隨著科技的快速發(fā)展，以及面對(duì)著日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，為了應(yīng)對(duì)未來(lái)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(shì)。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(dòng)系統(tǒng)、優(yōu)化用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量、滿(mǎn)足用戶(hù)各種需求、進(jìn)一步提高供電可靠性、改變終端用戶(hù)的能源使用模式及提高用電效率這些方面有重要意義。

　　摘要：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(méi)有分類(lèi)，而且對(duì)于智能電網(wǎng)沒(méi)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(jì)，闡述了功率流和信息流以及系統(tǒng)的特點(diǎn)。這個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)造了用戶(hù)、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(jì)、靈活、易得、可靠、用戶(hù)友好。

　　關(guān)鍵詞：用電系統(tǒng),智能電網(wǎng),需求側(cè)管理,微網(wǎng),分布式電源

　　2003年，美國(guó)能源署（DOE）發(fā)出“GRID2003”項(xiàng)目，計(jì)劃為下一代電網(wǎng)安裝智能表，給客戶(hù)設(shè)置“網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)雙向通信和trans-active用戶(hù)界面，把智能住宅和電器接入電網(wǎng)，通過(guò)需求側(cè)管理將分布式電源規(guī)劃用戶(hù)加入電力市場(chǎng)，用戶(hù)將能獲得最優(yōu)質(zhì)量的電能。同時(shí)，也將會(huì)出現(xiàn)便宜實(shí)用的電能存儲(chǔ)裝置。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)也出臺(tái)了相似的計(jì)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(dòng)抄表（AMR），都將是高級(jí)計(jì)量架構(gòu)（AMI）的重要的部分。本文主要設(shè)計(jì)了智能電網(wǎng)智能用電技術(shù)的框架。

　　1設(shè)計(jì)框架

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)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(gè)組件協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)智能用電的用戶(hù)使用。

　　S-meter是SPUS和外界之間的能源接口和通訊門(mén)戶(hù)，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(hù)的訪(fǎng)問(wèn)端口之間實(shí)現(xiàn)通信。它應(yīng)當(dāng)將實(shí)時(shí)電能計(jì)量、計(jì)費(fèi)、雙向多賬單和通信管理等等基本功能整合起來(lái)。通信管理包括SPUS內(nèi)部之間、SPUS與供電公司之間及客戶(hù)端與SPUS之間的通信。

　　E-manager是SPUS能源中心，旨在實(shí)現(xiàn)管理獨(dú)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(cè)和控制、電網(wǎng)電能質(zhì)量、故障保護(hù)、用戶(hù)電能的開(kāi)斷和轉(zhuǎn)換等具體功能。SPUS中的分布式電源（DG）由太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、用戶(hù)的能源存儲(chǔ)和燃料發(fā)電機(jī)組等構(gòu)成。

　　A-controller是SPUS中實(shí)施電氣自動(dòng)控制裝置、優(yōu)化電力利用策略和人機(jī)互動(dòng)的電器控制平臺(tái)�？刂破鲗⒄�合電氣設(shè)備和機(jī)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(xiàng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，通過(guò)圖1中功率流和信息流，很清晰地顯示出來(lái)。

　　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(lái)反映。

　　接下來(lái)，我們用信息流和功率流來(lái)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(dòng)。供電公司通過(guò)電網(wǎng)為SPUS供應(yīng)電能。根據(jù)價(jià)格、電網(wǎng)供電計(jì)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(hù)從而供應(yīng)電能。如果選擇DG，E-manager應(yīng)該為用戶(hù)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(guò)GPRS、電力線(xiàn)通信和電子通信光纖與供電公司進(jìn)行信息交換。同時(shí)，S-meter通過(guò)各種方式與因特網(wǎng)互聯(lián)，以便方便用戶(hù)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(gè)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(gè)方面：

　�、侔凑諆r(jià)格策略和電能賬單信息，SPUS執(zhí)行與供電公司的雙向傳輸。

　�、诟鶕�(jù)價(jià)格戰(zhàn)略信息，電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，電能賬單信息DG的狀態(tài)，SPUS選用電源。

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

　　2系統(tǒng)特性

　　設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)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(dòng)

　　互動(dòng)是智能電網(wǎng)的一個(gè)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(dòng)不僅體現(xiàn)在用戶(hù)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(hù)參與電力系統(tǒng)運(yùn)行，鼓勵(lì)用戶(hù)參與電源建設(shè)、電力貿(mào)易和電源控制。在互動(dòng)方面，SPUS具有以下特點(diǎn)：

　�、俳尤隓G。作為一個(gè)雙向交易和供應(yīng)選擇的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)鼓勵(lì)用戶(hù)獨(dú)立電源的發(fā)展。在SPUS中，E-manager作為一個(gè)界面接入智能電網(wǎng)。高效、節(jié)能及環(huán)境友好的DG對(duì)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(shí)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(guò)制訂多種電價(jià)策略指導(dǎo)用戶(hù)以外，設(shè)計(jì)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(hù)獨(dú)立電力系統(tǒng)的界面。根據(jù)S-meter的信息，在電價(jià)低時(shí)，E-manager將給DG的儲(chǔ)能裝置充電，在高電價(jià)時(shí)，將DG的電能賣(mài)給供電公司。

　　2.2保護(hù)與系統(tǒng)

　　除了互動(dòng)以外，SPUS還可以保證電能的質(zhì)量與可靠性。需求高峰會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)停電，電力故障會(huì)引起供電中斷，而且，電網(wǎng)中的諧波和無(wú)功功率會(huì)給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)不利影響。在SPUS中，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果顯示電能質(zhì)量較差或是停電時(shí)，E-manager可以開(kāi)關(guān)-和轉(zhuǎn)換電源DG自動(dòng)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(hù)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(duì)SPUS的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)的和整合了多種技術(shù)，最終作為一個(gè)整體的電力系統(tǒng)。

　　此外，設(shè)計(jì)考慮到了實(shí)際應(yīng)用的靈活性。系統(tǒng)的三個(gè)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(hù)在應(yīng)用過(guò)程的需求。舉個(gè)例子，獨(dú)立的電源的用戶(hù)可以只是組裝S-meter和A-controller系統(tǒng)，如果沒(méi)有必需的自動(dòng)化設(shè)備，用戶(hù)可以不用A-controller系統(tǒng)。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　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(hù)之間的互動(dòng)界面，供電公司可以用來(lái)與用戶(hù)買(mǎi)賣(mài)電能，檢測(cè)和控制電能以及收集用戶(hù)信息。第二，還建立了信息交換平臺(tái)，有助于用戶(hù)與用電系統(tǒng)之間的通信，用戶(hù)通過(guò)用電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，咨詢(xún)用電及互動(dòng)的相關(guān)信息，控制電力設(shè)備。第三，它設(shè)計(jì)用戶(hù)的自主微網(wǎng)系統(tǒng)，為分布式發(fā)電，提供一個(gè)接口，以便用戶(hù)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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