能源互聯(lián)網(wǎng)旨在將各種能源通過管網(wǎng)聯(lián)系起來，通過信息網(wǎng)絡與計算分析實現(xiàn)各類能源的優(yōu)化利用。能源互聯(lián)網(wǎng)的核心在電力，要實現(xiàn)規(guī)模龐大的能源互聯(lián)網(wǎng)，首先需建立能廣泛接入用戶側(cè)耗能設備的智能用電網(wǎng)絡。智能用電網(wǎng)絡將用戶側(cè)所接入的可再生能源、儲能裝置、電動汽車以及各種類型負載通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)能量信息共享，并實現(xiàn)用戶側(cè)高效、節(jié)能用電。智能用電網(wǎng)絡總體架構(gòu)基于自律分散理論，網(wǎng)絡中包含大量的本地能量管理單元，可接入云服務中心進行統(tǒng)一管理與調(diào)度，自動實現(xiàn)優(yōu)化運行目標。
為全面建成智能用電網(wǎng)絡，本文提出智能能量管理理論，核心思想是在大規(guī)模用電大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采取機器學習算法剖析用戶用電特性，引入效用概念對負載能效進行評估，并在用戶側(cè)用能行為自識別的基礎(chǔ)上對可再生能源、儲能裝置及各類型負載進行協(xié)同需求響應調(diào)度和節(jié)能自動化。
智能用電網(wǎng)絡的主要特征
(1)全新的用電體驗
知情：為用戶提供全面的用電信息。系統(tǒng)可實時展示設備狀態(tài)、用電安全、能效水平、電能質(zhì)量。
掌控：提供簡便快捷的控制功能。通過移動終端即可實現(xiàn)對各類設備的實時監(jiān)控。
優(yōu)化：優(yōu)化用電模式，提高系統(tǒng)能效?；跈C器學習、大數(shù)據(jù)分析理論、行為特征分析，實現(xiàn)對用電大數(shù)據(jù)的深度剖析，為用戶提供差異化的節(jié)能方案，提高局部網(wǎng)絡內(nèi)的綜合運行能效。
共享：參與需求響應，實現(xiàn)能源共享。通過用電管理系統(tǒng)可實現(xiàn)不同時空用電負荷的優(yōu)化共享，為實現(xiàn)零邊際成本的能源社會而努力。
通過智能用電網(wǎng)絡，為用戶提供知情、掌控、優(yōu)化、共享等全新用電體驗。通過用電網(wǎng)絡的智能運行，可實現(xiàn)全社會的高效與節(jié)能，具有重大的社會價值與應用前景。
(2)系統(tǒng)簡單實用易推廣
采用自律分散架構(gòu)。系統(tǒng)總體架構(gòu)具有自律可控性和自律可協(xié)調(diào)性。在該架構(gòu)下，不僅可再生能源、儲能及各類型負載是獨立平等的，且以地理距離劃分的本地控制單元(如工業(yè)園區(qū)、居民住宅小區(qū)等)也是如此。利用自律分散理論來搭建智能用電網(wǎng)絡，可以較好地實現(xiàn)在線擴展、在線維護和容錯，滿足新能源接入要求。
支持即插即用，改造成本低。系統(tǒng)架構(gòu)支持智能插座、智能紅外等高級計量設備，可以讓各類型負載直接接入能源網(wǎng)絡，改造成本低。
與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合緊密，實現(xiàn)信息流和能量流的高度結(jié)合。智能用電網(wǎng)絡通過各類高級計量設備實時采集終端發(fā)電/用電情況，并同時實現(xiàn)能源可控性。各類能源信息通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，并可通過網(wǎng)頁、移動客戶端等形式公開能量流通狀況。云服務中心可根據(jù)獲取的實時信息安排調(diào)度，實現(xiàn)能源的最優(yōu)管控。
智能用電網(wǎng)絡的網(wǎng)絡架構(gòu)
智能用電網(wǎng)絡為三級結(jié)構(gòu)：總網(wǎng)絡-子系統(tǒng)-本地能量管理單元，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。總網(wǎng)絡由各個子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)可以是一個居民小區(qū)或一個工業(yè)園區(qū);各個子系統(tǒng)由大量本地能量管理單元構(gòu)成，本地單元可以是單個住宅或樓宇中的單個樓層。本地能量管理單元的硬件由能量信息網(wǎng)關(guān)、智能終端和智能紅外控制器、交互終端組成。
智能用電網(wǎng)絡的一個重要技術(shù)支撐是其智能能量管理理論。智能用電網(wǎng)絡的能量管理思想在于根據(jù)機器學習理論，基于采集到的海量能量數(shù)據(jù)使能源網(wǎng)絡具有自我學習和調(diào)節(jié)的能力，可自動實時滿足能量管理目標。智能用電網(wǎng)絡引入效用概念對負載的能效水平進行評估，并在用戶側(cè)用能行為自識別的基礎(chǔ)上，對可再生能源、儲能裝置及各類型負載進行協(xié)同需求響應調(diào)度和節(jié)能自動化。
智能用電網(wǎng)絡中投入使用大批量的高級計量設備帶來了海量用戶信息?；谶@些采集得到的用能數(shù)據(jù)可實現(xiàn)負載運行狀態(tài)自識別，評估電器的效用水平，并可進一步識別用戶的歷史或?qū)崟r用能行為，從而為協(xié)同需求響應、節(jié)能自動化等能量管理提供輔助決策依據(jù)。
(1)用戶側(cè)負載用電效用等級
基于經(jīng)濟學中的效用理論，認為電力用戶在有限的能耗和用電成本約束條件下，以獲得最大滿意度為目標進行電力消費。因此對用戶側(cè)負載提出用電效用的概念，區(qū)別于僅以能耗或電費為決策依據(jù)的評估方法，用電效用將綜合考慮能效與滿意度進行評估。
將用戶側(cè)負載按照自身用電特性和用戶對負載的需求特性分為儲能型和非儲能型兩類，將儲能型負載再細分為蓄熱蓄冷型和蓄電池型兩類。蓄冷蓄熱型負載、非儲能型負載的效用變化分別以溫度、時間效用函數(shù)模擬，并在此基礎(chǔ)上對不同類型負載的用電效用分級。
將負載的效用等級分為高效用、低效用和負效用三種。效用等級越高，代表負載的能效水平和用戶的滿意度水平越高。
(2)用戶用能行為識別
用戶用能行為直接影響用戶側(cè)負載的能耗狀況，因此準確識別用戶的用能行為可以幫助判斷各用戶側(cè)負載是否運行在最大效用等級下?；陔[馬爾可夫模型進行用戶用能行為識別。
通過劃分負載運行狀態(tài)、建立用戶用能行為識別的隱馬爾可夫模型、參數(shù)學習、解碼獲取識別結(jié)果等步驟，可以較為準確地識別用戶活動。
通過較為準確地識別用戶用能活動，按照一定優(yōu)化策略關(guān)斷或調(diào)解在用戶活動中關(guān)聯(lián)度低或效用水平低的負載，從而在綜合考慮用戶滿意度和負載能效水平的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能能量管理。
(3)協(xié)同需求響應
智能用電網(wǎng)絡可實現(xiàn)大規(guī)模的快速需求響應。由于自律分散架構(gòu)的特征，各類響應信號可快速大批量發(fā)布，且各本地能量管理單元的實施效果也可迅速反饋。云存儲中心只需下發(fā)簡單的能量調(diào)節(jié)比例(如削減負荷5%)，各本地能量管理單元進行優(yōu)化并實現(xiàn)負荷削減量分配，從而減小了計算規(guī)模與成本，實現(xiàn)了大規(guī)模的快速需求響應。
(4)節(jié)能自動化
智能用電網(wǎng)絡可實現(xiàn)自動化節(jié)能?；谟脩粲媚苄袨樽R別和效用等級的劃分，各本地能量管理單元可對該單元中的用能情況進行實時評估并制定節(jié)能策略。
前景展望
智能用電網(wǎng)絡就好比能源互聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，是能源互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的關(guān)鍵部分。該網(wǎng)絡有自律可控性和自律可協(xié)調(diào)性，可以較好地實現(xiàn)在線擴展、在線維護和容錯功能。同時，該網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合緊密，可實現(xiàn)信息流和能量流的高度結(jié)合，并達到能源最優(yōu)管控的目的。
在黔東南一個普通醫(yī)院，其一年電費要700萬元，以20%的節(jié)約量計，預計可節(jié)約電費140萬元，考慮裝設軟件設備的成本，年回報率在70%。除了節(jié)能，智能用電網(wǎng)絡所存儲的海量用電信息，可廣泛用于提升用電安全水平、揭示電器火災隱患、優(yōu)化用戶側(cè)能源使用、參與電網(wǎng)需求響應，未來應用的空間十分廣闊。
