摘要：随着能源互联网的提出与发展以及电力市场改革的不断深化，灵活互动的智能电力系统成为电网发展变革的新方向。智能用电作为智能电网的重要环节，通过灵活的电力网络、高效设备和信息网络，实现了电网和用户的灵活双向互动以实现电力资源的优化配置。
关键词：智能用电技术；背景下；配电网；运行规划；研究综述
1导言
随着电力系统向智能化发展以及电力市场的逐步开放，当前的配电网也在发生一些变化：以风电、光伏发电为代表的分布式电源DG（DistributedGeneration）在用电侧或配电网中逐步渗透，传统电力系统中，规划或运行主要考虑来自负荷的不确定性，然而，随着DG所占的比例逐步提高，配电系统中供需两侧都呈现显著的随机性特征和一定的耦合关系，导致不确定性既可能被放大又可能被抵消；配电网架灵活多变、扩展频繁，随着传统配电网向主动配电网转变，其拓扑结构要求可灵活调整以适应用电智能化的需求，且应具有主动控制和运行能力；越来越多的电能消费者正变成发用电者，随着智能用电的引入，传统电力系统“发输配售用”的功能界限将逐渐趋于模糊，利用可控发电机组和需求侧技术可以形成多能源互补的协同机制，实现源网荷多元协调；局部智能化微网的形成，有利于最大限度地利用可再生能源及提高配电网运行的灵活性与可靠性，局部微网的运行赋予了配电网运行调度更加丰富的内容；储能设备和电动汽车及其充电设施的推广应用，有利于实现储能及电动汽车与配电网的灵活互动，配电网的运行更加需要建立在先进的网络信息系统、智能控制与管理系统以及大数据处理、云计算等技术的基础上。
2智能用电技术的内涵与特征
智能用电是以高级量测体系（AMI）系统及终端技术为支撑，采用智能双向互动为核心的新型智能用电模式，旨在为用户提供优质的供电服务，提高电能的利用效率。AMI的建立彻底改变了电力流和信息流单方向流动的现状，为智能用电体系下用户与电网双向全面互动提供平台和技术支撑。通信作为AMI区别于传统量测体系的重要方面，在实现智能用电信息交互方面起到重要支撑作用，AMI的通信传输架构如图1所示。在本地通信方面，有线通信包含ＲS-485和电力线载波；无线通信主要为微功率无线。在远程通信方面，有线通信主要为光纤专网，无线通信主要为230MHz、Mbbitex、TD-LTE等无线专网和GPＲS、CDMA1X、ADSL等公网网络信道。由图1可知，用户能够实时获取电价信息、电网运行状态信息以及用电设备的功率和电量信息，因此可以实时优化调整用户侧的发电方式和用电行为，组织精准实时的需求侧响应，与电网灵活互动。
图1 智能用电AMI通信传输架构图
智能用电通过利用互联网、云计算和大数据等新兴技术的优势，构建开放智能的电网用户灵活交互系统，其核心特征是电网与用户能量流、信息流、业务流的灵活互动。图2显示了智能电网体系下源网荷交互关系。
图2 智能电网体系下源网荷交互关系
智能用电的信息互动主要通过网上、手机等智能终端的在线服务，实现电网公司与用户信息互动共享，打破孤岛状态。电网公司可以实时掌握用户的基本用电信息，便于更好地组织生产以及为用户制定个性化的售电服务与节能服务。用户可以及时了解电网公司的最新公告、实时电价、电网频率、节点电压等信息，也同样可以及时调整用电行为，降低用电成本，实现与电网的实时互动。智能用电能量互动的实现可以分为电网视角和用户视角。从电网公司视角上，对于DG，电网公司可以根据电网潮流变化及区域源荷平衡情况，自动控制接入和退出DG，同时也可以配合储能装置，优化控制各个DG客户的出力，实现最优潮流控制；对于电动汽车的充放电，电网公司通过优化制定充放电电价及策略，合理控制充放电时间，结合有序充电及即插即用等方式，引导电动汽车主动参与电网运行。从用户视角上，DG用户可以根据电网公司发布的DG状态信息及电价信息，合理组织生产，主动促进电网对可再生能源的消纳，实现售电盈利；电动汽车用户基于智能平台和终端上电网发布的实时信息，优化充放电策略，降低充电成本，甚至获得售电盈利。智能用电的业务互动包括电网公司向用户提供的用电报装服务、故障抢修服务、咨询查询服务等，以及用户向电网公司提供的售电服务、用电信息共享服务等。通过一系列的便捷优化服务，电网公司能够便捷地提高对用户需求侧响应的主动消纳，提供个性化人性化服务，提高服务水平和质量；用户能够实现方便、灵活、透明、经济和可靠的用电。
3促进配电网灵活优化运行的应用需求
3.1需求侧响应互动需求
如前所述，越来越多的电能消费者正变成发电者并参与到电网的运行中，需求侧资源若能够作为与供应侧资源同等价值的调节手段参与系统整体的调控，将对削峰填谷、减小源荷供需失配和降低可再生能源出力不确定性对系统的影响具有重要作用。配电网如何充分合理调度需求侧资源，使电网的运行形成源荷双侧协调响应，将是实现配电网灵活优化运行的关键所在。需求侧响应作为智能用电的重要方面，在削峰填谷、提升系统安全稳定运行、减少运行费用等方面具有显著作用，是实现柔性负荷与电网灵活互动的重要途径之一。然而，目前系统运行人员已经习惯了从发电侧对系统运行进行管理和控制，需求侧响应后的负荷调整会增加调度维度，可能导致“供电用电”两侧难以协调。对用户而言，他们也习惯了传统的电价结算方式，对于实时电价和阶梯电价的认知上仍需进一步引导。因此，智能用电促进需求侧主动响应还需解决源荷控制调度上的协调以及引导用户对需求侧响应和电价政策的观念认知转变。
3.2电能质量调控需求
大规模间歇性DG接入配电网，其并网逆变器的控制引起的直流注入问题、输出功率的不确定性引起的潮流的波动性势必会对配电网运行的电能质量产生很大的影响。总结DG产生的电能质量问题主要包括：谐波、电压波动与闪变、频率波动、电压偏差等。当前，DG接入配电网引起的电能质量问题已经成为其大规模接入的主要瓶颈。未来配电网对大规模DG兼容包并的主要体现形式之一在于对广泛接入DG后配电网电能质量的调控能力。智能用电技术实现电能质量调控的技术手段主要集中在需求侧响应、负荷聚合技术和近几年发展起来的电力弹簧应用方面。负荷聚合技术主要是将数量庞大的电动汽车、空调等用户侧可控负荷整合为一个或多个聚合体，参与电网调度以最大化负荷资源价值，满足系统调峰、调频等不同运行需求。电力弹簧是将机械弹簧的概念引入电力系统中，其核心思想是将关键负载上的电压波动转移到非关键负载上，并自动调节非关键负载的耗电量，实现发电量与用电量的自动平衡。需求侧响应、负荷聚合技术和电力弹簧在用电侧的应用，为智能用电的源荷平衡和电能质量控制提供了更为丰富的技术手段。通过智能用电技术的源荷双侧互动，能够缓解源荷供需失配引起的一系列电能质量问题，有利于提高系统运行的安全性和稳定性。然而，电能质量调控是一个实时动态过程，源荷的互动依赖于实时可靠的通信支撑，当前要实现全网的源荷实时通信还需要一段历程，因此，如何在稀疏通信的情况下实现区域局部电能质量自律调控将是智能用电背景下配电网运行需要重点研究的课题。
参考文献：
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论文作者:叶盛峰,姜凯文,孟祥斗,曾森淼
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/1
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