摘要：在新能源接入的大趨勢下，電力系統(tǒng)生產(chǎn)呈現(xiàn)由大容量集中式向大規(guī)模分布式轉(zhuǎn)變的態(tài)勢，如何利用數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)配電網(wǎng)賦能，提升配電網(wǎng)資源優(yōu)化配置效率。必須提升負(fù)荷側(cè)用能信息實(shí)時(shí)感知及大數(shù)據(jù)分析的能力，研究制定各環(huán)節(jié)采集裝置部署的典型設(shè)計(jì)，在明確采集裝置布置及數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，梳理典型場景下各環(huán)節(jié)采集裝置部署、數(shù)據(jù)流、控制流，明確如何系統(tǒng)地應(yīng)用相關(guān)裝置及數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷側(cè)；采集；感知

一、前言

在新能源接入的大趨勢下，電力系統(tǒng)生產(chǎn)呈現(xiàn)由大容量集中式向大規(guī)模分布式轉(zhuǎn)變的態(tài)勢。如何利用數(shù)字技術(shù)為傳統(tǒng)配電網(wǎng)賦能，提升配電網(wǎng)資源優(yōu)化配置效率，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)側(cè)源網(wǎng)荷友好互動，滿足大規(guī)模分布式清潔能源并網(wǎng)和多元負(fù)荷廣泛接入等需求，是新型電力系統(tǒng)重要的建設(shè)內(nèi)容?，F(xiàn)有采集感知體系存在采集設(shè)備運(yùn)行版本多，終端工況類、事件類數(shù)據(jù)采集任務(wù)配置欠缺，光伏、充電樁等運(yùn)行數(shù)據(jù)缺失，群調(diào)群控能力不足，部分低壓臺區(qū)本地通信組網(wǎng)質(zhì)量不佳，原有采集設(shè)備邊緣計(jì)算能力不足等問題。必須提升負(fù)荷側(cè)用能信息實(shí)時(shí)感知及大數(shù)據(jù)分析的能力，才能有效支撐源網(wǎng)荷儲實(shí)時(shí)互動、電價(jià)市場化靈活調(diào)整、用戶用能分析、配網(wǎng)數(shù)字孿生等業(yè)務(wù)開展。

二、感知體系部署研究

負(fù)荷側(cè)采集感知體系主要包括高壓負(fù)荷側(cè)和低壓臺區(qū)負(fù)荷側(cè)兩個(gè)部分。

（一）高壓負(fù)荷側(cè)采集感知體系

高壓負(fù)荷側(cè)采集感知體系以新型負(fù)控終端為核心，根據(jù)不同應(yīng)用場景配置輔助采集/控制裝置，滿足充電樁、儲能、分布式光伏、電動汽車有序充放電、虛擬電廠、需求側(cè)響應(yīng)等新型業(yè)務(wù)開展[1]。高壓供電用戶按計(jì)量方式分為高供高計(jì)和高供低計(jì)兩大類，因計(jì)量方式的不同，采集感知設(shè)備部署方式也不同。

高供高計(jì)用戶新負(fù)控終端在計(jì)量柜小室或掛墻式安裝，與計(jì)量表連接，接入各分路采集模塊及對應(yīng)分路開關(guān)。在高壓進(jìn)線側(cè)安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與配電間新負(fù)控終端通信，對進(jìn)線電量及開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)與計(jì)量表電量的比對。對于離主配電間較遠(yuǎn)的分路配電設(shè)備，因敷設(shè)通信及控制電纜的距離過長，可單獨(dú)安裝采集控制單元，并接入分路采集模塊及對應(yīng)分路開關(guān)，此采集控制單元通過有線或無線方式與主配電間新負(fù)控終端交換數(shù)據(jù)。對于具有中央空調(diào)、充電樁、儲能、分布式光伏等設(shè)備的用戶，有通信條件的可直接安裝采集控制單元，對于不具備條件的可加裝智能斷路器和采集控制單元，實(shí)現(xiàn)此類負(fù)荷的采集與控制，該采集控制單元與主配電間新負(fù)控終端交換數(shù)據(jù)，組成一套完整的用戶側(cè)感知系統(tǒng)，部署方式可參考圖 1。

高供低計(jì)用戶新負(fù)控終端在計(jì)量柜小室或掛墻式安裝，與計(jì)量表連接，接入各分路采集模塊及對應(yīng)分路開關(guān)。在高壓進(jìn)線側(cè)安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與配電間新負(fù)控終端通信，對進(jìn)線電量及開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)與計(jì)量表電量的比對。對于中央空調(diào)、充電樁、儲能、分布式光伏等設(shè)備的用戶，有通信條件的設(shè)備可直接安裝采集控制單元，此采集控制單元通過有線或無線方式與主配電間新負(fù)控終端交換數(shù)據(jù)[2]。對不具備條件的可加裝智能斷路器和采集控制單元，實(shí)現(xiàn)此類負(fù)荷的采集與控制，該采集控制單元與配電間新負(fù)控終端交換數(shù)據(jù)，組成一套完整的用戶側(cè)感知系統(tǒng)，部署方式可參考圖 2。

（二）低壓負(fù)荷側(cè)采集感知體系

以低壓臺區(qū)新型終端為核心，智能電能表為用戶側(cè)網(wǎng)關(guān)，源側(cè)匯集光伏逆變器（光伏并網(wǎng)斷路器）等分布式電源并網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，網(wǎng)側(cè)匯集低壓智能斷路器、智能電容器、動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、換相開關(guān)等低壓智能設(shè)備數(shù)據(jù)，荷側(cè)匯集電動汽車充電樁和用戶智能電表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷”狀態(tài)感知、信息匯聚、融合分析和控制交互，支撐主配網(wǎng)運(yùn)行方式優(yōu)化、新能源消納、故障研判分析等協(xié)同互動，部署方式可參考圖 3。

三、典型場景設(shè)計(jì)

在明確采集裝置布置及數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，針對各類場景下各環(huán)節(jié)采集裝置部署、數(shù)據(jù)流、控制流等研究應(yīng)用的相關(guān)裝置及數(shù)據(jù)，如分布式光伏調(diào)節(jié)控制、電動汽車充電樁有序充電管理、緊急負(fù)荷控制等，各典型場景設(shè)計(jì)如下：

（一）分布式光伏調(diào)節(jié)控制

通過低壓臺區(qū)新型終端與光伏逆變器的信息互動，實(shí)現(xiàn)分布式光伏并網(wǎng)管控。針對高壓并網(wǎng)的光伏用戶，采集控制單元通過數(shù)據(jù)線連接光伏電站的逆變器、匯流監(jiān)測終端、智能電表等設(shè)備，并通過微功率無線、RS485等方式與新負(fù)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[3]。針對低壓并網(wǎng)的光伏用戶，通過臺區(qū)新型終端與分布式光伏并網(wǎng)斷路器、分布式光伏并網(wǎng)逆變器、分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)電表、公共連接點(diǎn)雙向電能表通信，實(shí)時(shí)采集斷路器、逆變器、電能表的狀態(tài)量、數(shù)據(jù)量、事件量；支持主站向終端遠(yuǎn)程下發(fā)逆變器保護(hù)整定值，通過臺區(qū)新型終端自動本地配置；支持主站向終端遠(yuǎn)程下發(fā)分析控制策略，通過終端就地遙控逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和功率控制。本地通信可采用HPLC/雙模、RS-485、藍(lán)牙、CAN總線、M-BUS等方式，并上傳用電信息采集系統(tǒng)和配電自動化主站。

（二）充電樁有序充電管理

通過低壓臺區(qū)新型終端監(jiān)測電動汽車的充換電設(shè)施運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)電動汽車有序充電和V2G（電動汽車向電網(wǎng)供電）。高壓用戶可通過采集控制單元連接充電樁內(nèi)的交互接口，采集充電樁的電能、電壓、電流等數(shù)據(jù)，并通過有線/無線方式與新負(fù)控終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場充電數(shù)據(jù)的采集和分析，并對充電樁電源進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場充電樁的遠(yuǎn)程啟停。

（三）儲能設(shè)備調(diào)節(jié)控制

采集控制單元通過有線/無線方式采集電池電壓、儲能變流器、主接線等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，監(jiān)控儲能變流器對電網(wǎng)和電池的雙向能量流動，監(jiān)測電池系統(tǒng)的充放電管理狀態(tài)，通過有線/無線方式與新負(fù)控終端數(shù)據(jù)交換。用電信息采集系統(tǒng)通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)計(jì)算，分析電站運(yùn)行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)性能、功率曲線、上網(wǎng)電量與發(fā)電量、電站損耗等，掌握電站運(yùn)行水平和性能。

（四）臺區(qū)精益管理

通過低壓臺區(qū)新型終端接入各類低壓物聯(lián)設(shè)備，根據(jù)用戶、終端、開關(guān)、繼電器、分路擴(kuò)展模塊、分路監(jiān)測裝置等設(shè)備的上下級關(guān)系，自動建立設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系，并生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)線損精益管理、電能質(zhì)量綜合治理、臺區(qū)動態(tài)增容、停電主動上報(bào)、安全用電等應(yīng)用。設(shè)備側(cè)引入物聯(lián)網(wǎng)表、末端感知終端、智能斷路器等新型設(shè)備，本地通信可采用HPLC/雙模、RS-485等方式，并上傳用電信息采集系統(tǒng)[4]。

（五）低壓臺區(qū)負(fù)荷管理

1.臺區(qū)側(cè)

基于新型終端實(shí)現(xiàn)分布式電源、儲能、多元負(fù)荷的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，支撐微網(wǎng)并網(wǎng)管控、臺區(qū)柔性互聯(lián)應(yīng)用和虛擬電廠構(gòu)建。

2.家庭微網(wǎng)

對充電樁用戶遠(yuǎn)程管理電動汽車充放電狀態(tài)，監(jiān)測光伏發(fā)電出力和家庭用電負(fù)荷，自動管理儲能裝置充放電狀態(tài)，設(shè)計(jì)可轉(zhuǎn)移負(fù)荷型家電的運(yùn)行策略，提出用戶設(shè)備節(jié)能低碳運(yùn)行策略，保持家庭用戶能效最優(yōu)。

3.電力市場/碳市場交易

新型終端結(jié)合市場需求側(cè)管理政策，匹配分時(shí)電價(jià)等市場價(jià)格信號或資金補(bǔ)貼等激勵(lì)機(jī)制，智能化生成響應(yīng)策略，為積極參與需求響應(yīng)提供技術(shù)支撐。

（六）工商業(yè)負(fù)荷管理

新負(fù)控終端通過數(shù)據(jù)線連接計(jì)量表、分路采集模塊，同時(shí)接入對應(yīng)的分路開關(guān)，將測量回路的電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能。在高壓進(jìn)線產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與新負(fù)控終端通信，對進(jìn)線電壓、電流及開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)將進(jìn)線與計(jì)量表電量進(jìn)行比對。新負(fù)控終端通過有線/無線方式與所屬廠區(qū)內(nèi)采集控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，完整感知用戶側(cè)負(fù)荷。

（七）需求側(cè)響應(yīng)

對參與需求響應(yīng)的用戶安裝新負(fù)控終端，通過數(shù)據(jù)線連接下網(wǎng)電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能。新負(fù)控終端能顯示需求響應(yīng)邀約情況，包括總負(fù)荷曲線、分路負(fù)荷、實(shí)時(shí)負(fù)荷與基線負(fù)荷比較情況等。

（八）有序用電

對有序用電用戶安裝新負(fù)控終端，通過數(shù)據(jù)線連接下網(wǎng)電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能。新負(fù)控終端按主站下發(fā)的控制參數(shù)執(zhí)行控制輪次，在控制投入期間，終端能實(shí)時(shí)上報(bào)控制狀態(tài)與分路負(fù)荷。

（九）空調(diào)監(jiān)測與控制

在用戶側(cè)安裝新負(fù)控終端，通過數(shù)據(jù)線連接下網(wǎng)電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能。在中央空調(diào)主要供電線路上端安裝量測單元，采集空調(diào)主機(jī)分路電壓、電流、功率等用電數(shù)據(jù)，接空調(diào)集控系統(tǒng)或空調(diào)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對中央空調(diào)主機(jī)負(fù)荷的柔性調(diào)節(jié)。實(shí)時(shí)、定時(shí)采集量測單元的空調(diào)主機(jī)用電數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)與新負(fù)控終端交換。

（十）虛擬電廠

對參與虛擬電廠建設(shè)的用戶以及負(fù)荷聚合商用戶安裝新負(fù)控終端，通過數(shù)據(jù)線連接下網(wǎng)電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能。同時(shí)在用電信息采集系統(tǒng)對參與虛擬電廠建設(shè)及負(fù)荷聚合商用戶建立特定群組，通過對群組用戶的負(fù)荷監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠及負(fù)荷聚集商用戶的可觀可測。

（十一）碳排放計(jì)量

在用戶側(cè)安裝新負(fù)控終端，通過數(shù)據(jù)線連接下網(wǎng)電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監(jiān)測用戶電壓數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)專變采集終端的功能[5]。通過用電信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳排放計(jì)量數(shù)據(jù)采集、分析，在新負(fù)控終端側(cè)展示電碳因子和碳排放數(shù)據(jù)。

四、結(jié)語

本文研究的負(fù)荷側(cè)采集感知體系可提升新型電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)可觀可測、可調(diào)可控水平，促進(jìn)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動，有效滿足高比例清潔能源并網(wǎng)消納，服務(wù)電網(wǎng)安全運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)。

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作者單位：高勝，國網(wǎng)常熟市供電公司；鄭旭，國網(wǎng)無錫供電公司

責(zé)任編輯：張津平