本文作者：曹培 翁慧穎 俞斌 郭創(chuàng)新 周恒俊 單位：浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院 麗水電業(yè)局 南京市供電公司

電力行業(yè)面臨全球性危急的資源與環(huán)境形勢(shì)，建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)這一策略應(yīng)運(yùn)而生[1]。而智能需求側(cè)管理系統(tǒng)正是智能電網(wǎng)為了增加用電保障和優(yōu)化用戶(hù)用電行為而設(shè)立的需求側(cè)智能系統(tǒng)，將徹底地改變粗放式用戶(hù)能量管理現(xiàn)狀[2-3]。隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，電力行業(yè)的低碳化改革也被排上日程[4]。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司2010年發(fā)布的《綠色發(fā)展白皮書(shū)》，智能電網(wǎng)能夠在2011—2020年間，使電力行業(yè)累計(jì)減排105億tCO2。其中對(duì)用戶(hù)側(cè)的優(yōu)化管理能夠貢獻(xiàn)30%左右的減排份額，可見(jiàn)對(duì)智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也需要適應(yīng)更多的低碳化需求[5]。我國(guó)的用戶(hù)側(cè)管理起步較晚，最初是為了應(yīng)付大范圍缺電狀況，提醒用戶(hù)主動(dòng)降低負(fù)荷，或在緊急狀況下對(duì)用戶(hù)拉閘限電。20世紀(jì)末，我國(guó)開(kāi)始推廣“峰谷電價(jià)”政策，利用價(jià)格杠桿，引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行負(fù)荷的移峰填谷，使電力需求曲線(xiàn)趨向理想化。現(xiàn)階段，隨著智能電網(wǎng)的加快建設(shè)，對(duì)智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的籌備也已進(jìn)入了電力項(xiàng)目的建設(shè)日程，對(duì)系統(tǒng)中高級(jí)量測(cè)體系、智能電表等的研究正在加速展開(kāi)。智能需求側(cè)管理系統(tǒng)將電力銷(xiāo)售、使用、結(jié)算的過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制，增加用戶(hù)側(cè)效益，也起到降低電力行業(yè)碳排放強(qiáng)度的作用，是當(dāng)代電力系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一[6]。本文對(duì)適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的智能需求側(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行一些探討，根據(jù)低碳經(jīng)濟(jì)對(duì)系統(tǒng)發(fā)展的潛在影響，分析系統(tǒng)的功能架構(gòu)、應(yīng)用的主要技術(shù)以及服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)策略。

1低碳經(jīng)濟(jì)對(duì)智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的影響

智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的作用是幫助用戶(hù)和電力公司實(shí)現(xiàn)電力營(yíng)銷(xiāo)到使用過(guò)程的可靠性、便捷性、高效性和環(huán)保性要求，而在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人們對(duì)能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的節(jié)能環(huán)保性能更是提出了較高要求。相關(guān)的政策法規(guī)也將能源使用對(duì)環(huán)境的影響作了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的量化規(guī)定，以對(duì)消耗環(huán)境成本造成副外部性的人類(lèi)行為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)懲罰。對(duì)應(yīng)于低碳經(jīng)濟(jì)，一些國(guó)家也制定了涉及碳排放權(quán)交易、征收碳排放稅、對(duì)過(guò)量碳排放罰款等的相關(guān)法規(guī)，將碳排放帶來(lái)的環(huán)境成本經(jīng)濟(jì)化，以經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)低碳產(chǎn)業(yè)，抑制高碳產(chǎn)業(yè)，幫助實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和低碳效益的帕累托最優(yōu)[7]。由此可見(jiàn)，電網(wǎng)側(cè)需要根據(jù)用電量和電力發(fā)電方式，對(duì)電力碳排放實(shí)際主體(電力用戶(hù))的排放數(shù)據(jù)計(jì)量上傳，由環(huán)境部門(mén)按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電力用戶(hù)進(jìn)行碳排放的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償或懲罰。智能需求側(cè)管理系統(tǒng)可計(jì)量、上傳用于推算用戶(hù)用電碳排放強(qiáng)度及碳排放量的用電信息，并上報(bào)環(huán)境部門(mén)，為低碳經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支持。智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和低碳性可統(tǒng)一成一個(gè)綜合的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這種綜合帶來(lái)了2個(gè)好處：一是將對(duì)環(huán)境的影響程度轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)量化值，可以充分利用經(jīng)濟(jì)杠桿，讓系統(tǒng)更好地為電力公司和用戶(hù)做出低碳性與經(jīng)濟(jì)性的雙重引導(dǎo)；二是將環(huán)境利益經(jīng)濟(jì)量綱化，給系統(tǒng)運(yùn)行的外部環(huán)境效益賦予了市場(chǎng)特性，將擴(kuò)大智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的投資收益比率，對(duì)系統(tǒng)的推廣起助力作用[8]。在低碳經(jīng)濟(jì)下，智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的效益被分成了2個(gè)部分：一是直接的經(jīng)濟(jì)效益，如自動(dòng)化的營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)減少了人工業(yè)務(wù)量，降低了營(yíng)銷(xiāo)成本，節(jié)能服務(wù)使得用戶(hù)節(jié)約了能源成本等；二是環(huán)境效益在節(jié)能減排政策法規(guī)下的等價(jià)經(jīng)濟(jì)效益，如用戶(hù)在用電優(yōu)化后能夠降低溫室氣體的排放，減少碳稅的繳納額度和對(duì)碳排放權(quán)的購(gòu)買(mǎi)量，避免過(guò)量排放的罰款。在智能電網(wǎng)和低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的大背景下，對(duì)智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和管理都應(yīng)建立在對(duì)兩部分效益的綜合分析上[9]。

2智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

2.1智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次

智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信道、電能監(jiān)控子系統(tǒng)、采集子網(wǎng)以及測(cè)控層設(shè)備組成[10-11]。如圖1所示，智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的工作特點(diǎn)是雙向通信，通過(guò)交互的信息流的傳遞數(shù)據(jù)，基于經(jīng)濟(jì)性和低碳性?xún)煞矫婵紤]，分析計(jì)算產(chǎn)生管理控制策略，實(shí)施對(duì)用戶(hù)側(cè)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和管理，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)電能的優(yōu)化管理和電力部門(mén)的高效營(yíng)銷(xiāo)。同時(shí)，系統(tǒng)還可完成對(duì)用戶(hù)用電的碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，輔助低碳經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

2.2主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)的功能配置如圖2所示，主要包括負(fù)荷信息整理、用戶(hù)服務(wù)、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)3個(gè)子系統(tǒng)。

1）負(fù)荷信息整理存儲(chǔ)子系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)用戶(hù)側(cè)上傳的用電信息進(jìn)行系統(tǒng)化加工整理，在線(xiàn)把握準(zhǔn)確的負(fù)荷信息，并根據(jù)用戶(hù)服務(wù)和營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型與格式需求，通過(guò)配置或公式編寫(xiě)，對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析，并將碳排放相關(guān)信息轉(zhuǎn)發(fā)給環(huán)境部門(mén)，為高級(jí)應(yīng)用子模塊搭建了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高系統(tǒng)的分析能力。

2）用戶(hù)服務(wù)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由3個(gè)高級(jí)應(yīng)用子模塊構(gòu)成：用電管控模塊完成主站系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)有序安全用電的控制，以保證用戶(hù)按照當(dāng)前的用電模式和習(xí)慣正常用電，在分布式發(fā)電技術(shù)逐漸成熟時(shí)，它也將承擔(dān)對(duì)用戶(hù)側(cè)分布式電源的控制[12]；節(jié)能診斷模塊的作用是為申請(qǐng)節(jié)能服務(wù)的用戶(hù)(通常為大型工業(yè)用戶(hù))分析某一部門(mén)，如班組、車(chē)間、分廠(chǎng)的實(shí)際耗能情況，挖掘節(jié)能減碳潛力，并確定節(jié)能課題，為開(kāi)展節(jié)能項(xiàng)目的用戶(hù)做重要的前期準(zhǔn)備[13]；委托管理是在對(duì)用戶(hù)進(jìn)行節(jié)能診斷后，制定節(jié)能方案，簽訂合同，由智能需求側(cè)管理系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方為項(xiàng)目籌款，采購(gòu)并安裝設(shè)備、培訓(xùn)人員、投產(chǎn)運(yùn)行，用戶(hù)依據(jù)節(jié)能減碳效益支付項(xiàng)目費(fèi)用。

3）營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)子系統(tǒng)。營(yíng)銷(xiāo)管理子模塊的主要功能有客服調(diào)度、電能計(jì)量、用電監(jiān)測(cè)稽查、電費(fèi)結(jié)算以及抄表收費(fèi)業(yè)務(wù)、催費(fèi)業(yè)務(wù)、用電檢查等基礎(chǔ)服務(wù)；智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊與電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)不同，其預(yù)測(cè)結(jié)果主要作為電價(jià)策略制定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也可以作為針對(duì)某一申請(qǐng)專(zhuān)業(yè)服務(wù)的用戶(hù)實(shí)施用電管理的重要依據(jù)；電價(jià)制定和發(fā)布子模塊基于實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制，根據(jù)成本和市場(chǎng)，按一定的更新周期制定電價(jià)[14]，力求使電價(jià)起到最大化的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。

2.3電能監(jiān)控子系統(tǒng)

客戶(hù)終端、智能電表和采集子網(wǎng)構(gòu)成了電能監(jiān)控子系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)?？蛻?hù)終端主要是用來(lái)顯示用電信息，并作為用戶(hù)自主控制的輸入設(shè)備。其顯示的主要信息有電價(jià)政策、設(shè)備電力參數(shù)、電費(fèi)信息、用電的碳排放折算等。用戶(hù)對(duì)自身用電的控制可以通過(guò)客戶(hù)終端設(shè)備輸入。智能電表是智能需求側(cè)管理系統(tǒng)的核心設(shè)備，它以微處理器和通信技術(shù)為核心，具有自動(dòng)計(jì)量/測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、雙向通信和服務(wù)擴(kuò)展的能力，實(shí)現(xiàn)雙向計(jì)量、遠(yuǎn)程/本地通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、多種電價(jià)計(jì)費(fèi)、遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控、支持用戶(hù)與電網(wǎng)互動(dòng)等功能，是智能用電的基礎(chǔ)設(shè)備[15]。