低碳经济智能用电体系研究

本文作者：曹培 翁慧颖 俞斌 郭创新 周恒俊 单位：浙江大学电气工程学院 丽水电业局 南京市供电公司

电力行业面临全球性危急的资源与环境形势，建设统一坚强智能电网这一策略应运而生[1]。而智能需求侧管理系统正是智能电网为了增加用电保障和优化用户用电行为而设立的需求侧智能系统，将彻底地改变粗放式用户能量管理现状[2-3]。随着低碳经济时代的到来，电力行业的低碳化改革也被排上日程[4]。根据国家电网公司2010年发布的《绿色发展白皮书》，智能电网能够在2011—2020年间，使电力行业累计减排105亿tCO2。其中对用户侧的优化管理能够贡献30%左右的减排份额，可见对智能需求侧管理系统的设计也需要适应更多的低碳化需求[5]。我国的用户侧管理起步较晚，最初是为了应付大范围缺电状况，提醒用户主动降低负荷，或在紧急状况下对用户拉闸限电。20世纪末，我国开始推广“峰谷电价”政策，利用价格杠杆，引导用户进行负荷的移峰填谷，使电力需求曲线趋向理想化。现阶段，随着智能电网的加快建设，对智能需求侧管理系统的筹备也已进入了电力项目的建设日程，对系统中高级量测体系、智能电表等的研究正在加速展开。智能需求侧管理系统将电力销售、使用、结算的过程进行优化控制，增加用户侧效益，也起到降低电力行业碳排放强度的作用，是当代电力系统发展的热点之一[6]。本文对适应低碳经济形势的智能需求侧管理系统进行一些探讨，根据低碳经济对系统发展的潜在影响，分析系统的功能架构、应用的主要技术以及服务架构实现策略。

1低碳经济对智能需求侧管理系统的影响

智能需求侧管理系统的作用是帮助用户和电力公司实现电力营销到使用过程的可靠性、便捷性、高效性和环保性要求，而在低碳经济时代，人们对能源系统运营的节能环保性能更是提出了较高要求。相关的政策法规也将能源使用对环境的影响作了经济指标的量化规定，以对消耗环境成本造成副外部性的人类行为进行经济惩罚。对应于低碳经济，一些国家也制定了涉及碳排放权交易、征收碳排放税、对过量碳排放罚款等的相关法规，将碳排放带来的环境成本经济化，以经济手段促进低碳产业，抑制高碳产业，帮助实现经济效益和低碳效益的帕累托最优[7]。由此可见，电网侧需要根据用电量和电力发电方式，对电力碳排放实际主体(电力用户)的排放数据计量上传，由环境部门按标准对电力用户进行碳排放的经济补偿或惩罚。智能需求侧管理系统可计量、上传用于推算用户用电碳排放强度及碳排放量的用电信息，并上报环境部门，为低碳经济的市场运营提供技术支持。智能需求侧管理系统的经济性和低碳性可统一成一个综合的经济指标，这种综合带来了2个好处：一是将对环境的影响程度转化为经济量化值，可以充分利用经济杠杆，让系统更好地为电力公司和用户做出低碳性与经济性的双重引导；二是将环境利益经济量纲化，给系统运行的外部环境效益赋予了市场特性，将扩大智能需求侧管理系统的投资收益比率，对系统的推广起助力作用[8]。在低碳经济下，智能需求侧管理系统的效益被分成了2个部分：一是直接的经济效益，如自动化的营销服务减少了人工业务量，降低了营销成本，节能服务使得用户节约了能源成本等；二是环境效益在节能减排政策法规下的等价经济效益，如用户在用电优化后能够降低温室气体的排放，减少碳税的缴纳额度和对碳排放权的购买量，避免过量排放的罚款。在智能电网和低碳经济时代的大背景下，对智能需求侧管理系统的开发和管理都应建立在对两部分效益的综合分析上[9]。

2智能需求侧管理系统的结构与功能

2.1智能需求侧管理系统的结构层次

智能需求侧管理系统的功能结构如图1所示，系统由主站系统、远程信道、电能监控子系统、采集子网以及测控层设备组成[10-11]。如图1所示，智能需求侧管理系统的工作特点是双向通信，通过交互的信息流的传递数据，基于经济性和低碳性两方面考虑，分析计算产生管理控制策略，实施对用户侧的在线监测和管理，从而实现用户侧电能的优化管理和电力部门的高效营销。同时，系统还可完成对用户用电的碳排放相关数据统计，辅助低碳经济的运行。

2.2主站系统

主站系统的功能配置如图2所示，主要包括负荷信息整理、用户服务、营销服务3个子系统。

1）负荷信息整理存储子系统。通过对用户侧上传的用电信息进行系统化加工整理，在线把握准确的负荷信息，并根据用户服务和营销服务的数据类型与格式需求，通过配置或公式编写，对上传的数据进行计算、统计和分析，并将碳排放相关信息转发给环境部门，为高级应用子模块搭建了坚实的数据基础，提高系统的分析能力。

2）用户服务子系统。该系统主要由3个高级应用子模块构成：用电管控模块完成主站系统对用户有序安全用电的控制，以保证用户按照当前的用电模式和习惯正常用电，在分布式发电技术逐渐成熟时，它也将承担对用户侧分布式电源的控制[12]；节能诊断模块的作用是为申请节能服务的用户(通常为大型工业用户)分析某一部门，如班组、车间、分厂的实际耗能情况，挖掘节能减碳潜力，并确定节能课题，为开展节能项目的用户做重要的前期准备[13]；委托管理是在对用户进行节能诊断后，制定节能方案，签订合同，由智能需求侧管理系统运营方为项目筹款，采购并安装设备、培训人员、投产运行，用户依据节能减碳效益支付项目费用。

3）营销服务子系统。营销管理子模块的主要功能有客服调度、电能计量、用电监测稽查、电费结算以及抄表收费业务、催费业务、用电检查等基础服务；智能需求侧管理系统的负荷预测模块与电力系统传统的负荷预测系统不同，其预测结果主要作为电价策略制定的数据基础，也可以作为针对某一申请专业服务的用户实施用电管理的重要依据；电价制定和发布子模块基于实时电价机制，根据成本和市场，按一定的更新周期制定电价[14]，力求使电价起到最大化的负荷调节作用。

2.3电能监控子系统

客户终端、智能电表和采集子网构成了电能监控子系统的主体结构。客户终端主要是用来显示用电信息，并作为用户自主控制的输入设备。其显示的主要信息有电价政策、设备电力参数、电费信息、用电的碳排放折算等。用户对自身用电的控制可以通过客户终端设备输入。智能电表是智能需求侧管理系统的核心设备，它以微处理器和通信技术为核心，具有自动计量/测量、数据处理、双向通信和服务扩展的能力，实现双向计量、远程/本地通信、实时数据交互、多种电价计费、远程设备监控、支持用户与电网互动等功能，是智能用电的基础设备[15]。