基于低壓用電負(fù)荷自動(dòng)控制技術(shù)的研究

黃孟哲，詹一佳，黃國(guó)政，易 晉，梁社潮，郭 亮

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

隨著主網(wǎng)和中壓配電網(wǎng)的智能化水平不斷提升，影響終端用電客戶的低壓配電網(wǎng)的智能化越來越受到重視，特別是低壓用戶需求的多樣化和新能源低壓電源的涌現(xiàn)，使得低壓配電網(wǎng)智能化技術(shù)研究得到廣泛的重視，但由于低壓配電臺(tái)區(qū)數(shù)量巨大，如果象高中壓那樣采用人工編制拓?fù)鋱D和直接采集低壓開關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需要的人力物力成本將大大超越電網(wǎng)企業(yè)的承受力。

為了減少投資，目前國(guó)內(nèi)有不少科研團(tuán)隊(duì)對(duì)這些難點(diǎn)技術(shù)開展攻關(guān)，力求能自動(dòng)生成低壓拓?fù)鋱D，主要采用的技術(shù)路線有：①通過在低壓出線開關(guān)、低壓分支箱、電表箱等處部署采集裝置，采集各點(diǎn)的遙測(cè)、遙信量，通過出線開關(guān)的P、Q、I 與分支開關(guān)的相應(yīng)量匹配情況以及開關(guān)與用戶電表相應(yīng)的P、Q、I 量匹配情況來推出它們之間的拓?fù)潢P(guān)系從而生成低壓拓?fù)鋱D；②在低壓出線開關(guān)、低壓分支箱、電表箱等處部署拓?fù)渫ㄐ拍K，通過終端與各通信模塊通信獲取低壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種兩種方式都存在投資大、維護(hù)工作量大，生成的低壓拓?fù)鋱D準(zhǔn)確度無法達(dá)到100%的準(zhǔn)確性，使得低壓配電網(wǎng)智能化發(fā)展受到極大的制約。

另一方面，大家對(duì)低壓電網(wǎng)智能化所帶來的效益還認(rèn)識(shí)不夠，絕大多數(shù)人只能從電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)和管理角度來評(píng)判低壓電網(wǎng)智能化可能帶來的成效。探討把對(duì)低壓用電負(fù)荷的控制應(yīng)用到電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的智能化。同時(shí)，研究通過開關(guān)臺(tái)賬和戶表臺(tái)賬自動(dòng)生成低壓配電網(wǎng)拓?fù)涞募夹g(shù)成果，以及通過科技項(xiàng)目研制的多功能低壓數(shù)據(jù)采集智能終端（簡(jiǎn)稱多功能終端）實(shí)現(xiàn)的對(duì)低壓節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集技術(shù)。希望能對(duì)低壓電網(wǎng)智能化的發(fā)展起到拋磚引玉的作用。

1 目前低壓用電負(fù)荷控制存在的難點(diǎn)問題

低壓用電負(fù)荷存在數(shù)量巨大、單個(gè)負(fù)荷小、分布散等特點(diǎn)，要對(duì)低壓用電負(fù)荷采用傳統(tǒng)類似對(duì)中高壓電網(wǎng)的控制方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制是十分困難的，主要是由于低壓臺(tái)區(qū)和低壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量龐大，采用人工繪制的方法繪制所有低壓電網(wǎng)拓?fù)鋱D模所需要的費(fèi)用以及采集所有低壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所需的裝置投入是供電企業(yè)根本無法承擔(dān)得的；同時(shí)，采用傳統(tǒng)方法建成的系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量也十分巨大，這些都是制約低壓電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的難題。

此外，要實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓用電負(fù)荷的控制，傳統(tǒng)的方法也只能是通過遙控低壓開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，這種方法工作量大、也不科學(xué)，每次分閘會(huì)造成用戶所有用電負(fù)載失電，不僅會(huì)造成用戶生活的不便，隨著城市建設(shè)的現(xiàn)代化水平的不斷提升，整戶、整片停電存在不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。

2 實(shí)時(shí)低壓數(shù)據(jù)的采集與處理

2.1 低壓電網(wǎng)拓?fù)渥詣?dòng)生成技術(shù)

配網(wǎng)低壓拓?fù)鋱D是建設(shè)低壓自動(dòng)化的基礎(chǔ)，由于低壓拓?fù)鋱D的數(shù)量較大，采用傳統(tǒng)的人工編制方法根本無法大規(guī)模推廣應(yīng)用，目前的正在研究解決辦法是通過在低壓開關(guān)、低壓分支箱、電表箱等處部署通信模塊，通過與臺(tái)區(qū)網(wǎng)關(guān)通信從而生成低壓拓?fù)鋱D，但這種方法投資大、維護(hù)工作量大，很難得到推廣實(shí)施，介紹利用低壓電網(wǎng)開關(guān)及用戶臺(tái)賬信息自動(dòng)生成低壓拓?fù)鋱D，通過對(duì)低壓開關(guān)進(jìn)行拓?fù)渚幪?hào)，用戶電表關(guān)聯(lián)末端開關(guān)這種方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成低壓臺(tái)區(qū)拓?fù)鋱D，這種方法通過維護(hù)人員建立低壓電網(wǎng)開關(guān)及用戶臺(tái)賬，確定開關(guān)之間的聯(lián)系關(guān)系，并通過拓?fù)渚幪?hào)表示出來。

2.1.1 拓?fù)渚幪?hào)原則

（1）拓?fù)渚幪?hào)的格式，以“K”開頭，后跟10 位阿拉伯?dāng)?shù)字，每?jī)晌淮硪粚娱_關(guān)，共5 層。每層開關(guān)編號(hào)取值位“01～99”，下層繼承上層的編號(hào)，本層以下每層全定義為“00”；如某開關(guān)，它處于第一層，且為最先編號(hào)開關(guān)，本層取值“01”，以下4 層全定義為“00000000”，因此它的編號(hào)為“K0100000000”；同理，它下接的第一只開關(guān)編號(hào)為“K0101000000”，下接的第二只開關(guān)編號(hào)為“K0102000000”等。

（2）定義首層開關(guān)層，把最近臺(tái)區(qū)母線的層級(jí)定義為“1”，首層開關(guān)編號(hào)必須連續(xù)，且從“01”開始。

2.1.2 開關(guān)層級(jí)的定義

開關(guān)以配變母線出線的第一級(jí)開關(guān)為第一層，下接開關(guān)逐層為第二、三、……層；配變與母線之間的開關(guān)定義為“0”層，如果只有一臺(tái)開關(guān)或一把刀閘則，則編號(hào)為“K0000000000”，如果開關(guān)兩側(cè)還有刀閘，則變壓器側(cè)刀閘的編號(hào)為“K0000000001”，出線側(cè)刀閘的編號(hào)為“K0000000002”。

2.1.3 末端開關(guān)的定義

末端開關(guān)是指該開關(guān)后沒有再連接開關(guān)，只有戶表或其他負(fù)荷設(shè)備或沒接任何設(shè)備。

2.2 低壓電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

終端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集拓?fù)淙鐖D1 所示，主站把戶表臺(tái)賬及開關(guān)臺(tái)賬下發(fā)給終端，終端根據(jù)開關(guān)臺(tái)賬的信息生成低壓電網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系，戶表臺(tái)賬把每戶電表的邏輯地址下發(fā)給終端，終端通過主站下發(fā)的邏輯地址與物理電表關(guān)聯(lián)，這樣，終端采集到電表的實(shí)時(shí)PQUI 值和帶電狀態(tài)后，根據(jù)臺(tái)區(qū)的低壓拓?fù)潢P(guān)系利用終端的邊緣計(jì)算功能就可以推算出各開關(guān)節(jié)點(diǎn)的PQUI 值和帶電狀態(tài)；同時(shí)，主站和終端根據(jù)開關(guān)節(jié)點(diǎn)臺(tái)賬可同時(shí)生成遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)表，終端根據(jù)自動(dòng)生成的點(diǎn)表把最終的計(jì)算結(jié)果上送主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。

圖1 終端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集拓?fù)?/p>

2.3 低壓用戶負(fù)荷動(dòng)態(tài)監(jiān)視及實(shí)時(shí)控制技術(shù)

隨著智能家居理念的不斷推廣，安裝智能家居控制的用戶將越來越多，為低壓電網(wǎng)的負(fù)荷控制提供了很好的條件，智能家居控制系統(tǒng)可對(duì)用戶的負(fù)荷進(jìn)行分類，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過人工設(shè)定，該系統(tǒng)也可以對(duì)用戶各類負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括分合負(fù)荷開關(guān)、調(diào)節(jié)空調(diào)、冰箱的制冷溫度等功能；這些功能正好契合電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)控制需要，為電網(wǎng)調(diào)度開發(fā)需求側(cè)控制提供很好的條件。

3 低壓用電負(fù)荷智能控制構(gòu)想

低壓用電負(fù)荷智能控制如圖2 所示，用戶電表通過載波與智能家居控制系統(tǒng)建立通信，把用戶的各類負(fù)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上送到低壓智能終端，終端匯總出所在臺(tái)區(qū)的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上送配電主站系統(tǒng)，配電主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算出所轄電網(wǎng)的各類實(shí)時(shí)負(fù)荷，并根據(jù)電網(wǎng)平衡的需要與主網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，并通過公網(wǎng)隨時(shí)向所轄電網(wǎng)的用戶智能居家控制系統(tǒng)發(fā)出負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)，該參數(shù)采用定向單向群發(fā)方式，由收到參數(shù)的智能居家控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)及設(shè)定的限值自主對(duì)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)；實(shí)時(shí)負(fù)荷的分類可根據(jù)電網(wǎng)的需要制定，由智能家居控制系統(tǒng)設(shè)置。低壓負(fù)荷智能控制信息流的傳輸路徑如圖3 所示。

圖2 低壓用電負(fù)荷智能控制

圖3 低壓負(fù)荷智能控制信息流

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著電力用戶需求的不斷增長(zhǎng)以及對(duì)用電可靠性要求的不斷提升，現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度的控制方式已滿足不了用戶需求，電網(wǎng)的調(diào)度必將由對(duì)電源和電網(wǎng)的控制逐步擴(kuò)展到對(duì)負(fù)荷側(cè)的控制，只有實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源和負(fù)荷的同時(shí)控制，才能實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度的最優(yōu)化，使得電網(wǎng)能保持動(dòng)態(tài)的平衡，保證用戶用電的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，基于低壓用電負(fù)荷自動(dòng)控制技術(shù)的研究將為電網(wǎng)的自動(dòng)控制提供技術(shù)支撐，也可進(jìn)一步為電網(wǎng)的無人調(diào)度提供技術(shù)基礎(chǔ)。