能源結構轉型，并在智能電網建設方面取得了一定的成績。我國特高壓輸電技術在世界上也是屬于前列的，已經建成了2項1 000 kV高壓交流和2項1 800 kV高壓直流工程；安裝了1.5億個智能電表對用戶進行用電信息采集；累計構建了353座電動汽車快速充換電站、1.5萬個充電樁等等。二十一世紀，世界各國都面臨著能源的緊缺問題，更加追求可再生能源和可持續發展，能源戰略結構更加趨于多元化發展。與此同時，世界各國都加快了智能電網建設以應對能源戰略轉型帶來的挑戰。

2 智能用戶端系統

用于電能傳送、分配、使用、控制、管理的所有系統和設備都屬于智能電網用戶端系統。包括用戶端的智能電器設備、電能管理系統、智能控制系統、互動服務系統等重要組成部分。主要構架體系如圖2-1所示。

圖2-1 智能電網用戶系統總體架構圖

電網系統經過發電、輸電、變電、配電、用電等過程，智能用戶端是其最后一個環節，也是其重要的一個部分，關系著電力電網的發展收益和建設成效，因此被稱為智能電網“高速公路”的最后1 km。智能用戶端支持多種分布式能源接入，發展綠色能源，實現可持續發展；有利于電能的智能管理，節能減排；實現雙向互動服務方式代替過去單一的生產消費模式；加快多層次系統的融合，實現信息共享和系統互聯。最終形成用戶用電的全面解決方案。

3 智能用戶端系統的關鍵技術

電能大部分的傳輸、配電、控制和管理都發生在用戶端系統，用戶端又是電能的實際消耗端。發展智能電網用戶端涉及到多個學科和領域，關鍵技術眾多，主要包括計算機技術、自動控制技術、圖形可視化技術和儀器儀表工程等多個學科。

3.1 共性技術。⑴網絡信息安全技術。網絡信息安全主要是指保障通信網絡硬件、軟件、數據的安全可靠，阻止其遭受惡意的破壞和泄露，穩定系統的可靠、正常運作。⑵通信技術。通信網絡作為智能電網的神經系統，發展利用智能電網進行大數據挖掘、智能分析、智能決策的能力，完成智能電網高度信息化。⑶多電源協調管理技術。多電源協調管理技術要求統一對各個電源系統輸出的電壓的頻率、相位、幅值和波形等統一調度，實現分布式電源發電系統的發電和運、停。⑷交互終端和可視化技術。交互終端和可視化技術為電網公司和用戶的互動提供技術平臺，實現電力企業的人性化管理和運作。

3.2 應用技術。應用技術是用戶端技術的總要部分，關系著用戶在智能系統上的直接體驗。該部分技術主要包括：⑴智能配電保護技術；⑵負載預測和平衡技術；⑶微電網技術；⑷需求響應互動技術；⑸ 系統節能技術；⑹智能家居技術等。

3.3 外圍技術。智能電網用戶端系統的外圍技術涵蓋了多個學科，比如材料學、微電子、大數據挖掘和自動化控制等，這些學科的發展對于智能用戶端系統的形成有著重要的影響。其典型技術有：仿真與模擬技術、智能芯片技術、快速儲能技術和超導體技術等。

4 未來用戶端系統的發展方向

為了保證智能電網用戶端系統能安全、可靠、兼容地運行，未來用戶端需要朝著實時數據采集、精確分析、統一監控、協調控制等集成化管理交互平臺，并逐步形成智能友好的系統網絡。

⑴智能電器將不再是單一功能設計，需要形成多功能集成系統。比如智能電網用戶端低壓電器產品將全面采用智能控制芯片，搭載智能傳感器和通信模塊，能夠智能控制、在線監測和故障修復等功能，為系統提供全面的解決方案。

⑵用戶端系統將實現平臺標準化，進行統一管理，逐步提高其穩定性和可靠性。加強技術標準的實施，完成各種技術的高度融合，發展智能電網用戶端系統的規范性和集成性。

⑶實現需求響應和需量控制。需求響應和需量控制是用戶端電能管理系統主要實現的功能。供電方和用戶作為智能電網中的服務方和被服務方。建立一個可視化、友好化、開放性的智能用戶端系統，有利于提供更加個性化服務和即時信息的發布。

⑷支持多種分布式電源接入和高效管理。智能電網用戶端系統發展成能夠接入不同電源的產能，實現統一管理和智能化控制，實現發展綠色能源和節能減排的目標，高效管理和最大限度利用各種能源。

5 結束語

隨著現代化工業的發展，對世界各國的能源利用都提出了挑戰，智能電網的加速建設已經在全球范圍內形成共識。在今后一個時期發展智能用戶端設備與系統將依附其快速發展。加快智能用戶端技術的研發和攻克，建設一個具有安全、節能、智能和舒適的智能用戶端系統，一定能夠給我國的智能電網發展帶來新的里程，同時實現可持續發展和加快能源結構轉變。