用户侧能量管理系统初探(1)

摘要：基于国内外知名企业在家庭能量管理系统、楼宇能量管理系统和企业能量管理系统方面的实践，提出了用户侧能量管理系统(u-ems)的概念。阐述了3类u-ems的具体构架和研究进展，分析了u-ems应具备的主要功能。最后，探讨了u-ems在近期的实践和发展以及长期发展中需要解决的问题。

0引言

用户侧曾被认为是单纯的电能消耗单元。直到20世纪70年代发生能源危机，西方国家才不再一味追求以装机容量来满足负荷需求，而是通过提高机组的利用效率、削减需求侧负荷来解决供需矛盾。美国于1978年颁布了《国家节能政策法》，拉开了全球对需求侧管理研究和实践[1]的序幕。此后，用户侧越来越受到人们的关注。近几年来，由于用户侧在节能减排以及安全方面的巨大潜力，且技术门槛相对较低，美国、中国、日本等国的知名企业纷纷开展了用户侧的相关研究。

microsofthohm服务是微软公司2009年公开的一款家庭能量管理服务[2]。该服务用于分析消费者和涉及的电网公司的电能数据，探明能源的流向。同时，microsofthohm还会向消费者和电网公司提出改进建议，帮助二者节省资金。

谷歌公司也于2009年推出了一项类似的计划，该计划被称为powermeter[3]。通过通用的智能量测和能量监测装置获得用户的能量使用信息。无论何时何地，用户都可以通过powermeter工具查看自己家庭的能量消耗情况。

总部位于美国犹他州盐湖城的contro14公司，是一家专业从事家庭自动化控制产品研发、生产和销售的知名企业。contro14公司实现了对家庭中灯光、音乐、家庭影院、温度以及安防系统的控制[4]，其标准化的有线、无线(zigbee，wi-fi)产品能够使现有的技术集成为一个完整的系统。

松下电工东京本部大楼在节能方面引入新技术，通过建设楼宇能量管理系统[5](bems)，集中计量各终端的电量与能耗，并提出了“整合调控节能”的新思路，充分应用分析支持工具，在海量数据中找出节能的可能性，实现持续节能的目标。

企业级电气监控和能量管理系统e3cs的设计方案已经在国内多个钢铁和水泥企业应用[6]，在企业的办公区和生产车间顺利完成了监控设备的组网，安装在生产现场的智能终端通过控制器局域网络总线can-bus组网，顺利实现设备运行状态和能耗的测量、电能调度以及用电安全保护等功能。本文将与企业有关的这一类能量管理系统称为企业能量管理系统(eems)。

由于各公司技术水平和侧重点不同，所以各公司所开发的用户侧系统的具体应用领域也不同。通过分析可发现，已有的研究主要分为3类，即家庭能量管理系统(hems)、bems和eems。虽然应用的领域不同，但它们最终的目标是一致的，即建立一个系统来规划和管理用户侧电能的使用，为何不把它们放在一起研究?

本文将此类系统称为用户侧能量管理系统(userenergymanagementsystem，U-EMS)，即通过调整用户侧的负荷及用户自身配备储能设备的充放电来适应电网负荷和电价变化的自动化系统，以达到节约能源、确保用户用电安全、减少用户电费支出、提高电网稳定性和安全性的目的。

1U-EMS及其研究进展从规模上来说，U-EMS可分为HEMS，BEMS和EEMS等。

1.1HEMS及其研究进展

HEMS比较适合于居住较分散的用户，此时每户人家都是一个小系统。其组成如图1所示[7]。