楊躍平 王 驍 錢建慧 劉曉芳 徐金靈

（1.國網(wǎng)浙江寧海縣供電公司，浙江 寧海 315600；2.浙江新能量科技有限公司，杭州 310000）

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，對(duì)電力的需求持續(xù)增加。寧?？h作為浙江省的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)縣之一，供需矛盾突出。據(jù)國家電網(wǎng)寧海供電公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，近年來，寧海地區(qū)的社會(huì)用電量一路飚升，接連突破上一年度的最高用電負(fù)荷，使得原本就嚴(yán)峻的用電形勢(shì)更趨維艱。

電力需求側(cè)管理是緩解供需矛盾的重要手段，傳統(tǒng)的需求側(cè)管理重點(diǎn)關(guān)注的是以政府為主導(dǎo)的有序用電，借此削減高峰時(shí)段電網(wǎng)調(diào)峰的壓力、提高供電可靠性。隨著電力需求側(cè)管理工作的逐層深入和用戶對(duì)于精細(xì)化管理認(rèn)知水平的提高，建立為電力用戶能效管理服務(wù)的需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)是今后電力需求側(cè)管理的發(fā)展趨勢(shì)。為此，寧海供電公司提出需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)研究項(xiàng)目，在研究寧海地區(qū)用電結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，一方面為電網(wǎng)公司的電力需求側(cè)管理工作提供了技術(shù)手段，也為電能用戶提供了有效的用電管理工具。

1 需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

寧海需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)以信息化和智能化為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)應(yīng)用為依托，將分布式采集需求側(cè)變電站、主要用電設(shè)備有機(jī)整合為一體的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)采集層利用智能采集裝置覆蓋末端用戶側(cè)的變配電站、高低壓用電線路和主要用電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)分布式實(shí)時(shí)采集需求側(cè)的用電數(shù)據(jù)，為精細(xì)化用電管理提供技術(shù)支撐。傳輸層采用先進(jìn)的有線/無線組網(wǎng)技術(shù)，利用智能通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集裝置與主站服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。主站服務(wù)器部署在寧海供電公司內(nèi)，用以存儲(chǔ)用戶側(cè)上傳的電力數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用訪問服務(wù)。

圖1 需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

智能用電管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能管理四化（即可視化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、專業(yè)化）和高可操作性，為構(gòu)建并促進(jìn)電力需求側(cè)智能用電管理工作，提供技術(shù)支持。該系統(tǒng)的主要的技術(shù)設(shè)計(jì)如下。

1）智能檢測(cè)和控制技術(shù)[1]

智能檢測(cè)和控制技術(shù)以計(jì)算機(jī)為核心部件，將各分支信號(hào)檢測(cè)采集器采集到的數(shù)據(jù)通過中間轉(zhuǎn)換線路后利用485、Zigbee 等通信方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，Zigbee 作為一種微功率無線通信方式具有抗干擾能力強(qiáng)、自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)自愈等眾多優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。該先進(jìn)的傳感和智能轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案如圖2智能檢測(cè)技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖所示。

圖2 智能檢測(cè)技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2）云計(jì)算技術(shù)[2]

云計(jì)算以新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，通過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計(jì) 算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。通過這項(xiàng)技術(shù)，廣泛開展應(yīng)用于搜尋引擎、網(wǎng)絡(luò)信箱等，使用者只要輸入簡(jiǎn)單指令即能得到大量信息。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，采用云計(jì)算方式構(gòu)建智能用電的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，可以適應(yīng)大規(guī)模用戶的用電數(shù)據(jù)并行處理、分析、挖掘，能夠高效、低成本的管理海量數(shù)據(jù)。

3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[3]

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將眾多需求側(cè)用戶末端設(shè)備通過各種有線（或無線）的長距離（或短距離）在聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行信息通信，基于應(yīng)用大集成、手機(jī)掃描和云計(jì)算等實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、報(bào)警、定位、遠(yuǎn)程控制、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持等管理和服務(wù)功能。以此技術(shù)構(gòu)建的需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以全面感知用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。使用各類傳感器監(jiān)測(cè)企業(yè)電力設(shè)備、車間廠房的全景狀態(tài)信息，為智能用電的各項(xiàng)功能奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4）移動(dòng)APP 技術(shù)[4]

移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)（Mobile Internet）是將移動(dòng)通信和物聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合，借助移動(dòng)終端（手機(jī)、PDA、上網(wǎng)本）通過網(wǎng)絡(luò)訪問用電管理系統(tǒng)。移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)與無線通信技術(shù)“移動(dòng)寬帶化，寬帶移動(dòng)化”的發(fā)展趨勢(shì)密不可分。目前該技術(shù)支持基于智能手機(jī)的移動(dòng)電能管理應(yīng)用，用電管理人員可通過手機(jī)直接訪問電能管理中心，掌握各項(xiàng)電能數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電能可視化。

3 系統(tǒng)主要功能的設(shè)計(jì)

基于需求側(cè)智能用電管理系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程雙向通信、計(jì)量控制、智能抄表、事件實(shí)時(shí)報(bào)警等功能，借此實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)用電設(shè)備的信息交互，滿足用電信息智能在線檢測(cè)、數(shù)據(jù)的查詢、分析和處理、用電設(shè)備信息及參數(shù)設(shè)置與顯示等功能需求，通過合理調(diào)整的用電負(fù)荷，引導(dǎo)用戶少用高峰、尖峰電，多用低谷電，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使負(fù)荷曲線更平坦，以此提高供電效率、優(yōu)化用電方式。

3.1 有序用電管理

根據(jù)近年來寧海用電負(fù)荷趨勢(shì)來看，夏季是該地區(qū)用電量最大的季節(jié)，每年都需要及時(shí)制定有序用電響應(yīng)與實(shí)施方案。結(jié)合寧海地區(qū)有序用電的響應(yīng)與實(shí)施方案和需求側(cè)智能用電管理的要求，由有序用電工作督導(dǎo)站辦公室負(fù)責(zé)維護(hù)、穩(wěn)定有序用電下的供用電秩序，推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)有序用電、努力實(shí)現(xiàn)全縣節(jié)能降耗目標(biāo)。

1）在電力供應(yīng)緊張時(shí)啟動(dòng)有序用電下的用電負(fù)荷控制功能。

根據(jù)需求側(cè)用電負(fù)荷特性，預(yù)先設(shè)定的安保負(fù)荷、可中斷負(fù)荷和不可中斷負(fù)荷，將其依次設(shè)置一、二、三級(jí)負(fù)荷，確定需求響應(yīng)的負(fù)荷類型、數(shù)量，建立有序用電預(yù)警制度，在迎峰度夏等電力供應(yīng)緊張時(shí)段，根據(jù)需求側(cè)智能用電管理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最大限度的挖掘電力調(diào)峰能力。

2）根據(jù)有序用電預(yù)案，批量下達(dá)、執(zhí)行并實(shí)時(shí)顯示方案執(zhí)行前后用電負(fù)荷對(duì)比報(bào)表。

如果實(shí)時(shí)負(fù)荷超過負(fù)荷上限，則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的出線負(fù)荷等級(jí)，拉掉三級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷下降至負(fù)荷上限的90%（可以設(shè)定）以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按照優(yōu)先級(jí)恢復(fù)二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷的供電。當(dāng)實(shí)際負(fù)荷下降至負(fù)荷上限的90%（可以設(shè)定）以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按照優(yōu)先級(jí)恢復(fù)二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷的供電。

3.2 智能在線監(jiān)測(cè)

為了便于需求側(cè)用電管理，系統(tǒng)提供了智能在線監(jiān)測(cè)功能。該技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)是通過安裝在需求側(cè)末端設(shè)備上可實(shí)時(shí)記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量和診斷系統(tǒng)的技術(shù)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由采集/匯集器、計(jì)算機(jī)、手機(jī)通信、集成應(yīng)用及云計(jì)算組成，通過終端實(shí)時(shí)讀取遠(yuǎn)程集中負(fù)荷和用戶側(cè)重點(diǎn)企業(yè)關(guān)鍵用電設(shè)備、生產(chǎn)工序的電能數(shù)據(jù)，并以通信手段將其傳至控制中心，自動(dòng)生成用電量、用電負(fù)荷報(bào)表和曲線等數(shù)據(jù)，便于在線監(jiān)視、管理和控制。

1）用電負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

負(fù)荷實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過用電負(fù)荷實(shí)時(shí)采集裝置并將用電負(fù)荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到至控制中心的負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的用電量、負(fù)荷等參數(shù)指標(biāo)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可根據(jù)需要在設(shè)置查詢時(shí)間段內(nèi)查看多條（單條）用電線路的日、月負(fù)荷曲線、負(fù)荷率曲線等信息，并將數(shù)據(jù)集中匯總成一條的方式進(jìn)行展現(xiàn)，展示的內(nèi)容包括：線路負(fù)荷曲線，線路運(yùn)行狀態(tài)、線路電量統(tǒng)計(jì)和線路尖峰谷圖。

2）電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)

利用系統(tǒng)的信息采集功能，測(cè)量分析公用電網(wǎng)供到用戶受電端的交流電能質(zhì)量，通過上傳數(shù)據(jù)比對(duì)、統(tǒng)計(jì)分析供電頻率偏差、供電電壓偏差、供電三相電壓允許不平衡度，從而為診斷電能的電壓或負(fù)荷越限、功率因數(shù)越限報(bào)警提供依據(jù)，并結(jié)合用電負(fù)荷、負(fù)荷率、電能量、三相平衡度、負(fù)荷預(yù)測(cè)支持等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)用電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3）數(shù)據(jù)處理和分析

由采集裝置將終端各用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，包括：電流、電壓、有功電度、無功功率、功率因數(shù)和隔離開關(guān)的分合閘狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。計(jì)算機(jī)控制中心對(duì)采集裝置所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算與處理，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)存儲(chǔ)和分析。

（1）數(shù)據(jù)查詢與處理

采集裝置實(shí)時(shí)采集并掌握生產(chǎn)企業(yè)各生產(chǎn)單元、各設(shè)備的數(shù)據(jù)，并形成報(bào)表，為其用電情況提供跟蹤、查詢和處理。對(duì)同一用電單位不同時(shí)期、不同用電單位同一時(shí)期的負(fù)荷、電量、功率因數(shù)、變壓器負(fù)載率等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。歷史日數(shù)據(jù)處理是按日統(tǒng)計(jì)、計(jì)算各種歷史數(shù)據(jù)并生成明細(xì)表保存的，而歷史月數(shù)據(jù)處理是利用終端將采集的數(shù)據(jù)在月末23 點(diǎn)生成各種月明細(xì)表并保存的。

（2）數(shù)據(jù)分析

根據(jù)終端用電的負(fù)荷特性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、生產(chǎn)能力和歷史數(shù)據(jù)等因素綜合分析、查找用電環(huán)節(jié)中的異常數(shù)據(jù)。按照預(yù)先確定的規(guī)則對(duì)負(fù)荷、電量、電能質(zhì)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以Excel 格式導(dǎo)出所需的統(tǒng)計(jì)表后，整理并清晰的反映終端用戶的用電構(gòu)成，輔助開展線損計(jì)算，消除各類不合理用電現(xiàn)象，為管理提供決策依據(jù)。

3.3 移動(dòng)通信應(yīng)用

在無互聯(lián)網(wǎng)的情況下需求側(cè)用電管理人員可通過手機(jī)在系統(tǒng)中查看遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)上傳采集的用電數(shù)據(jù)，以圖形化方式展示各路進(jìn)出線開關(guān)狀態(tài)和實(shí)時(shí)電能信息，并實(shí)時(shí)展現(xiàn)在線運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)手機(jī)查看各類實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警信息的功能，提升異常情況的反應(yīng)速度，提高電網(wǎng)的運(yùn)行安全性，并能為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)運(yùn)行和無人值守提供技術(shù)支撐。同時(shí)根據(jù)管理者不同需求的查看不同的功能，如：查看適合電力用戶自身或企業(yè)的功能，該類功能都可由超級(jí)管理者定義（或預(yù)定義）分配的不同管理人員角色和功能，以滿足角色的不同需求。移動(dòng)應(yīng)用的部分功能如圖3、圖4所示。

3.4 電量統(tǒng)計(jì)、考核應(yīng)用功能

1）電量自動(dòng)抄表

圖3 移動(dòng)應(yīng)用——用電回路和報(bào)警信息

圖4 移動(dòng)應(yīng)用——企業(yè)的電能和負(fù)荷圖表

根據(jù)需求查看或以Excel 格式導(dǎo)出自動(dòng)采集系統(tǒng)內(nèi)各供電點(diǎn)和受電點(diǎn)的電能量數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)自動(dòng) 統(tǒng)計(jì)、計(jì)算生成分區(qū)域、分線的變、線損。根據(jù)統(tǒng)計(jì)明細(xì)表，可按日、月固定周期或自定義時(shí)間段查看各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2）電能管理和考核

根據(jù)需求幫助管理者對(duì)各用電出線和用電考核企業(yè)的用電量按不同的時(shí)間段進(jìn)行查詢和對(duì)比操作，并可使用此功能對(duì)企業(yè)內(nèi)部各級(jí)的單元的用電量進(jìn)行分層、分時(shí)統(tǒng)計(jì)管理和考核，其包括尖峰谷用電統(tǒng)計(jì)、電費(fèi)和平均電價(jià)計(jì)算、用電定額管理、電能考核等。

3）能效管理

面向電力用戶自身可通過對(duì)各級(jí)變配電系統(tǒng)受總、出線開關(guān)和企業(yè)配電網(wǎng)絡(luò)的電能數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，計(jì)算并分析變配電系統(tǒng)效率，如變壓器負(fù)載率、功率因數(shù)、三相平衡度等，并根據(jù)終端采集設(shè)備事故信息及時(shí)間上至控制中心，通過手機(jī)變電站維護(hù)人員能在第一時(shí)間確定運(yùn)行狀態(tài)和定位異常，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)重要事件（設(shè)備）故障情況。

（1）根據(jù)變電站自動(dòng)運(yùn)行和負(fù)荷監(jiān)控的各類參數(shù)，確定配電房經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，降低變配電系統(tǒng)損耗、提高用電效率、延長設(shè)備使用壽命。

（2）根據(jù)變電站自動(dòng)運(yùn)行和負(fù)荷監(jiān)控的各類參數(shù)，報(bào)告功率因數(shù)等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，輔助制定（或整改）投切電容器方案，提高功率因數(shù)、降低電能損耗。

面對(duì)需求側(cè)的企業(yè)可通過對(duì)工序、設(shè)備能效進(jìn)行采集和分析，實(shí)現(xiàn)工序、設(shè)備能效管理，并在此過程中找到用能不合理的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為后續(xù)進(jìn)一步采取技術(shù)措施改善能效提供數(shù)據(jù)支撐。

（1）根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工序流程，配置各生產(chǎn)工序的邏輯關(guān)系，以圖形化生成的工序能耗流程圖，并能夠根據(jù)需要自定義所需展示的各類能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能耗分析統(tǒng)計(jì)。

（2）根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的實(shí)時(shí)能效對(duì)比、設(shè)備能效和標(biāo)稱能效、地方標(biāo)準(zhǔn)之間的對(duì)比，對(duì)同類設(shè)備能效進(jìn)行排序，在生產(chǎn)能力有富余時(shí)，優(yōu)先使用高能效設(shè)備。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)面向需求側(cè)的智能用電管理系統(tǒng)，為寧海供電局提供了一個(gè)可以實(shí)時(shí)掌握地區(qū)用電需求的平臺(tái)，智能顯示需求側(cè)用電狀況，實(shí)時(shí)上報(bào)、生成和顯示各條線路的電能源消耗信息的同時(shí)上報(bào)故障、維護(hù)等信息；通過對(duì)采集轉(zhuǎn)化設(shè)備的管理，利用互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)APP 等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制，并指導(dǎo)電力用戶合理用電、節(jié)約能耗。

目前，該套系統(tǒng)還嘉興、廣州等地，為當(dāng)?shù)亻_展需求側(cè)智能用電管理建設(shè)提供重要技術(shù)支撐和指導(dǎo)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。通過智能化的綜合能效分析，深化了智能用電環(huán)節(jié)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，并為制訂能效策略和節(jié)能方案，提供借鑒的依據(jù)。

[1] 王仲生.智能檢測(cè)與控制技術(shù)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2002.

[2] 何 偉,劉曉芳.基于云服務(wù)技術(shù)的企業(yè)能效管理研究與實(shí)例[J].電力需求側(cè)管理,2013(2).

[3] 冷鵬.物聯(lián)網(wǎng)中的RFID 技術(shù)及其在校園中的應(yīng)用探討[J].信息與電腦(理論版),2012(2).

[4] 周瑩,冷錦,劉中華.物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)的融合發(fā)展研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2011(7).