中国智能用电的实践与未来展望

收稿日期：2011-11-21作者简介：王广辉（1968—），男，黑龙江青冈人，高级经济师，党组书记、副总经理，从事能源政策、低碳电力研究。

E -mail:wangguanghui@深度融合［4］，能够实现能源和信息的综合配置，使得电网更大范围地服务社会，给人民生活方式带来翻天覆地的变化。

因此，智能电网不仅仅是电力行业本身的事情，也不单单是能源行业的一场变革，更是一次社会发展方式的变革。

智能用电作为智能电网的重要组成部分，是目前研究的热点，是实现电力工业本质从“如何供应”到“如何使用”思路转变的最重要体现。

此外，智能用电的价值将不再单纯局限于用电方式和形式的改变及电力使用的便捷、绿色和高效，更大的价值还体现在由此产生的海量数据以及这些数据潜在价值的挖掘［5-6］。

以此重新洗牌和构建的产业生态链无疑将会成为新一次产业革命的重要推手。

1国内外发展现状1.1国内发展现状自2004年以来，河北、江苏、福建、上海、浙江等省市在迎峰度夏高峰电力供应不足时，开展了可中夫花园、重庆加新沁园和富抱泉先后建成了智能小区，实现了分布式电源接入、配电自动化、用电设备的监测及有序用电指导。

2010年，上海市电力公司开展智能楼宇示范工程建设，通过构建一套新的能效管理系统，实现对楼宇日常用电情况的数据采集和在线监视。

2010年，国家电网公司在上海世博园、天津滨海新区的中新生态城进行了综合性的智能用电示范建设。

2011年，甘肃白银、山东东营以及江苏南京等地区开始建设国内首批智能园区，重点开展大用户能效监测、管理方案的实践。

2011年国家科技部开展了国家高技术研究发展计划（863计划）智能电网重大专项的研究，其中涉及智能用电方面的研究占有相当大比例［9］。

这些研究的开展，一方面体现了国家层面对智能用电的重视；另一方面将有助于智能用电在低碳化和节能型社会中发挥重要作用。

1.2国外发展现状虽然国外对于智能电网的研究各自有不同的关注点，如美国关注电力网络基础架构的提升，欧盟关第45卷中国电力特别推荐注可再生能源及分布式电源接入等，但在智能用电领域却有着共同的目标，即提高终端能源利用效率，在用户侧促进节能减排，提高供电服务质量。

基于这个目标，一些国家相继开展了智能用电领域的研究和实践［10-13］。

欧盟2006年发布了《欧洲未来电网的远景和策略》，提出了智能用电领域研究目标。

意大利从2001年开始建设自动抄表管理系统，至2008年累计安装了3180万块智能电表，覆盖面已达95%，实际管理线损由3%降至1％。

根据法国能源监管部门提出的10a 计划，从2012年1月开始，所有新装电表必须是智能电表，到2016年底，95%的电表必须与自动抄表管理系统相连，使客户能实时跟踪自己的用电情况，并能实现远程控制。

英国计划到2020年，所有用户必须安装“智能电表”，实现双向自动抄表以及分布式电源的接入，建立用户与电网的用电互动，从而有效降低能源耗用量。

美国奥巴马政府2009年将智能电网建设提升为国家战略，计划为4000万家庭用户安装智能电表，实现自动抄表和远程用电控制等功能。

IBM 、思科等公司在智能用电互动支持平台上提出了相应技术解决方案。

美国加州、新英格兰、宾夕法尼亚地区以及太平洋天然气与电力公司、南加州爱迪生电力公司等相继实施了基于价格、激励2种响应方式的需求响应项目，降低了系统1.4%~4.1%的高峰负荷。

日本近期公布在横滨、北九州、关西等城市开展智能社区示范工程建设。

韩国依托济州岛智能电网建设项目，开展智能电力市场、智能交通、智能电网、智能资源重利用方面的研究。

2智能用电体系架构和关键支撑技术我国在智能用电方面的认识和实践是一个不断探索的过程，经过几年的技术探索和项目经验积累，已经对智能用电的内涵形成了初步统一的认识。

智能用电是综合利用高级量测、实时通信、负荷协调控制和需求侧响应等技术，构建电网与用户电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系［8］。

采集从供电端到用户端的各种相关数据，通过信息交互网络，上传至智能用电分析与控制中心，对其中的信息进行整合分析和数据挖掘，指导用户调整用电方式，达到提高供电可靠性和终端设备能源利用效率、降低用户用电成本的目的。

2.1智能用电的体系架构在智能电网蓬勃发展背景下，各个国家均投入，都想在以智能电网为核心的产业革命中占得先机。

美国正在致力于推动智能电网标准的全球化，它将标准化视之为支撑电网中发电、输电、配电、变电、用电、调度和信息通信高度融合的基础。

中国不同于美国，没有对外技术出口和扩张的压力和冲动。

中国是一个能源消耗大国，对于其强劲内需所形成的电力市场巨大“蛋糕”，不能再像过去跨国电力巨头争食中国电力工业一样无力招架，力不从心。

中国改革开放30a 的辉煌成就使得具有中国特色智能电网完全可以从容发展。

因此，未来智能电网的发展一定要坚定不移地紧密结合国情，尤其对于智能用电，事关国计民生、产业重构，更要探索一条适合中国特色的技术路线，包容沉着，充分调动起各方积极性，构建全面感知、互联互通、深度挖掘的智能用电体系架构，如图1所示。

（1）在智能电网用户端存在大量的用电设备，如各种家用电器、各种工业用设备、电动汽车、储能装置、分布式电源等。

用户与电网之间、用户与设备之间以及设备与设备之间要进行信息交换，需要利用高级量测技术和物联网技术随时随地感知、测量、收集各类信息（如设备状态、用电信息等），通过互联互通的通信网络传输给智能电网控制中心。

全面感知智能电网的各种数据是实现电网智能化、自动化和互动化的基础。

（2）建立互联互通的高速实时通信系统是实现智能电网的基础支撑条件，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统进行支持。

同时，通信系统要和电网一样深入到用户内部，覆盖所有的用户和设备。

支撑智能电网的通信技术有无线和有线2种。

有线通信方式首推光纤通信，无源光网络xPON 技术已经在智能电网建设中得到普遍应用。

电力线通信（PLC ）技术是具有电力特色的通信方式，近年来发展迅速，已经在用电信息采集和末端宽带通信中得到广泛应用。

4G 无线TD-LTE 技术、图1智能用电体系架构Fig.1Architecture for intelligent power utilization王广辉：中国智能用电的实践与未来展望第1期特别推荐WiMAX无线宽带等技术在智能电网中也开始进行尝试性的应用。

特别是近两年研制的电力光纤技术（OPLC）解决了低成本“最后一千米”接入问题，实现了在提供电能的同时，互联网、广播电视网和电信网的同网传输，极大地降低“三网融合”实施成本，提高了网络的综合运营效率。

（3）智能电网建设的不断推进，使得大量终端设备接入电网并产生海量数据，现有的数据处理模式已难以满足海量数据的存储和处理要求。

基于云计算技术的海量数据处理平台能有效解决上述问题。

利用商业智能技术［5-6］对海量智能用电数据进行分析和深度挖掘，为用户提供用能指导和建议，为电网提供决策依据。

以用电数据为基础建立能效管理平台对提高终端能源利用效率，提高电网“削峰填谷”能力，促进低碳电网的发展有重要意义。

2.2物联网和云计算是智能用电的关键支撑智能用电涉及很多共性关键技术，如智能采集、双向交互和需求响应等，但带有突破性的标志是物联网和云计算技术的兴起，为智能用电的发展提供了新的技术支撑［14-17］。

综合利用好这些技术，而非标新立异去过分寻求“高、精、尖”，即整合创新，将成为智能用电的一个新课题。

物联网解决了智能电网的信息来源问题，依靠物联网可为智能用电各项功能奠定数据基础。

物联网通过传感器网络和通信网络将任意物品纳入互联网，遵守标准的、可互操作的通信协议，构成动态的、具有自配置能力的基础网络架构。

物联网是智能电网末端信息全面感知的最基础环节，将全方位提升智能用电的智能家居、用电信息采集、分布式能源接入与控制、电动汽车及储能装置充放电管理、用户交互服务等应用中的信息感知的深度和广度。

同时，物联网将不仅仅是用户和电网之间传输信息的工具，还将对各级节点信息进行融合处理，通过模式识别、数据挖掘等智能计算技术进行智能分析和处理，实现智能化的决策和控制。

海量智能用电数据给现有的电力系统计算和信息处理平台带来极大挑战，在此背景下，基于云计算的海量数据处理平台应运而生［18］。

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给用户。

利用云计算中的大规模数据并行处理技术构建智能用电的基础数据处理平台，能够适应数据急剧增长，可以承载超大规模用户的用电分析和互动服务，能够高效、可靠而又低成本地管理海量数据。

借助云计算提供给智能用电处理平台的强大存储和计算能力，实现用电负荷的实时预测、用电负荷协调优化复杂模型的计算以及综合多种因素的用电智能决策等应用。

考虑安全性问题，通过建立专业化的安全中心，保障用户的数据安全。

云计算作为一种新兴的并行计算技术，与智能用电技术的紧密结合将变革传统的电力系统信息处理体系；与物联网技术的结合，将有效解决智能用电海量信息采集、存储和处理等难题。

3智能用电的典型实践自智能电网被提出并被广泛认可开始，世界各国在智能电网各个环节进行了大量的实践。

在智能用电方面，智能小区、智能楼宇和智能园区的建设成为中国最具典型性的智能用电实践，积累了相当丰富的经验。

从世界范围内看，我国的实证研究无论是规模还是深度，都是发达国家不能比拟的。

智能用电实践是各种智能用电技术的综合示范应用，是使居民用户、商业用户和工业用户参与电网运行的摸索尝试，是感受智能电网的最直接方式。

以提高能效为核心的智能用电，将促进低碳节能技术的发展，对于重构能源管理架构有重要意义。

3.1智能小区智能小区建设是我国在智能用电领域的早期实践，起到了“星星之火，可以燎原”的作用。

利用融合通信技术建造覆盖小区的通信网络，综合运用智能家居、双向互动、配电自动化、电动汽车和储能装置有序充放电、分布式电源接入控制等技术［19-21］，对用户主/被动负荷进行监测、分析和控制，提高终端能源利用效率，为用户提供优质双向互动服务。

自2009年4月以来，国家电网公司在多地广泛开展智能小区试点建设工作。

实践表明，智能小区能为用户提供稳定可靠、经济优质、透明开放、友好互动的电力供应和服务；能增强电网综合服务能力、提升服务水平；通过建立电网与客户之间实时连接、互动、开放的数字网络，实现电力流、信息流、业务流的有机融合，取得了显著的效果。

3.2智能楼宇智能楼宇是智能用电从用户侧向电网侧融合的最佳切入点，更进一步加深了用户与电网的内在技术联系。

综合采用测量、通信、自动控制及能效管理等先进技术，将所有与用能相关的系统进行集成，实现与楼宇公共管理、设备管理等系统的互联互通。