第一篇：電力負荷預測導則

近期需電量和電力負荷預測導則

(試行)

SD 125—198

4中華人民共和國水利電力部

關于頒發《近期需電量和電力負荷預測

導則(試行)》的通知

(1984)水電計字第368號

現將《近期需電量和電力負荷預測導則(試行)》(SD125—1984)發給你們，希遵照執行，并通知如下：

1.搞好近期需電量和電力負荷預測，對實現電網安全經濟運行具有重要意義，也是電網發展規劃的基礎。各單位要大力加強這方面的工作，這在當前市場經濟比重逐步增長、企業自主權進一步擴大的情況下尤為重要。各局要配備必要的專責人員，并建立起從供電局(所)至電管局(電力局)的多級預測網，以便在盡可能短的時間內獲取最確切的信息。

2.在導則執行過程中的經驗和問題，請及時告部計劃司。

一九八四年十月五日

1總則

1.1近期需電量和電力負荷預測是編制年度電力生產計劃的基礎。它的主要任務是測算發展國民經濟和滿足城鄉生活所需要的電量和電力，為安排電網發電能力、實行計劃用電及進行國民經濟計劃和電力生產計劃之間的相互平衡創造條件。因此，必須重視預測工作，不斷提高預測水平。

1.2調查研究是搞好預測工作的基本方法。因此，必須經常了解科學技術進步，社會經濟活動，工農業生產發展，社會用電結構，工業產品結構和自然現象等變化對需電量的影響，為搞好預測工作打好基礎。

1.3預測工作是科學性很強的工作，一定要堅持實事求是的精神和嚴格的科學態度，克服主觀性和片面性。預測結果應能反映客觀實際，使預測數據成為編制電力生產計劃的可靠依據。

1.4本導則適用于各級電力部門。電管局和部直屬省局可以結合本地區的實際情況，制定補充實施細則。

2預測內容和要求

2.1按照編制年度電力生產計劃的需要，預測內容如下：

a.根據上半年的實際用電量情況和有關資料，預計當年能達到的需電量和電網年最高負荷。

b.按照國家計委編制的產品產量計劃以及市場調節產品和其他各類用電的自然增長率、預測次年計劃需電量和電網年最高負荷。

c.根據歷史統計資料和用電調查，考慮工農業生產可能的超產因素和電網發供電設備能力、燃料供應、水情預報及區外購電等情況，經過綜合平衡，預測次年能達到的需電量和電網最高負荷。

2.2預測數值允許偏差范圍如下：

a.對當年能達到的需電量預計值的偏差不超過±1%。

b.對次年能達到的需電量預測值的偏差不超過±2%。

注：

偏差=

3需電量預測方法

3.1同期對比法

這是預計當年能達到的需電量的基本方法。在預計時可參照上半年實際用電量和有關歷史統計資料，進行分析對比，測算全年能達到的需電量。

3.2產品產量法

這是預測次年計劃需電量的主要方法。預測時要按以下方法分別測算各項需電量。a.對國家計劃產品的需電量，要按國家計季編制的產品產量計劃(或控制指標)乘以產品電耗計算。產品電耗應根據歷史資料和產品結構的變化進行推算。

b.對市場調節產品和其他各類用電的需電量，要分行業和類型按自然增長率并結合典型用電調查進行測算。

c.對廠用電和線損，要按電力系統實際發展情況進行推算。

d.對凈輸出區外(網外)的電量，應按簽訂的協議規定和上級部門的總見進行安排。計劃需電量為上述四項需電量之和。

3.3大用戶用電量加一般用戶用電量自然增長法

大用戶(包括新增大用戶)的用電量應逐個調查并核實。測算一般用戶用電量自然增長時，已列出的大用戶的用電量及用電比重較大的大中型基建項目的基建用電量，應從一般用戶用電的歷史資料中剔除，然后分析并預測其自然增長率。將上述需電量加廠用電、線損和凈輸出區外(網外)的電量，即為全部需電量。

3.4回歸分析法

如條件合適，也可采用回歸分析法測算需電量。此時，要正確選用樣本的數學模型，對不正常的樣本數據，要做適當調整，特別是用時間序列分析法時，要有近幾年的樣本數據，使數學模型與樣本有較高的擬合程度。

3.5為了提高預測的精確度，同一數據應盡可能采用多種方法(包括本章中沒有提到的其他方法)進行測算。利用模型預測時，一些未能計算的其他重要因素和存在的問題，應在提出建議時予以考慮。

4最高負荷預測方法

4.1預測電網年最高負荷，一般有以下三種方法：

a.最高負荷利用小時法： 預測值-實際值×100%實際值

電網年最高負荷(萬kW)=

b.負荷率法： 電網年需電量(萬kW·h)電網年最高負荷利用小時(h)

電網年最高負荷(萬kW)=

式中：月最高負荷日的平均日負荷率 電網年需電量(萬kW·h)月最高負荷日的平均日負荷率×月不均衡率×年不均衡率×日歷小時(h)

月最高負荷日的平均日負荷率=

日歷小時=8760或8784(h)

c.同時率法：電網年最高負荷=最高負荷調整系數×同時率×各行業(或各地區)年最12個月每月最高負荷日的日需電量的累加×100%24×12個月每月最高負荷日的負荷累加 12×年平均日需電量月不均衡率=×100%12個月每月最高負荷日的負荷累加 12個月每月最高負荷日的負荷累加年不均衡率=×100%12×電網年最高負荷

高負荷的累加

式中：最高負荷調整系數-考慮廠用電和線損后的調整系數。

4.2預測季或月最高負荷，可根據歷史統計資料和季節性變化因素，采用移動平均法或其他方法進行測算。

5資料積累、整理和分析

5.1為了搞好需電量和電網最高負荷的預測，必須經常注意積累資料，加強分級管理，建立和健全必要的用電卡片或計算機數據庫。主要資料包括以下幾個方面：

a.農村部分(包括農業產值，各類用電量及其增長率等)；

b.工業部分(包括主要產品產量、生產能力，分行業的用電量、產值，產品和產值電耗，彈性系數等)；

c.大用戶部分(包括用電量、用電負荷、負荷率、同時率、產品產量、生產能力、產品和產值電耗、最高負荷利用小時等)，一般掌握全部用電量的百分之五十至六十的大用戶資料；

d.市政生活用電部分(包括分類用電量、人均照明用電量等)，要進行各種類型的抽樣調查，如家用電器典型抽樣調查(包括普及率、用電量、人均居住面積、收入和支出等)，以便能較可靠地掌握生活用電增長規律；

e.交通運輸用電部分(包括用電量及其增長率等)；

f.廠用電部分(包括發電、供熱廠用電量，各類機組廠用電率等)；

g.線損部分(包括分電壓等級線損量、線損率、售電量、供電量等)；

h.分區供電負荷、供電量等。

5.2搞好資料的分析、研究工作。掌握用電增長規律和產品電耗、負荷率等專項指標的變化趨勢，了解各類工業用戶的生產工藝過程、特點、產品品種與用電的關系。每年要利用對行業、變電所、線路等負荷測資料整理、繪制各類工業的日負荷曲線，分析日負荷率的變化規律，搜集整理分區負荷潮流和各級網絡的有功無功負荷分布，為搞好負荷預測打好基礎。

5.3加強缺電調查。根據生產能力、國家計劃指標分別調查所缺電力電量，對水電比重大的系統，應按豐水期、枯水期分別說明缺電情況。對用電發展潛力做到心中有數，每年六月底前上報當年缺電情況調查報告。

5.4加強用電分析工作。每年三月至四月應根據上年度國民經濟和社會發展情況，分析各類用電變化，缺電情況，對照上一年預測結果，總結經驗，寫出分析報告，不斷地完善預測方法。

6其他

6.1為了搞好預測工作，電管局、省局和地、市級供電局(電業局、電力公局)的計劃部門，必須配備若干名專責預測人員，并要保持相對穩定。從電管局到供電局要建立預測聯系網，互通信息，每年交流一次預測經驗，互相促進，不斷提高預測水平。

6.2為了提高預測的準確性和科學性，要不斷改善預測手段和技術，充分發揮電子計算機在預測中的作用。

6.3為了提高預測人員的積極性和業務水平，要加強對預測人員的業務培訓，不斷更新科學技術知識。對預測工作搞得好的單位和個人，應予表揚和獎勵。

6.4本導則的解釋權屬水利電力部。

第二篇：城鎮電網規劃電力負荷預測開題報告

第一部分本課題的研究意義與分析

城市電網規劃是電力系統規劃的重要組成部分，其任務是根據規劃期間的負荷增長以及電源規劃方案確定相應的最佳電網結構，以滿足電力可靠、安全地輸送到負荷中心的前提下，使電網的建設和運行費用最小。目前城市化發展步伐迅猛，經濟發展更為快速，以及居民生活水平的不斷提高，必將引起用電負荷的增長，屆時現有的電網情況將無法滿足經濟增長和人民用電量增長的需要。特別是近幾年以來，發達城市地區的電力供應頻頻告急，局部地區出現相當嚴重的拉閘限電現象，這與電源建設一度停滯、電網規劃建設長期滯后的歷史問題有關。所以城市電網規劃的優劣，不僅直接影響到電力部門的安全運行，同時還關系到國民經濟其它各部門的發展，科學地完成城網規劃工作具有巨大的社會和經濟意義。

負荷預測作為城市電力規劃的基礎和重要內容，在電力系統規劃和運行方面發揮著重要的作用，具有明顯的經濟效益。負荷預測的目的就是提供負荷發展狀況及水平，從已知的用電需求出發，考慮政治、經濟、氣候等相關因素，對未來的用電需求做出的預測。同時確定各供電區、各規劃年供用電量、供用電最大負荷和規劃地區總的負荷發展水平，確定各規劃年用電負荷構成。

（一）負荷預測現狀研究

在電力改革進一步深入、電力市場逐步形成的今天，電力負荷預測工作已變得越來越重要。科技發展為電力負荷預測提供了各種理論和方法，如彈性系數法、灰色模型法、回歸分析法、趨勢分析法和單耗法等。

1、電力彈性系數是反映電力消費的年平均增長率和國民經濟的年平均增長率之間的關系的宏觀指標。市場經濟條件下，電力彈性系數已經變得捉摸不定，并且隨著科學技術的迅猛發展，節電技術和電力需求側管理、新經濟（如知識經濟、信息經濟）的不斷產生和發展，以電能替代其它非電能源的范圍不斷擴大，電力與經濟的關系急劇變化，電力需求與經濟發展的變化步伐嚴重失調，使得彈性系數難以捉摸，使用彈性系數法預測電力需求難以得到滿意的效果，應逐步淡化。

2、灰色系統理論是反模糊控制的觀點和方法延伸到復雜的大系統中，將自動控制與運籌學的數學方法相結合，研究廣泛存在于客觀世界中具有灰色性的問題。有部分信息已知和未知的系統稱為灰色系統。

3、回歸分析法是通過對影響因子值(比如國民生產總值、工農業總產值、人口、氣候等)和用電的歷史資料進行統計分析，確定用電量和影響因子之間的函數關系，從而實現預測。

4、趨勢分析法是根據已知的歷史資料來擬合一條曲線，使得這條曲線能反映負荷本身的增長趨勢，然后按照這個增長趨勢曲線，對要求的未來某一點估計出該時刻的負荷預測值。

5、單耗法是根據第一、二、三產業每單位用電量創造的經濟價值，從預測經濟指標推算用電需求量，加上居民生活用電量，構成全社會用電量。

從以上的分析，我們可以看到各種預測方法從研究的角度、建模的出發點到數據的形式、數據樣本大小以及適用條件等都有所不同，因而要想將各種方法擺在同一尺度規范下進行比較是相當困難和不科學的。各種預測方法都具有其各自的優缺點和適用范圍，必須根據實際情況，著重從預測目標、期限、精確度和預測耗費等諸多方面作出合理選擇，在預測成本允許的范圍內，尋求能獲取所需精度的預測方法。

從以上幾種負荷預測適用的條件看，回歸分析和趨勢分析致力于統計規律的研究與描述，適用于大樣本，且過去、現在和未來發展模式一致的預測；灰色模型法是通過對原始數據的整理來尋求規律，它適用于貧信息條件下的分析和預測。對中、長期預測，回歸法、趨勢分析法、改進型灰色模型較為合適。

由于電力負荷的特點是經常變化的，不但按小時變、按日變，而且按周變，按年變，同時負荷又是以天為單位不斷起伏的，具有較大的周期性，負荷變化是連續的過程，一般不會出現大的躍變，但電力負荷對季節、溫度、天氣等是敏感的，不同的季節，不同地區的氣候，以及溫度的變化都會對負荷造成明顯的影響。因此要想使預測的需電量和最大負荷盡可能地正確和接近實際，就必須進行深入細致的調查工作和采用正確的負荷預測方法。

產值單耗法一般根據歷史統計數據，在分析影響產值單耗的諸因素的變化趨勢基礎上確定單耗指標，然后依據國民經濟和社會發展規劃指標預測電力需求，單耗法需要做大量細致的統計、分析工作，近期預測效果較佳，對城鎮電網的電力負荷預測作短期的研究分析，產值單耗法較為合適。

（二）用電單耗法 用電單耗法是以國民經濟的行業劃分為基礎，分行業進行電力需求預測，再累計相加得到總的電力需求。它是電力公司廣泛使用的傳統的電力需求預測方法。

各部門以及行業需電量，采用用電單耗法，就是根據預測期的產值(或產品產量)和用電單耗計算需要的用電量。

部門用電量=部門產品產量×用電單耗

或部門用電量=部門產品產值×用電單耗

國民經濟行業用電分類將全社會分為國民經濟各行業和城鄉居民生活兩大類，這兩大類又分為若干項，具體可劃分如下：

第一產業=農林牧漁水利業-水利業-其它

第二產業=工業+建筑業

第三產業=地質普查勘探業+交通運輸郵電通訊業+商業飲食物資供銷倉儲業+其他各類事業+水利業+其他

城鄉居民用電量=照明用電+家用電器用電+其它

全社會用電量=國民經濟全行業用電+城鄉居民生活用電=第一產業用電+第二產業用電+第三產業用電+城鄉居民生活用電。

預測步驟：

收集各行業的產品產量及產值計劃；

確定用電單耗；

計算各行業的用電量。

此種預測方法是以政府部門同一時期國民經濟發展規劃的第一、二、三產業的產值為基礎，并綜合分析近年各產業產值的單耗變化趨勢而計算出的，因為國民經濟發展規劃是政府計劃部門在收集多方面的資料，綜合多方面的因素而制訂的比較權威的規劃，因此用該法預測的需電量是比較準確的。關鍵在于把握好單耗的變化趨勢，即要考慮前幾年的單耗變化規律，還要考慮電價、技術革新、社會發展和人民生活水平以及國家產業政策多方面因素對各產業產值單耗變化的影響。

第二部分論文內容提綱

一、緒論

（一）引言

（二）負荷預測實現的目的和意義

（三）負荷預測的特點和原理

（四）負荷預測現狀的研究

（五）單耗法負荷預測基礎資料的收集

（六）單耗法負荷預測算例分析研究

（七）結論

文獻綜述

參考文獻目錄

［1］城市電力規劃規范GB50293-1999

［2］電力負荷預測［M］.北京：中國電力出版社肖國泉、王春、張福偉主編

[3] 電力負荷預測技術及其應用［M］.北京：中國電力出版社 牛東曉、曹樹華、趙磊主編

[4].城市電網規劃總量負荷預測系統的開發應用 天津大學出版侯磊主編

[5]現代城市電網規劃設計與建設改造[M] 中國電力出版社藍毓俊主編

[6]城市電網規劃與改造中國電力出版社陳章潮、唐德光主編

[7] 初論適合城市電網規劃負荷預測方法中國電力出版社代力東主編

[8]農村電網規劃中的負荷預測安徽電氣工程院出版黃才起主編

[9]農村電網規劃中區鎮負荷預測究湖南電力出版社方金林主編

[10]電力負荷預測的理論與方法中國電力出版社王承民主編

[11]空間負荷預測中不確定性因素的處理方法電網技術王天華、王平洋主編

第三篇：電力負荷等級劃分

電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規定：

一、符合下列情況之一時，應為一級負荷：

1．中斷供電將造成人身傷亡時。

2．中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時。例如：重大設備損壞、重大產品報廢、用重要原料生產的產品大量報廢、國民經濟中重點企業的連續生產過程被打亂需要長時間才能恢復等。

3．中斷供電將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應視為特別重要的負荷。

二、符合下列情況之一時，應為二級負荷：

1．中斷供電將在政治、經濟上造成較大損失時。例如：主要設備損壞、大量產品報廢、連續生產過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業大量減產等。

2．中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。

三、不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。

第四篇：電力需求預測及負荷特性研究報告

電力需求預測及負荷特性研究報告 摘要：2009～2010年是“十一五”與“十二五”之間承上啟下的關鍵年。為了提前謀劃電力發展，推進智能電網的科學發展，國網公司系統開展了堅強智能電網“十二五”發展規劃。《電力需求預測及負荷特性研究》專題報告在對1990（2000）年以來我國經濟、電力需求及負荷特性的歷史變化規律進行分析總結，對經濟環境、工業化和城鎮化進程、重點行業發展、智能電網建設、低碳模式發展等影響未來尤其是“十二五”期間電力增長的多個因素進行分析研究，利用電力供需研究實驗室中的中長期模型對“十二五”期間逐年以及2020和2030年的經濟、電力需求、負荷特性進行了預測，為電力流分析、電網規劃等奠定了科學分析的依據。主要分析結論有：

（1）目前，我國工業化進程基本過半，已處于建設全面小康社會的關鍵時期。近年來，我國全社會用電量保持了較快增長態勢，其中主要拉動力來自工業用電量的快速增長。分地區來看，華東、華北電網地區用電量比重大、增長快，是我國用電增長的領頭者。

（2）“十二五”期間，我國經濟仍將保持較快增長，但較“十一五”期間年均增速有所回落。第一產業比重進一步下降，第二產業比重先升后降，2015年回復到目前水平，第三產業穩步提高。全國整體進入工業化后期，華北和華東電網地區工業化進程快于全國。

（3）“十二五”期間，我國電力需求仍將保持較快增長，但較“十一五”期間年均增速有所回落。預計2015年，全國全社會用電量將達到5.97萬億千瓦時，“十二五”期間年均增長8.4%，較“十一五”期間年均增速回落1.6個百分點。人均用電量將穩步提高，2015年達到4260千瓦時/人年。電力消費彈性系數同“十一五”期間基本持平，仍在1以下。2015年產值單耗將達到1300千瓦時/萬元，較2010年有所下降。第二產業用電量仍在全社會用電量中占主導地位；發電用能占一次能源比重較快上升，將達到49%左右，電能占終端能源消費比重上升到25%左右；中西部加快發展，東部地區仍為負荷中心。

（4）“十二五”期間，最大用電負荷的增長速度將放緩，負荷率將有所上升。預計2015年，公司經營區的全社會最高用電負荷將達到8.17億千瓦，年均增長8.3%，略低于同期用電量增速0.2個百分點；預計2015年的平均負荷率和最小負荷率將分別上升到0.895和0.771。

（5）2018年前后，我國將基本完成工業化，逐步進入后工業化階段。2015～2030年，全國經濟增長、電力需求增速進一步回落，電力消費彈性系數繼續下降；2020、2030年，全國全社會用電量將分別達到7.67和10.37萬億千瓦時，“十三五”期間和2021～2030年年均增速分別為5.1%和3.1%；第二產業用電量仍在全社會用電量中占主導地位；電氣化水平進一步上升；2020、2030年，公司經營區的全社會最高用電負荷將分別達到10.63和14.42億千瓦，“十三五”期間和2021～2030年年均增速分別為5.4%和3.1%；負荷率基本穩定；中西部地區繼續加快發展，東部地區仍為負荷中心。

關鍵詞：十二五；智能電網；規劃；經濟發展；電力需求；負荷特性

第五篇：應用實時電價與負荷預測的電力用戶信息系統

應用實時電價與負荷預測的電力用戶信息系統

ABSTRACT: An information system designed for power users is presented in order to strengthen the power information exchange between power grid and end users.Architectures and functionalities of this system were demonstrated first.Smart 效率，遠距離的特高壓直流輸電工程規劃已經公布。除了加強輸電網絡的建設之外，智能電網的建設還應重視電網末端配用電系統的智能化改造，建立用戶與供電方的雙向互動，鼓勵用戶主動參與到電網meter was regarded as the information exchange junction in the entire system and it was connected with other parts of the system by general packet radio service(GPRS)and serial communicating paths.Subsystems of grid side and user side were both designed in details.Zigbee wireless network technique was implemented to establish the user subsystem.Information of real-time pricing and load forecasting was applied to motivate users to participate the operation of the grid actively.Consequently energy resources will be optimized and finally goals of economical and high-efficient using of energy can be achieved.This information system also provides basic architecture for the interactive end-use electric system of future smart grid.KEY WORDS: electrcity usage information;real-time pricing;load forecasting;smart meter;GPRS;Zigbee 摘要：為了加強電網與用戶之間的供用電信息交流，提出了一種電力用戶信息系統。對該系統的架構進行了闡述，提出以智能電表為樞紐，利用通用分組無線業務(general packet radio service, GPRS)遠程信道和串行通信本地信道連接系統各個部分，并具體設計了配網側與用戶側子系統的結構。用戶側子系統的實現采用了Zigbee無線組網技術。利用實時電價及負荷預測等用電信息的互動來激勵用戶主動參與電網運行，最終使資源實現優化配置，達到經濟高效地利用能源的目的，同時為未來智能電網下的居民互動用電系統提供基礎設施支持。

關鍵詞：用電信息;實時電價;負荷預測;智能電表;GPRS;Zigbee

0 引言

當前，我國正在大力推進堅強的智能電網建設。隨著大規模的智能電表的安裝和各種新型能源發電方式的接入，我國的智能電網發展進入了全面建設時期。在輸電方面，為了給我國未來的電網提供堅強的支撐，保證電網的可靠性，同時提高節能的運行當中，既要使用戶能夠根據實時的用電信息合理調整自身用電習慣，還要支持用戶側分布式能源的友好接入以及可再生能源的大規模應用，從而進一步提高能源利用效率，降低溫室氣體排放，滿足電力與自然環境、社會經濟和諧發展的要求[1]。

由于智能電網的建設工作是一個逐步完成的過程，所以在電網智能化建設的起步階段，需要對傳統電網進行逐步升級改造，最終過渡到堅強智能電網的全面建成。本文針對當前電網配用電系統的特點和不足，應用相關通信與信息技術，討論并設計了一種電力用戶信息系統，加強傳統電網的需求側管理，并為未來實現智能電網下的居民互動用電系統提供技術支持和參考。

供電公司根據電力的供給和需求狀況及其他相關影響因素制定實時價格，并且依靠科學的方法較精確地做出短期的負荷預測，最終將實時價格、負荷預測以及實時負荷水平向用戶發布。用戶接收到供電公司發布的用電信息后，可以此信息為依據來調整自己的用電行為，并將調整后的用電行為數據反饋至供電公司。通過這樣的信息互動用電方式，供電公司可以更加準確地了解用戶的需求，從而對電網資源及時進行優化配置，對實時電價和負荷預測進行再調整，如此循環，以達到優化電網資源，提高能源利用效率的目的。從發展的角度看，目前正在逐漸開展應用的分布式發電以及可再生能源的接入也需要電網與用戶之間進行用電信息的協調和交流。欲實現上述類型的雙向用電信息互動，需要在用戶與供電方之間建立一個互動系統，作為連接二者的橋梁，改變以往用戶被動用電的局面，使其能夠主動參與到電力市場交易當中。用戶信息系統綜述

用戶信息系統是基于智能電網與用戶友好互動的特點上提出的，它是連接了供電方與廣大用戶的用電信息互動樞紐，在為用戶提供更優質的服務的同時，通過信息的互動來激勵電力市場主體主動參與電網管理和交易，使電網更加安全、經濟地運行。信息系統的總體架構如圖1所示。

互動信息電網側主站系統遠程信道GPRS智能電表本地信道串口通信用戶側智能用電控制系統 圖1 用戶信息系統的總體結構

Fig.1 Overall Architecture of user information system 在整個用戶信息系統中，連接供電方與用戶的關鍵環節是智能電表，它是雙方交換電力信息的中樞。在智能電表上集成通信模塊，即可實現中樞通信功能。選擇不同的智能電表通信模塊，則系統通信信道的實現方式會產生較大的差異。在現階段，智能電表與電網側的通信實現可采用光纖通信、電力線載波、無線電波和公用信道等技術。對于新建的配網線路，則可以考慮鋪設光纖復合電力線，使通信信道集成于電力線路之中。而對于現有的線路，在考慮了數據流量、信道覆蓋率、線路鋪設和改造難易度等因素后，本文建議使用現階段較為成熟的GPRS通信技術作為電網與智能電表之間的遠程信道，即在智能電表上集成GPRS模塊。使用現有的覆蓋面極廣的GPRS公用信道，可以節省重新鋪設通信線路的投入，安全性與可靠性也可以得到保障。安裝GPRS模塊后，結合配套的軟件設計和外圍電路，智能電表通過GPRS通信技術與配網側的互動信息主站相互傳輸數據[2]。用戶側方面，通過給智能電表添加外圍數據通信芯片電路，如串口通信芯片，便可實現通信功能，使之與用戶的智能用電控制系統互相通信。

電網側設有互動信息主站系統[3]，其作用包括： 1）采集用戶的用電數據，并且進行分類存儲，為電價制定和負荷預測提供數據基礎。

2）向用戶發布實時電價、負荷預測及當前電網負荷狀況，為用戶調整其用電行為提供信息基礎。

3）利用數據處理技術分析用戶反饋的用電信息數據，根據分析結果修正電價及負荷預測，進行電網資源優化配置。

智能電表的用戶側連接的是用戶智能用電控制系統。系統設有互動控制面板，用戶可以通過控制面板獲知當前電網執行的電價、當前電網與家用電器負荷狀況、電網短期負荷預測和電價策略、用戶電能消費量及預付電費余額等用電信息。控制面板會根據當前執行的電價表和用戶的電器類型及功率，經過預設的智能化程序判斷，為用戶推薦一種或幾種優化的用電方案，供用戶選擇。推薦的用電方案中包括電器使用時間、定時啟停和預計電能消費金額等。用戶可以使用推薦方案，也可以忽略推薦方案，按照自身需要決定用電計劃。用戶對電器的定時操作也會反饋至互動用電信息主站系統，可作為供電公司優化電網資源的依據。

另外，智能電表和用戶智能用電控制系統在硬件和軟件方面都留有額外的應用接口，為將來用戶側分布式發電、可再生能源和電動汽車充放電等新技術的大規模推廣應用建立基礎。互動信息主站系統

互動信息主站系統是供電公司設立在電網側的用電數據分析處理中心與用電信息發布平臺。它包括負荷預測子系統、電價策略子系統、用電信息采集數據庫、信息發布站以及GPRS通信機等，具體架構如圖2所示。主站系統還與電網運行狀態監測系統相連接，將電網運行狀態及記錄與用電信息結合起來加以分析，有利于做出更準確的負荷預測和更合理的實時電價。電網運行信息負荷預測系統電價策略制定信息發布站信息采集數據庫GPRS通信機遠程信道

圖2 信息主站系統架構

Fig.2 Architecture of main information system 2.1 遠程通信信道

在前文中已經簡單討論了選用GPRS技術作為遠程通信信道的原因。從技術角度看，GPRS是在現有的全球移動通信網絡上開通的一種分組數據傳輸技術，它的特點是通信網絡穩定可靠、覆蓋面積廣、數據傳輸速度快（實際可以達到40~100 kbit/s帶寬）。由于系統數據不是嚴格的實時數據流，并不需要進行連續的海量數據傳輸，所以GPRS技術可以滿足互動用電系統的數據傳輸需求[4]。從經濟性角度來看，目前GPRS技術已經廣泛地投入商用，資費比較低廉。使用移動通信公司的GPRS技術還可避免配網側單獨建立通信網帶來的高成本以及維護問題。在實際設計系統時加入安全保密措施，從而使得系統的安全性得到保證。

在主站系統的最前端設置GPRS通信機，它與信息采集數據庫和信息發布平臺服務器相連接，充當用電互動信息的傳遞者，通過通信公司開設的電力專用信道發送與接受數據。2.2 信息采集與信息發布

由于通信機不具有大量存儲數據的能力，面對海量的用戶用電信息，需要有專門的數據庫來存儲這些信息。而需要發布的信息需要通過通信機傳遞到用戶側，所以信息采集數據庫與信息發布站均與通信機相連接。

2.3 負荷預測與電價策略

信息采集數據庫與信息發布站并不具備產生信息的能力，發布給用戶的信息的產生是由負荷預測系統與電價制定系統完成的。負荷預測與電價制定兩個系統不僅從信息采集數據庫獲取分析所需的數據，還可以從電網運行信息系統取得相關數據，并利用相應的技術方法做出負荷預測和制定電價，然后將得到的實時用電信息交給信息發布站，最終傳輸給用戶。

傳輸給用戶的信息數據包括當前電網負荷狀況、即將執行的電價、短期的負荷預測以及用戶的余額查詢請求等。其中即將執行的電價和短期負荷預測數據并不是嚴格意義上的實時數據。考慮到用戶對于過快的價格變化的響應疲憊問題，決定采用一個電價執行周期（24小時）發布一次電價的策略，每次將電價表按小時劃分為24個時段，每個時段的電價根據系統分析計算結果的不同會體現出價格差異，但差異不會很大。為了保證用戶獲知電價的連貫性，下一周期的電價表應該在下一周期電價執行之前一段時間（如兩小時）進行預發布，以便用戶進行用電響應。短期負荷預測的結果也采取同樣的方式發布至用戶側，目的在于激勵用戶根據預計負荷狀況采取相應的節能用電措施。在這種電價發布方式下，用戶可以提前得知下一周期執行的電價，從而有足夠的時間進行響應。此外，采用這種方式大大降低了對于數據傳輸的實時性要求，在一定程度上提高了系統的可靠性。智能用電控制系統 與智能電表相連的電力用戶智能用電控制系統是用戶信息系統的重要組成部分，它可以將用戶與電網運行緊密地聯系起來，從而使用戶能夠主動地參與到電網的運行管理上來，提高能源使用效率。

對于用戶而言，智能用電控制系統的功能包括：

1）顯示當前電價周期（24小時）執行的電價表、當前時段正在執行的電價、當前電網負荷水平、下一電價周期的預計發布電價及負荷預測。考慮到用戶對于電力術語可能不了解，負荷水平僅以定性的方式顯示高低，如使用“低”、“正常”、“高”、“滿”等易于理解的指示詞或者顏色漸變的指示燈。用戶可以根據面板顯示的用電信息調整自身的用電計劃，主動地避免用電高峰和填補用電低谷。

2）用戶可以方便地使用智能用電系統控制用電設備，隨時了解各種用電設備的電能消耗量。用電設備的實際平均功率也會在面板界面中顯示。系統會根據當前執行的電價表、用電設備的類型和功率等因素為用戶推薦優化的用電方案。3）用戶還可以通過控制系統查詢自己某一階段（比如一個月）的電能使用情況，根據歷史數據控制電能使用情況。系統還為用戶提供預付電費余額查詢、低余額提醒等功能。

4）控制系統還可以通過擴展應用實現將來對用戶側分布電源接入的支持，同時提供電能的反向記錄與管理等功能。如果用戶使用電動汽車，還可以增加電動汽車充放電管理服務以及相應的軟件支持。3.1 控制系統網絡架構

智能用電控制系統的核心部件是互動控制面板，它是連接智能電表與用電設備的中樞。智能電表通過串口通信的方式與控制面板連接。在用戶住宅內部，為了避免大量布線造成的不便，控制面板與各用電設備的連接采用短距離的Zigbee無線組網技術實現，由控制面板作為網關主節點，加裝了智能開關的各用電設備作為終端節點[5-6]。Zigbee技術具有低成本、低功耗、可靠等優點，工作在2.4GHz免執照的工業、科學和醫學(industrial scientific and medical, ISM)頻段，適合智能用電控制系統應用。系統網絡架構如圖3所示。

GPRS智能電表RS485Zigbee網絡互動控制面板智能開關?智能開關?智能開關空調?洗衣機?飲水機 圖3 智能用電控制系統網絡結構

Fig.3 Architecture of intelligent electric control system

3.2 互動控制面板

互動控制面板是用戶信息系統的一個核心部件，對內作為用電設備控制中心，對外通過智能電表與電網側交換用電信息，是系統對用戶展示功能的窗口。

3.2.1 互動控制面板的硬件設計

互動控制面板采用模塊化設計，組成部分包括液晶顯示模塊、通信模塊、電源模塊、鍵盤輸入模塊、微控制器、外存儲器等，其中通信模塊包括與智能電表通信的串口模塊以及組建Zigbee網絡需要的無線通訊模塊[7-9]。

由于互動控制面板既要完成與智能電表和智能開關的通信，還要處理用戶的互動請求，任務比較繁重，所以選擇采用ARM7TDMI-S內核的32位高性能微處理器PHILIPS LPC2138作為主控制器。無線通訊模塊則采用TI公司的CC2420芯片，該模塊通過串行外設接口(serial peripheral interface, SPI)接口與LPC2138芯片連接，主要負責節點網絡的組建與維護，控制數據信息的收發以及消息的路由。由于系統是3.3V系統，所以需要RS485電平轉換才可實現控制面板與智能電表的串行通信。LPC2138自帶32KB的片內RAM和512KB的片內Flash存儲，但是由于控制面板需要進行實時數據的傳輸和存儲，所以還需要添加額外的外部RAM和Flash存儲器。與LPC2138相連接的元件還包括電源、外部系統時鐘源和復位器件以及負責輸入輸出的鍵盤、液晶顯示屏、發光二極管指示燈等。此外，LPC2138還擁有富余的擴展接口，為以后的系統功能升級提供足夠的接口資源，例如增加用戶自有分布式電源等。面板的具體硬件連接如圖4所示。

顯示屏指示燈鍵盤電源ARM7TDMI-SSPICC2420時鐘復位LPC2138電平轉換RS485接口擴展RAMFlash 圖4 互動控制面板的硬件配置

Fig.4 Hardware configuration of interactive control panel 3.2.2 互動控制面板的軟件設計

控制面板的軟件針對前面所述的系統功能設計，如電價和負荷的顯示、用電方案推薦以及各用電設備的操作界面等。軟件系統采用友好的圖形化用戶界面軟件設計，使用戶操作方便，閱讀直觀。實際應用時，經過開機初始化后，控制面板首先從智能電表更新下載電價表及負荷數據，然后將各無線節點組網，之后便可以進入等待用戶操作的待機狀態。3.3 智能開關

目前絕大部分家用電器還是非智能型的，需要在其電源處加裝智能開關插件才能實現對其開關控制、狀態監控以及電能消耗的測量。所以，智能開關應當包括無線通信模塊、電能計量模塊、開關模塊、故障處理模塊和電源模塊等。

由于終端節點屬于精簡功能設備，比主節點的任務少得多，重點要求低功耗，因此選擇TI公司生產的MSP430F149作為控制器，這是一種超低功耗的控制器，可以有很長的工作時間。MSP430F149自帶的時鐘模塊、看門狗定時器、Flash存儲器和RAM存儲器已經可以滿足智能開關的設計需求，無需添加外部的此類元件。無線通信模塊CC2420與控制器MSP430F149相連后，作為終端分節點加入Zigbee網絡參與組網。電能計量模塊通過串口與MSP430F149相連，所得數據存儲至Flash存儲器，經過內置程序分析可得用電設備的實際平均功率等參數，并將所得參數反饋至控制面板以供用戶查詢以及智能用電推薦方案分析使用。開關與故障處理通過繼電器的通斷發揮作用，當收到開關指令或者發生短路故障時，由繼電器執行相應的動作完成電路通斷。智能開關的模塊結構如圖5所示。

電源MSP430F149CC2420電能計量開關故障處理 圖5 智能開關的硬件配置

Fig.5 Hardware configuration of smart switch

無線傳感器接收到來自控制面板的指令后，即對用電器電源進行開關或定時操作。智能開關上集成了電能計量模塊，用戶可以隨時通過互動控制面板向用電器發送查詢指令來獲知用電器的電能消耗情況。如果用電器電源處發生故障，如最常見的短路故障，則報警模塊會產生作用，自動跳閘并向控制面板反饋報警信息，使用戶及時得知故障位置并處理故障。結語

用戶是電能的消費者，用戶的用電行為及習慣的理性改變對于提高能源利用效率起著決定性的作用。電力用戶信息系統將用戶與供電方緊密連接起來，使二者互相交流用電信息，激發用戶參與電力市場的主動性，最終能使用戶形成良好的用電習慣，提高能源利用效率，降低溫室氣體排放，保護環境。互動信息系統的應用不僅為用戶提供更為方便與經濟的用電方式，還能為電力公司帶來更平穩的負荷，使得電網運行更為安全與經濟。隨著電力技術的不斷發展，用戶也可能會同時扮演供電者的角色，屆時用戶信息系統可以方便地實現升級拓展，以滿足用戶的需要。

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