陳文強(qiáng)

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶高要供電局 廣東高要 526100

摘要：電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，僅僅依靠電源建設(shè)將難以滿足我國迅速增加的電力需求，電力工業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展必須走以節(jié)約為本的道路。而開展電力需求側(cè)管控可以大幅度提高全社會電能利用效率，可以達(dá)到移峰填谷、均衡負(fù)荷的效果，本文結(jié)合智能臺區(qū)用電監(jiān)控系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用，對此進(jìn)行了分析研究并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：需求側(cè)；管控；移峰填谷；信息化

一、前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，電力負(fù)荷特性也發(fā)生了很大的變化，全國各地電網(wǎng)高峰負(fù)荷增長迅猛、峰谷差不斷拉大、負(fù)荷率下降。如果單純依靠擴(kuò)大投資規(guī)模增加裝機(jī)容量來滿足短暫的尖峰用電，這不僅要投入巨大的電力建設(shè)資金，而且會由于電力設(shè)備利用率的不斷下降導(dǎo)致發(fā)供電成本上升。電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，我國電力行業(yè)的生產(chǎn)、消費存在很大的地區(qū)和季節(jié)差別，電力供需呈現(xiàn)出多樣化的復(fù)雜局面，受煤炭、運力、土地、水、環(huán)境排放空間、資金等諸多因素的制約，僅僅依靠電源建設(shè)將難以滿足我國迅速增加的電力需求，電力工業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展必須走以節(jié)約為本的道路。

開展電力需求側(cè)管控可以大幅度提高全社會電能利用效率，可以達(dá)到移峰填谷、均衡負(fù)荷的效果，這樣不僅提高了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性，同時增加了系統(tǒng)的備用容量，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，有效減少資源、環(huán)境和資金代價，實現(xiàn)供需資源的協(xié)同優(yōu)化整合。

智能用電管控系統(tǒng)的構(gòu)建是智能電網(wǎng)的重要組成部分，建設(shè)智能用電管控系統(tǒng)，就是對現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級和設(shè)計，使之在操作上實現(xiàn)自動化、在生產(chǎn)管理上實現(xiàn)信息化、在用戶管理上實現(xiàn)互動化、在信息發(fā)布上實現(xiàn)可視化，并體現(xiàn)在生產(chǎn)管理、資產(chǎn)管理、用戶管理及服務(wù)上，使臺區(qū)的管理更加科學(xué)規(guī)范，并減少人工干預(yù)，實現(xiàn)全智能化，在保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上提高經(jīng)營效益。

二、高要供電局目前低壓臺區(qū)的現(xiàn)狀

2.1總體情況

近年來，肇慶供電局就著手高要的農(nóng)網(wǎng)升級改造工作，為高要城區(qū)擴(kuò)容提質(zhì)升級發(fā)展打好基礎(chǔ)。在“十二五”中低配電網(wǎng)建設(shè)期間，肇慶供電局共投入約3億多元對高要農(nóng)村電網(wǎng)進(jìn)行了升級改造，為農(nóng)網(wǎng)無縫對接城網(wǎng)提供了技術(shù)資金支持，不斷縮小城鄉(xiāng)用電差距，更好滿足肇慶中心城市擴(kuò)容提質(zhì)升級發(fā)展需求。

目前，高要局臺區(qū)改造的用戶需求仍然較為急迫，超負(fù)荷情況普遍。臺區(qū)的故障性跳閘與超負(fù)荷跳閘的停電情況時有發(fā)生。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高要供電局臺區(qū)跳閘停電的情況大多數(shù)屬于超負(fù)荷跳閘。對此，高要供電局出臺了一系列的措施來降低臺區(qū)變壓器的跳閘次數(shù)。這些措施包括：根本性地進(jìn)行大修技改，增加臺區(qū)變壓器的容量；進(jìn)行用電檢查，對超合同容量用電的用戶進(jìn)行處罰；進(jìn)行走訪宣傳，錯峰用電等。

2.2金利供電所的情況

隨著居民負(fù)荷的自然增長，公變臺區(qū)的變壓器應(yīng)進(jìn)行增容。但在包含有小工業(yè)小作坊的公變臺區(qū)中，客戶對遵守用電容量的概念不強(qiáng)，不經(jīng)供電局同意便添加大功率用電設(shè)備，會導(dǎo)致變壓器的額定容量滿足不了負(fù)荷增長的需求。從而導(dǎo)致臺區(qū)變壓器在用電高峰期出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

以2014年第一季度為例，就金利供電所而言，臺區(qū)跳閘次數(shù)比較多，涉及到臺區(qū)跳閘停電的案例有24宗。臺區(qū)變壓器的跳閘停電，嚴(yán)重影響到供電局的供電可靠性，同時也收到民眾的投訴與抱怨，嚴(yán)重影響到供電的服務(wù)質(zhì)量。表1為金利供電所2015年2、3月份臺區(qū)跳閘的統(tǒng)計。

表1 金利供電所2、3月份度臺區(qū)跳閘的統(tǒng)計表

臺區(qū)名稱跳閘次數(shù)超容量跳閘次數(shù)故障跳閘次數(shù)記錄時間

石林黃江公用臺變2202月25日

羅客村公用臺變3212月26日

創(chuàng)業(yè)園#1公用臺變3302月20日

厚福房地產(chǎn)#3變壓器1102月13日

金貿(mào)東路#4公用臺變1102月25日

金洲鄉(xiāng)公用臺變1103月12日

小朗站公用臺變2203月21日

2.3臺區(qū)改造試點

對臺區(qū)內(nèi)用電量大的用戶進(jìn)行限流與錯峰是解決臺區(qū)變壓器超負(fù)荷跳閘的一個效果明顯的方法。但是限流與客戶日益增長的生產(chǎn)用電形成矛盾，需要通過臺區(qū)改造，進(jìn)行客戶需求側(cè)管理，把限流與錯峰結(jié)合起來以解決問題。鑒于金利供電所的典型性，本項目選擇金利供電所作為試點，開展項目研究。

三、需求側(cè)管控的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)70年代起，全球能源問題被提升到了更加重要的位置。電力系統(tǒng)的參與者已認(rèn)識到：靈活、有差異的電力管控策略對于整個電力系統(tǒng)具有重要意義，通過采取必要的措施，幫助電力市場的參與者們在競爭性的、不確定性不斷增多的電力市場中取得競爭優(yōu)勢。

需求側(cè)管控是對需求側(cè)的電力、天然氣、采暖、制冷等各種能源需求的綜合規(guī)劃，它從根本上改變了單純注重依靠能源供應(yīng)來滿足需求增長的傳統(tǒng)思維模式，建立了把需求側(cè)節(jié)約的能源作為供應(yīng)方一種可替代資源的新概念。電力需求側(cè)管理是需求側(cè)管理的一個分支，是指以電力公司為供應(yīng)側(cè)，客戶為需求側(cè)，通過各種手段（包括行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等）鼓勵用戶采用有效的節(jié)能技術(shù)和措施改變其需求方式，在保持能源服務(wù)水平的前提下，使客戶的用電方式合理化，有效降低電能消費量和負(fù)荷水平，從而減少新建電廠投資和一次性能源消費量，取得明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的。

智能電網(wǎng)的核心思想為監(jiān)控、收集、分析、管理。首先通過各種各樣的傳感器對發(fā)輸配供這一過程涉及到的核心設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控，獲取其運行工況；然后收集整合傳感器獲取的數(shù)據(jù)；接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，達(dá)到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理。近年來，智能電網(wǎng)技術(shù)的研究范圍不斷擴(kuò)大，其中包括對分布式電源并網(wǎng)帶來的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的研究。西方國家比較早便開展研究智能電網(wǎng)，而且已經(jīng)形成強(qiáng)大的研究群體。2009年中國能源專家提出“互動電網(wǎng)”的概念，它主要的基礎(chǔ)是建立開放的系統(tǒng)和建立信息共享的模式，并利用智能電網(wǎng)技術(shù)，通過電子終端將消費者之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、迅速、雙向的總體效果。它的用途包括實現(xiàn)電力、電訊、電視遠(yuǎn)程家電控制和電池集成充電等開發(fā)。國家電網(wǎng)公司為了極大地推動我國智能電網(wǎng)研究的發(fā)展，提出了“建設(shè)堅強(qiáng)的智能化電網(wǎng)”的奮斗目標(biāo)。

雖然國內(nèi)外對電力需求側(cè)管控的研究取得了豐碩的成果，但是具體到實際搭建智能用電監(jiān)控系統(tǒng)，在廣東省的基層用電部門還僅僅處于初級階段。本項目以高要供電局為對象，實現(xiàn)基于具有無線自組網(wǎng)功能智能斷路器的產(chǎn)品開發(fā)，搭建面向客戶的需求側(cè)智能用電監(jiān)控系統(tǒng)，具有現(xiàn)實的應(yīng)用價值和推廣價值。

四、提出并選定實施方案

4.1各種方案的選擇

參與人員圍繞解決金利供電所的試點臺區(qū)的需求側(cè)管控問題，初定以下三種方案：

方案一：加大宣傳力度，進(jìn)行走訪。優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟(jì)，短期內(nèi)有一定的效果。缺點：依賴于用戶的自覺減容錯峰，可控性不強(qiáng)。

方案二：對用電量大的臺區(qū)用戶安裝傳統(tǒng)的限流裝置。優(yōu)點：杜絕臺區(qū)變壓器超負(fù)荷用電跳閘的效果明顯。缺點：費時費力；雖能保障其他居民的正常用電，但也一定程度上限制了工廠的生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益低。

方案三：研制并對客戶安裝智能斷路器。優(yōu)點：能明顯地杜絕臺區(qū)變壓器超負(fù)荷用電跳閘，同時由于采用可控式的需求側(cè)管理，削峰填谷，確保工廠的生產(chǎn)。達(dá)到了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。缺點：研發(fā)和安裝設(shè)備需要時間和資金作支撐。

4.2各種方案的評估

針對上述論證，我們有進(jìn)一步對三個方案的有效性、可靠性、可實施性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評估打分。

表4-1 三種方案的綜合打分評價表

方案有效性可靠性可實施性經(jīng)濟(jì)性綜合得分選定方案

方案一△△◎◎12不選

方案二◎○◇□14不選

方案三◎◎◎□17選定

[注]◎5分 ○4分 ◇3分 □2分 △1分

經(jīng)過方案的評估打分，方案三綜合評分為17分，方案二綜合評分為14分，方案一綜合評分為12分。因此確定方案三位實施方案，研制并對客戶安裝智能斷路器。

五、技術(shù)方案

此研究是在充分調(diào)研用戶需求，在查詢國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上開展研究工作的，它符合我國低壓電器設(shè)備現(xiàn)狀，進(jìn)而構(gòu)建一個面向用戶的智能用電監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到提高供電可靠性、保障電能質(zhì)量、節(jié)能降損的目的，臺區(qū)符合用電部門需求，具有普遍推廣應(yīng)用價值。

具有無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能用電監(jiān)控系統(tǒng)包括智能配電監(jiān)控中心與若干個配電站的終端，智能用電監(jiān)控中心與各個配電站相互之間以不超過1千米的間隔距離用無線通信的方式組成一個基于無線傳輸自組網(wǎng)的智能用電監(jiān)控系統(tǒng)。

無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能終端斷路器原理框圖如圖1所示。

圖1 無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能終端斷路器原理框圖

5.1智能用電監(jiān)控系統(tǒng)終端的功能

（1）具有智能斷路器的功能，具體來說是具有長延時過載保護(hù)、短延時過載保護(hù)和瞬時過載保護(hù)的功能；所有的過載參數(shù)均可通過各個無線手持編程器進(jìn)行實時調(diào)整的機(jī)界面功能。

（2）具有無線通信功能（通信距離≤1千米）。

5.2智能用電監(jiān)控系統(tǒng)終端和連接結(jié)構(gòu)

具有無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能配電監(jiān)控系統(tǒng)終端由智能斷路器控制電路、無線手持編程器和無線通信模塊三部分組成。

（1）智能斷路器控制電路由三相電流檢測、第一信號調(diào)理電路、第二信號調(diào)理電路、剩余電流檢測、16位單片機(jī)、USB端口、液晶顯示器、USART端口、第二485總線端口組成。三相電流檢測輸入端與外接的三相交流電流I連接，三相電流檢測輸出端與第一信號調(diào)理電路輸入端連接，第一信號調(diào)理電路輸出端與16位單片機(jī)輸入端連接；剩余電流檢測輸入端與外接的剩余電流IL連接，剩余電流檢測輸出端與第二信號調(diào)理電路輸入端連接，第二信號調(diào)理電路輸出端與16位單片機(jī)輸入端連接；USB端口輸出端輸出端與16位單片機(jī)輸入端連接，液晶顯示器輸入端與16位單片機(jī)輸出端連接；USART端口和第一485總線端口相互連接，USART端口與16位單片機(jī)相連接。

（2）無線手持編程器由按鍵、第一MCU和無線收發(fā)模塊組成。按鍵與第一MCU相連接，第一MCU與無線收發(fā)模塊相連接，第一MCU與智能斷路器控制電路的USB端口相連接。

（3）無線通信模塊由第二MCU、射頻芯片、中繼放大器和第二485總線端口組成。第二MCU與射頻芯片相連接，射頻芯片與中繼放大器相連接，第二485總線端口分別與第二MCU和智能斷路器控制電路的第一485總線端口相連接。

5.3智能用電監(jiān)控系統(tǒng)終端的工作原理

由三相電流互感器通過三相電流檢測和剩余電流互感器通過剩余電流檢測采集到的信號分別經(jīng)過第一信號調(diào)理電路和第二信號調(diào)理電路后導(dǎo)入16位單片機(jī)的ADC端口進(jìn)行過載識別與數(shù)據(jù)處理；16位單片機(jī)的處理結(jié)果將送至其輸出端口，如需要的話，可進(jìn)行斷路器的分?jǐn)嗖僮鳎?6位單片機(jī)的實測數(shù)據(jù)以及功能配置參數(shù)均需送至液晶顯示器進(jìn)行實時顯示；16位單片機(jī)具有異步雙工通信端口、USART端口、USB端口及第一485總線端口進(jìn)行收發(fā)通信，使本系統(tǒng)具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的功能。

借助無線手持編程器可對本自組網(wǎng)內(nèi)的任一個終端通過有線或無線進(jìn)行配置參數(shù)調(diào)整，使本系統(tǒng)具有機(jī)界面功能。

每個終端均配置一個無線通信模塊，以便實現(xiàn)各個終端之間的無線傳輸自組網(wǎng)的功能，設(shè)置無線通信模塊可使各個終端之間實現(xiàn)在相互距離≤1千米的范圍內(nèi)的無線雙工通信。

由于無線通信模塊內(nèi)設(shè)有射頻芯片和中繼放大器，其收發(fā)的無線信號經(jīng)該模塊內(nèi)的第二MCU協(xié)調(diào)，既可通過USART端口實現(xiàn)與其他終端的近程通信（通過USART端口），亦可通過第二485總線與其他終端進(jìn)行中程（距離≤1千米）通信。

六、自組網(wǎng)用電監(jiān)控系統(tǒng)

6.1臺區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)終端產(chǎn)品的參數(shù)檢測

自組網(wǎng)用電監(jiān)控系統(tǒng)工作過程框圖如圖2所示。

通過臺區(qū)檢測系統(tǒng)，可以成功地對產(chǎn)品本身的參數(shù)進(jìn)行檢測。

（1）解決了過去由人工按月現(xiàn)場檢測造成的費時費力，且缺乏監(jiān)督的問題。

（2）提高了容量利用率：可以根據(jù)需要來設(shè)定檢測時間并自動進(jìn)行檢測，從而避開用電高峰。

（3）準(zhǔn)確鑒定斷路器的參數(shù)情況：能夠真正測得斷路器本身的設(shè)定參數(shù)。

（4）具有分級動作保護(hù)功能，可以很好地解決了開關(guān)誤動作問題。

（5）能統(tǒng)計、記憶設(shè)定時間區(qū)間的最大負(fù)荷值和發(fā)生時間并可供查詢與顯示。

（6）可以很好地解決因線路檢修而造成開關(guān)誤動作的問題。

圖2 自組網(wǎng)用電監(jiān)控系統(tǒng)工作過程

6.2臺區(qū)監(jiān)控自組網(wǎng)系統(tǒng)的無線通信

對于無線通信信道而言，可分為上行信道（基站與10KV分界開關(guān)和配變總開關(guān)終端之間）和下行信道（配變總開關(guān)終端與分開關(guān)終端之間）。

上行信道：對于組建遠(yuǎn)距離（>1千米）的上行信道，可以通過（GPRS/CDMA移動通信）來實現(xiàn)。

下行信道：對于組建近、中距離（≦1千米）的下行信道，可以通過配變總開關(guān)與分開關(guān)自身的無線中繼功能實現(xiàn)。只要用戶使用此功能的設(shè)備，就會多一個網(wǎng)點，這樣就可以克服因用戶數(shù)量大、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜等引起的不利因素。

七、安裝調(diào)試

無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能終端斷路器裝置在安裝過程中因用戶具體使用情況不同，造成產(chǎn)品各參數(shù)整定值不同，在現(xiàn)場安裝調(diào)試時發(fā)現(xiàn)常見的情況進(jìn)行分析。

7.1 過載跳閘

有1臺產(chǎn)品在通電后發(fā)現(xiàn)每過一段時間開關(guān)都會跳閘，開關(guān)故障界面顯示故障電流大于限載電流值3.5倍，通過手持編程器進(jìn)入設(shè)置界面發(fā)現(xiàn)短延時界面短延時電流值為3倍限載電流，短延時時間為0.4S，因短延時電流值設(shè)定小導(dǎo)致開關(guān)跳閘，發(fā)現(xiàn)此問題后我們要求所有產(chǎn)品在出廠時均將短延時電流值整定為6倍限載電流值。

7.2 漏電跳閘

有1臺產(chǎn)品在通電后發(fā)現(xiàn)合不上閘，開關(guān)故障界面顯示故障漏電電流80mA大于設(shè)定的漏電流值50mA，通過手持編程器進(jìn)入設(shè)置界面設(shè)定漏電電流值100mA，此后開關(guān)可以合閘，發(fā)現(xiàn)此問題后我們要求所有產(chǎn)品在出廠時均將漏電電流值整定為100mA。

7.3 無線信號

用無線手持編程器調(diào)整開關(guān)整定參數(shù)時發(fā)現(xiàn)有時調(diào)試不成功，換角度后可以調(diào)試成功，后來把天線放在箱外沒有發(fā)現(xiàn)此問題，發(fā)現(xiàn)此問題后我們要求所有產(chǎn)品在出廠時要求箱體底部右側(cè)予留天線孔以方便把天線放在外面。

無線傳輸自組網(wǎng)功能的智能終端斷路器現(xiàn)場測試情況（見附件1）。

八、實施效果

1.在對智能終端斷路器的使用上，金利供電所率先應(yīng)用在過重載臺區(qū)