AMI 对未来电力系统的影响
张景超，陈卓娅
(河南电力试验研究院，河南省郑州市450052)
摘要：高级量测体系(AM I )是智能电网的重要基础。文中从AM I 的定义、功能以及与AM I 密切相关的几个方面：电价机制、可再生能源发电、用户储能装置等进行了探讨，分析AM I 可能对未来电力系统产生的影响，并分析和对比了国家电网公司正在规划建设的用电信息采集系统，最后对AM I 的研究和实施提出了建议。 关键词：智能电网；高级量测体系；用电信息采集系统；用户储能装置
收稿日期:2009207231；修回日期:2009212207。
0 引言
高级量测体系(advanced metering inf rast ruct ure ,AMI )[1]是智能电网的重要组成部分，也是智能电网与传统电网的主要区别之一。世界各国提出智能电网概念的出发点并不一致[228]。美国由于其电网设施陈旧、人员老化、投入不足等状况，主要关注于电力网络基础架构的升级，提高供电可靠性，最大限度
利用计算机和信息技术实现系统智能对人工的替代。奥巴马总统上任后更将之提升到国家战略高度，希望能够刺激经济，带动就业。欧洲研究的智能电网重点在于分布式可再生能源的接入，通过利用可再生能源，节约化石能源的消耗，从而实施环境友好、可持续发展的能源战略。中国国家电网公司提出的智能电网发展战略，以坚强网架建设为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网[5,728]。
AM I 是一个用来测量、收集、储存、分析和运用
用户用电信息的完整网络和系统[1]
。AM I 的建立，将彻底改变电力流和信息流单方向流动的现状，为用户和电网的双向全面互动提供平台和技术支持[9210]。用户和电网的信息交互，将使用户随时掌握电网的负荷情况和电价信息，从而可以主动参与电网运行；用户侧储能装置和分布式可再生能源的接入将改变配电网的潮流分布，在电价政策的合理引导下减小电网负荷的峰谷差，提高电力设施的利用率。
1 AMI 概述
文献[1]指出,AM I 包括一套完整的硬件和软件系统，利用智能电表和双向通信系统，电网数据中心可
以定时或实时获取用户带有时标的分时段或实时(准实时)的多种计量值，如用电量、电压、电流等；而用户也可以获取感兴趣的电费和电价信息等数据。
目前AM I 主要包括智能电表(smart meter )、双向通信网络(two 2way communication network )、量测数据管理系统(meter data management system )和用户户内网络(home area networks )4个方面的内容。其结构示意图如图1所示
。
图1 AMI 组成示意图Fig.1 Composition diagram of AMI
智能电表作为计量结算的重要依据，其主要功
能之一与传统电表相同，即满足一定精度的电能计量。此外，与传统电表相比，智能电表能够测量和存储的数据更多，功能更加强大。如随时保存带有时标的电能数据、根据预先设定时间间隔进行测量和存储各类电能和电量数据等。智能电表内置通信模块，可以通过双向通信网络与量测数据管理系统和电网数据中心进行信息交流。
第34卷 第2期2010年1月25
日Vol.34 No.2J an.25,2010
双向通信网络改变了以往数据中心从用户获取
数据的单一模式，用户也可以随时获知电网的运行状态和关心的电价等信息，从而可以主动参与到电网生产和运行中。
量测数据管理系统位于数据中心，用来存储、分析和管理用户的计量计费信息，并负责与其他系统进行接口，为智能电网的决策运行提供基础数据支持。
用户户内网络是近2年才提出来的，通过该网络可以把智能电表与用户的智能电器设备连接起来，从而可以根据需要对这些设备进行控制。
AM I 的主要功能[1,9,11214]包括:
1)具有双向通信的功能，支持电表的即时读取、远程接通和开断，支持窃电检测、在线读表等。
2)支持分时电价或实时电价和需求侧管理，能够实现与实时电价相结合的自动负荷控制。
3)提供双向计量，支持具有分布式发电的用户。4)通信网络具有自愈功能，当通信网络不通时，能够自动重新配置通信网络。
5)能够与其他系统诸如结算中心、停用电管理系统等互联互通。
2 AMI 与智能电网
AM I 被认为是智能用电建设的第1步，通过AM I 的建设，电网企业可以采集到广大用户的用电信息；同时，用户也可以主动参与到电力市场中，实现电网和用户的良性互动。图2为AMI 的功能模块示意图。图中，与传统用电相比，增加了用户智能
用电管理中心。该中心可以与用户的多种设备进行接口，为用户和电网进行交互提供了支持平台
。
玻璃毛细管
图2 AMI 功能示意图
Fig.2 Functional block diagram of AMI
211 AMI 与电价机制
AM I 的建立，将导致用户用电方式发生改变,
将由现在的用户从电网单一取用电能模式变为与电
网进行交互。交互包括2个方面的涵义：信息交互和电能交互。信息交互是指用户与电网之间可以实时或准实时看到对方的信息，如用户的用电情况(功率流向、用电状态、用户用电控制策略等)、电网的运行状态(实时电网负荷、电价)等。电能交互是指用户不仅可以从电网取用电能，而且可以将自己安装的可再生能源发电设备有序接入电网。
电能交互是智能电网与传统电网的重要区别之一。电网企业通过利用实时电价指导用户选择合适的用电控制策略，从而使用户参与电网运行。这种方式的优点在于，可以使得用户经济效益最大化，同时也会降低电力系统用电负荷的峰谷差，减少系统装机容量，提高电力设备的利用率，从而达到双赢的目的。
要使用户能够真正参与电网运行，根据电网运行状态适时改变用电负荷，减小负荷波动的峰谷差，电价是一个关键因素。对用户而言，经济利益是导致其改变用电方式的最直接的因素。要逐步实行分时电价甚至实时电价，使得用户能够享受到改变用电方式所带来的益处。对于用户装设的可再生能源发电，同样实行分时电价，鼓励其在电网负荷较重时发出电能。在电网轻载时，可以大幅度降低用户向电网输出电能的电价。由于用户与电网之间的交互，使得用户可以根据电网的运行状态对自身的用电行为进行调整。212 AMI 与可再生能源发电
目前随着化石能源的日益短缺，风能和太阳能等可再生能源发电以其清洁环保而日益受到人们的重视。可再生能源发电既可以采用分布式接入，也可以集中起来接入电网。AM I 的建设，将为用户与电网之间的电能双向互动提供双向计量和分时计费，为可再生能源发电进入企业和家庭提供支持平台。与传统火电发电成本相比，由于目前可再生能源发电成本较高，政府可以提供一定的补贴，鼓励节约化石能源消耗，实现经济可持续发展。相信随着产能提高和技术进步，可再生能源发电成本会很快下降。当然，可再生能源发电接入电网会对系统运行产生一定影响，但只要电网具有足够的快速调节出力和备用容量，就可以解决这个问题。213 AMI 与用户储能装置
储能装置对电力系统运行有着最为深刻的影响。随着燃料电池和电动汽车用电池技术的不断成熟，相信在最近三五年内，储能装置将会出现并进入家庭，这将彻底改变用户的用电模式。文献[15]称锂电池充电技术和制造技术取得了重大突破，今后新型锂电池不但体积更小、电池续航时间更长，而且充
电时间仅为现在百分之一左右。当大容量的储能
・专题研讨———智能电网・ 张景超，等 AMI 对未来电力系统的影响
装置进入家庭，用户的用电模式将会随着AM I的运行发生根本性改变，用户的用电模式将更为灵活，在用电高峰时，用户可以采用储能装置供电，用户的可再生能源发电将向电网供电；在用电低谷时，用户的可再生能源发电和电网将对储能装置充电。所有这一切都是在用户智能用电管理中心的控制下自动进行的。只要用户智能用电控制策略设置得当，用户储能装置投入使用对电网而言是增加了备用容量，将有利于电网的安全稳定运行。
3 AMI与用电信息采集系统
卷帘门控制箱
AM I的研究和建设最早始于欧美国家，目前已经在多个城市投入运行。在21世纪初，中国各网省供电公司出于营销业务需求开展了集中抄表系统和负荷控制系统研究。为了集约化管理，国家电网公司于2008年开始进行用电信息采集系统建设的标准化工作。起初，用电信息采集系统建设只是侧重于用户数据的采集，但随着智能电网概念的提出和规划，目前用电信息采集系统已经要求具备初步的双向互动功能。随着对智能电网尤其是对智能用电管理认识的不断提高，用电信息采集系统必将为智能电网建设提供有力的技术支持。
用电信息采集系统在研究内容方面，借鉴了西方国家AM I的建设经验，涵盖了各类不同的用户和负荷点，不仅有居民用户，也有商业用户和工业用户；在采集点设计方面，既有对居民用户的集中抄表系统功能，也有覆盖工业和专变用户的负荷控制功能等；在功能方面，既注重采集负荷的关键数据满足营销业务需求，也充分考虑到了为用户服务，提供了许多服务功能和措施；在通信信道方面，既有本地通信，也有远程通信；在通信方式的选择方面，既有光纤，也有230M Hz专网、GPRS/CDMA、电力线宽带和窄带载波通信、小功率无线通信等。
值得注意的是，用电信息采集系统并没有直接沿用国外的智能电表，而是重新设计了电表的功能，并从可靠性、成本和通信等方面进行了一系列研究。既扩展了智能电表的概念，又与中国实际情况相结合，丰富了AM I的内涵。
4 AMI实施建议
AM I是智能用电管理的重要基础，它担负着为智能电网提供基础数据，并作为用户与电网之间实现信息和电能交互的媒介。因此，在AM I的建设方面应遵循以下原则:
1)技术方面，由于目前AM I还处于不断发展中，故应该积极组织技术力量加强研究，重点研究智能电表和用户智能用电管理中心的软硬件开发和用户对电网的需求，不断深化AM I的内涵。
2)功能方面，充分考虑用户侧需求与电网之间的信息互联互通，在通信方式、传输容量、传输速度方面统一进行考虑。
3)费用方面，应该认识到AM I与电网调度相比，对通信系统的实时性要求并不高，故在进行方案确定时，不应一味追求高性能，应该综合考虑，力争实现较高的性价比。
4)建设方面，应该遵循试点先行的原则，根据用户需求的不同，在配置上可以有所差异，对于远期可能需要的功能，应该预留好接口，在条件成熟时再大规模进行建设。
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张景超(1973—)，男，博士，通信作者，主要研究方向：电力系统自动化、电能计量等。E2mail:zepczjc@163 陈卓娅(1962—)，女，高级工程师，所长，主要研究方向：电能计量。
汽车投影
The Impact of AMI on the Future Pow er System
Z HA N G J ingchao,C H EN Zhuoy a
(Henan Electric Power Research Institute,Zhengzhou450052,China)
Abstract:As an important component of the smart grid,the advanced metering inf rastructure(AMI)will trigger profound changes in the f uture power system.In this paper,the definition,f unctions and some issues closely related to AMI,such as the electricity pricing mechanism,renewable sources of energy generation and consumer energy storage devices,are studied.The influence of AMI on f uture power system is discussed and the AMI and customer power information gathering system are compared.Finally,suggestions are made for research on and construction of AMI in China.
K ey w ords:smart grid;advanced metering inf rastructure(AMI);customer power information gathering system;consumer energy storage device
(上接第14页 continued f rom page14)
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王成山(1962—)，男，通信作者，长江学者特聘教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统安全性分析、城市电网规划和配电系统自动化、分布式发电。E2mail:cswang@tju. edu
李 鹏(1981—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力系统电磁暂态仿真与分布式发电技术。E2mail:lip@tju. edu
Development and Challenges of Distributed G eneration,the Micro2grid and Smart Distribution System
W A N G Chengshan,L I Peng
(Key Laboratory of Power System Simulation and Control of Ministry of
Education,Tianjin University,Tianjin300072,China)
Abstract:The basic concepts and development trend of distributed generation(D G),the micro2grid and smart distribution system are described.In particular,the influence of D G and micro2grid on the smart distribution system is analyzed f rom the point of view of the large2scale access of distributed energy resources.D G supplies users with green power f rom various locally available renewable energy resources,but large2scale interconnected operation of D G in the distribution system may giv
e rise to security and operation problems.Micro2grid technology provides an interface to the interconnection of various D Gs by means of structures at different levels,which is the most efficient way for the operation of D G.On the other hand,the smart distribution system makes it possible to realize flexible access to D G and safe,reliable,and optimal operation of the entire power system by effectively managing the micro2grids.Based on an analysis of the relationship between the three,suggestions about the idea and technical means are given for implementing the smart distribution system.
快装舞台This work is supported by National Natural Science Foundation of China(No.50595412,No.50625722)and Special Fund of the National Basic Research Program of China(No.2009CB219700).
K ey w ords:smart grid;distributed generation(D G);micro2grid(M G);distribution network
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