新型電力負荷管理系統的關鍵技術與發展

四川中電啟明星信息技術有限公司 陳啟元 張 強 歐 淵 左發先 邱星潼

雙碳戰略下，能源的低碳綠色轉型已經成為我國推行綠色發展的一大重點話題。在此背景下，新能源發電占比持續提升，對于整個電力系統運行的安全性與穩定性要求不斷提高。為有效解決電力供需暴露出的矛盾問題，加強對構建新型電力系統的支持，《關于推進新型電力負荷管理系統建設工作的意見（2022年）》明確指出，要加快推進我國新型電力負荷管理系統的建設，推廣應用智慧能源單元。但新型電力負荷管理系統在建設過程中面臨著組網調控回路不充分，靈活性不足；終端硬件單元智能化程度不足；不同場景下電力負荷管理系統調控的經濟性與適應性不足等諸多問題[1]。基于此，為實現電力系統廣域資源快速響應能力的提升，有必要構建新型電力負荷管理系統，保證系統具有分級調節、精準調控的功能。由此針對新型電力負荷管理系統構建過程中應用的關鍵技術展開研究具有重要意義。

1 新型電力負荷管理系統及功能

1.1 新型電力負荷管理系統架構

為更好地適應新型電力系統的發展需求，在堅持需求響應優先的基礎上，確保充分利用需求側資源對圖1所示的新型電力負荷管理系統進行構建。該系統依托計算機技術、自動化控制技術、智能通信技術等，以實現對電力負荷數據的采集、監控和分析處理，基于動態聚合提高電力負荷資源調控的靈活性。而構建的新型電力負荷管理系統則能在負荷管理過程中，提高用戶的參與程度，在保證供電質量的前提下，進一步提高對電力負荷資源的利用程度，促進資源的最大化利用，促進“雙碳”目標的實現。

圖1 新型電力負荷管理系統

新型電力負荷管理系統中，由數據采集模塊收集終端負荷信息，再將負荷信息數據傳遞至數據管理系統進行轉換，并存儲在應用數據庫來提高負荷管理的安全性。同時，電費管理、防竊電，以及電能質量監測系統憑借數據訪問接口即可實現電壓監測、電費管理、功率查詢等功能。此外，新型電力負荷管理系統還通過對大數據、云計算、人工智能等先進技術的應用，實現對負荷數據的深入分析，為負荷資源調控策略的靈活制定提供有力支持。

1.2 新型電力負荷管理系統功能

新型電力負荷管理系統主要具備以下功能。

第一，電力營銷管理。系統憑借遠程自動抄表功能實時采集、存儲、傳輸用戶用電數據，可以在第一時間發送欠費和繳費通知。由于新型電力負荷管理系統包含眾多分布式負荷資源，且在地理層面上表現出較高的分散程度。因此，可以借助區塊鏈和智能合約技術完善電力營銷管理，以解決傳統營銷交易周期長、響應緩慢、虛假交易等問題，進而為電網系統和用電用戶提供安全保障，進一步提高新型電力負荷管理系統的安全性、穩定性及效率性。

第二，數據監測。系統具備實時監測功能，通過對各時段用電數據的采集、統計和分析，繪制負荷曲線，生成電能質量報告，便于后續負荷預測工作的開展。同時系統還具有防竊電功能，可通過用電異常數據分析實現對竊電行為的有效監測，無論是效率還是準確性均得到顯著提高，有利于有序用電。

第三，負荷調控。負荷調控是新型電力負荷管理系統的核心功能，系統依據預測得到的用電計劃結果，靈活、科學地制定用電負荷調控策略，以通過對電力負荷資源的動態聚合，實現對資源的精細化調控，從而促進負荷資源利用率的提升。

2 新型電力負荷管理系統關鍵技術分析

2.1 多模態靈活組網技術

新型電力負荷管理系統需要綜合考慮不同業務場景下電網側及需求側之間的互動需求，根據各類終端接入方法及流量需求對網絡拓撲結構進行差異化設計。同時也需要對網絡結構升級和業務發展過程中暴露的均衡性、安全性等問題進行考量，對傳統電力負荷管理系統的網絡拓撲予以改造，重構網絡連接邏輯關系，以此實現新型電力負荷管理系統的承載性能。

新型電力負荷管理系統本地通信方面，基于RS-485協議，利用遠距離無線電、高速電力線載波通信等技術，實現用戶負荷資源在智慧能源單元中的接入，并依照業務類型差異，對管理大區進行適應性選擇。不同類型業務需求差異，合理選擇管理大區接入。通常情況下，遠程通信的調控類負荷業務主要采取無線專網、光纖專網或5G 硬切片等方式接入。針對重點用戶或高要求的調控負荷，需建立備用的通信冗余通道，以確保系統的多回路控制具備冗余性。對于監測類負荷，系統接入通常依賴于無線專網。當前，新型電力負荷管理系統在不同的接入控制模式下，面臨負荷流量特征不明確的挑戰，要求建立物理和數據兩種模型。在通信網絡資源配置方面，建議采用“主站—終端—控制回路”的層級式拓撲結構，根據業務的實時傳輸需求，制定動態的網絡資源配置策略，以快速響應負荷調控業務，確保電力負荷管理系統在各種場景下的安全性、可靠性，保證負載均衡[2]。此外，針對虛擬用電權交易或P2P 分布式交易等業務，需要重新構建負荷控制層次之間的拓撲關系，并采用圖2所示的自適應調優的動態組網方式。在用戶側，各類需求側資源組網可采用RS-485或無線傳感網等本地通信技術，以連接路由控制節點和末端控制設備，實現二者之間的有效通信。對于不同區域或級別的聚合系統，通過直聯鏈路實現遠程通信，并依照業務的邏輯關系調整聚合層級，從而提高新型電力負荷管理系統的調控靈活性。

圖2 新型電力負荷管理系統多模態組網

2.2 實時控制仿真推演技術

新型電力負荷管理系統應用實時控制仿真推演技術，基于多模態數據感知提取電力負荷狀態數據，實現對負荷調節態勢和發展規律的分析。考慮限制條件下，對高并發實時控制場景中新型電力負荷管理系統因通信節點資源和鏈路資源不足造成的網絡阻塞情況進行精準識別，并構建業務專用的半實物仿真內核，開展實時控制仿真推演，進一步提高對需求側調節資源響應能力的精準程度。

基于此，利用多模態數據感知及融合技術，對不同負荷組態和運行模式下的系統仿真量測特征參數進行提取，優化仿真新信號的流轉方式，基于系統網絡架構和分層協議棧建模進行仿真映射的模擬，對新型電力負荷管理系統組網的半實物實時仿真內核予以構建。應用實時控制仿真推演技術能夠在數據驅動下，結合物理建模方式對新型電力負荷管理系統的實時推演模型進行構建，推演中充分考慮不同電網應用場景，捕獲系統實時態勢數據和相關指標建立知識庫。對于業務實時推演場景的動態生成而言，應依照動態實例對系統多實體仿真模型進行修正，匹配實時態勢特征數據與實體模型，搭建二者之間的聯結。為充分發揮出實時控制仿真推演技術的作用，借助多分支模擬的方式對外部輸入的環境測量數據、推演計算二次指標、用電負荷曲線進行綜合計算。同時，針對重點應用場景或重點用戶的仿真推演而言，需要對電力負荷多種互動場景中存在的潛在分支畸形充分考慮，從而為主站制定決策提供有力的數據支持。此外，新型電力負荷管理系統的實時控制仿真推演還需要在仿真側和實物側的節點之間對控制指令和閉環反饋機制進行完善地構建，并在仿真側和實物側之間信息交互感知的基礎上，對實時控制推演的結果進行分析，以此實現對新型電力負荷管理系統控制策略的動態、靈活調控[3]。

2.3 5G 通信技術

相較于傳統通信技術，5G 通信技術具有更高的速率、更大的容量、更低的時延以及更小的功耗，這使其成為新型電力負荷管理系統理想中的通信技術應用，能夠使系統靈活調控海量的負荷資源。鑒于新型電力負荷管理系統需對接多種業務類型，如負荷預測、資源調控、智能抄表、需求側管理等，不同業務在通信方面的需求各不相同。因此，引入5G 網絡切片技術，按業務需求劃分多個虛擬通信網絡，以提高系統的靈活性和可靠性。虛擬網絡在邏輯上相互獨立，專門服務于特定的業務場景，且某一網絡切片的故障不會影響其他業務通信。此外，基于5G 通信，可以開發輕量化通信終端，由國網信通產業集團自主研發，旨在降低設備的功耗和成本。輕量化通信終端通過減少傳輸帶寬、天線數量，以及簡化調制階數等措施，繼承了5G 通信的高連接性和低時延特性，不僅能夠有效支持支持電力行業中的5G 應用，還為其在電力行業的規模化和高質量部署奠定了堅實基礎。現場應用結果表明，在滿足業務低時延、高可靠性通信需求的前提下，5G 輕量化通信終端功耗與替換升級前相比降低了50%。應用5G 輕量化通信終端后，用電負荷數據采集成功率達100%，響應時間級別由分鐘級提升為毫秒級，有助于全面提升負荷精細化管理水平。

3 新型電力負荷管理系統的發展

在“雙碳”目標的持續推進下，新型電力負荷管理系統面臨著負荷結構多元化、負荷資源特性復雜化、業務互動深入化等諸多挑戰，使新型電力負荷管理系統暴露出網絡資源受限、待處理數據爆炸式增長、安全性有待提高等問題。基于此，“雙碳”目標下新型電力負荷管理系統的發展應從以下幾個方面入手。

第一，正確認識新型電力負荷管理系統發揮的重要意義。加快推進新型電力負荷管理系統建設，相關部門應對新型電力負荷管理系統的標準體系進行構建研究，并執行相應的支撐政策，進一步完善系統相關標準，從而提出基本的政策和技術支持。同時還要積極引導用戶響應新型電力負荷管理中的需求，以此保證電力保供的安全底線。

第二，全力做好市場化需求響應能力建設。積極發動用戶和發電廠協同參與電力調節。使用戶主動對近期生產計劃進行優化處理，盡可能錯開高峰時段用電，從而在保證用戶效益的同時，盡量緩解供電壓力，以此形成雙贏局面。

第三，加強電力負荷管理工作各部門的協調配合，全力推進新型電力負荷管理系統建設。確保各部門之間緊密合作，形成全面布置，共同推進的新型電力負荷管理系統建設局面，保障電力安全穩定。

4 結語

在新能源發電占比持續提高的背景下，源、荷兩側隨機性致使電網供需平衡面臨較大壓力，成本不斷提升。構建新型電力負荷管理系統有助于強化電力系統的靈活性，提高“源—網—荷”之間的互動能力，推進新能源消納，實現對能源消費和碳排放的高效管理。由此，在介紹新型電力負荷管理系統及其功能的基礎上，深度分析新型電力負荷管理系統構建過程中應用的關鍵技術，為我國新型電力負荷管理系統的進一步發展提供參考。