關于電力負荷控制及其監測的有效策略研究

【摘要】電力計量對于電力部門和企業以及普通用戶而言都是一個重要的指標，而在高新技術不斷涌現的時代，實現對電力計量進行精確統計已經是能夠輕而易舉實現的事情，一些新技術、新手段投入到電力計量中，其中電力負荷控制和監測得到普遍的應用和長足的發展。本文就對電力負荷的控制以及監測進行研究討論，首先介紹了電力負荷的對于電力計量的重要意義和作用，隨后分析了電力負荷的控制技術發展情況，對實現電力負荷控制的要求進行了探討，并結合無線控制技術對負荷控制及監測系統開展闡述，最后介紹了電力負荷及監測系統的有效性及實際應用領域等。

【關鍵詞】電力計量;負荷控制技術;智能化;負荷監測系統

當前，資源配置中市場越來越起到決定性的作用，特別是隨著我國的市場經濟的改革持續推向深入，電力市場的改革也是勢在必行且迫在眉睫。當前，作為電力企業電力用戶最為關注的指標就是對于電能的計量，為了深化改革，提高企業服務水平，提升顧客的滿意度，對這項工作也就提出了更高的要求，而電力計量中的重點環節負荷控制就顯得尤為重要，因為對負荷控制進行有效的監測可以優化電網上負荷的曲線形狀，確保電力負荷更加的均衡穩定，進而提高了電網運轉的安全和經濟，也就提高了電力投資的效益。在實際工作中，對于電力負荷的控制和監測則是引入了計算機網絡技術及網絡通信等，逐步的建立起電力負荷的控制和監測系統，實現通過負荷控制對電力計量進行高效的管理，促進電力系統穩定、健康、高效發展。

一、電力企業開展負荷控制和監測意義

電力負荷指的是在電力系統中所有的用電設備所耗費功率的總和，也就是電力系統只要正常運行著，也就自然而然的產生電力的負荷。一般情況下，電力的負荷有一個控制區間，只要負荷沒有超過這個規定的范圍，就不會影響電力系統運行，但是，一旦電力的負荷太大以至于超過了允許的范圍，就可能導致供應電力的壓力增加，進而影響到電力系統的安全性和穩定性，也就增加了運行的成本和風險。所以，電力的負荷是很有必要進行有效控制的。而在電力企業運用比較廣泛的是負荷控制和監測系統，這是當前對電力計量進行控制和監測的一種最有效途徑，是匯集各種新技術的綜合系統，主要應用到計算機、電子通信、自動化及網絡技術等，可以全自動對電力系統的負荷開展監控與控制[1]。這一系統主要由負荷裝置以及管理平臺兩部分組成，負荷裝置主要功能是在系統中監控所有的用電設備，并自動的對用電負荷曲線進行改善，達到負荷曲線平穩，減少用電負荷的峰谷差。另外，通過負荷裝置還能進一步提高電網和用戶總體的負荷率，很大程度上提高電力設備利用率，進而使電力系統不僅安全運行，而且提高經濟效益和社會效益。

我國近幾年經濟社會發展迅速，不論是電網的規模還是用電的用戶數量以及耗電量都在激增，因此對系統運行的穩定性以及安全性要求越來越高，所以電力負荷控制和監測系統對于企業發展意義重大：利于節約資源。該系統運行時可以從需求側角度對峰谷差開展合理的調整，實現不拉閘限電的目標，而且大大降低基礎設施的建設和運行成本，避免了電力機組由于啟、停變化形成的損失。系統還能調整配網線路負荷率，監控電廠和用電大戶，確保資源合理利用，提高用電效率。同時助于電力企業提高管理的水平。該系統實時監控電力用戶，且可以提醒欠費用戶或者采取一些限電控制，系統自動監測平臺會記錄下客戶用電的情況，解決企業電費的收繳問題。另外，還利于電力企業維持電力供應和使用的秩序。借助法律以及一些經濟手段，該系統可以把用電的管理觸角延伸到用戶身邊，建立起供用電的穩定秩序。

二、當前負荷控制和監測技術發展概況

（一）國際上負荷控制及監測的發展和應用

其實，英國早在上世紀的30年代就已經出現負控制方案，作為老牌的發達資本主義工業國主要是基于音頻技術開展控制和監測的研究[2]。亞洲的日本最早是引進的歐洲技術，在上世紀的60年代著手研究電力的負荷控制和監測技術。美國科技水平一直引領世界發展方向，雖然起步晚，在上世紀70年代才重視對電力負荷控制的研究和發展，盡管也是引進了英國的音頻技術開展電力負荷的控制技術，但是隨后掌握了應用無線電對電力的負荷進行控制和監測。到了80年代，美國就成功的研制出電力的線載波負荷技術，并應用較為廣發。據粗略統計，在世界上，目前大約幾十個國家通過不同的形式對電力負荷進行控制和監測。

（二）在我國負荷控制及監測的發展和應用

我國關于電力負荷控制及監測技術研究和發展大致分為三個重要的階段：我國于上世紀的80年代開始借鑒國外負荷控制和監測技術，并不斷進行研究創新，自行研制了多種有效的系統，有音頻裝置，有電力線載波裝置，還有無線電控制裝置等，這一階段是探索階段主要應用在一些發達城市;隨后，我國電力負荷控制系統逐步成熟，主要是自主開發的無線電和音頻控制系統較為完善，便在全國一些二線的主要城市進行試點，這是試點階段;經過試點，對系統進行了改進和提升，到了90年代就在全國200多個城市推廣負荷控制系統，至此，我國重要的供電系統都應用了電力負荷控制和監測系統。

三、負荷控制和監測系統的設計與組成

（一）電力負荷控制和監測系統設計

1.系統需要實現的功能

電力負荷控制和監測系統主要實現以下功能：通過終端設備將系統中用戶側的實時用電情況開展數據的采集，并實現和主站數據共享。終端要有效的控制用戶端配電開關，能夠對用電的負荷實施就地閉環控制，實現遙控操作的功能。通過終端向用戶提供電力消費明細，便于用戶掌握電網的供應信息。終端設備具有較大的存儲數據能力，并具有處理復雜信息的功能，一方面保證了采集數據的完整性，同時實現控制功能。系統數據編碼要遵循電力企業的內部系統編碼規定，確保同步更新，保證數據信息順暢共享。

2.系統需要的硬件設備

按照系統需要實現各種各樣的功能分析，借助計算機技術和網絡通信技術，同時考慮系統擴展性，核心處理器CPU采用的是摩托羅拉的MPC860處理器，以此作為硬件平臺支撐系統運轉，操作平臺選擇Linux的嵌入式系統構建穩定的應用平臺。系統還要實現實時的監測和控制，通訊功能對整個系統異常重要。考慮通訊的接口應用多級串口芯片擴展，包括一個GPRS通道，一個網絡通道（可擴展），一個RS232串口，還有2個光隔485通道以及4個輸入采集端口等。由于需要處理大量數據，存儲器的要求就整個系統的硬件而言是最重要的，容量有限就會導致系統運行不順暢。確保終端存儲容量足夠大，建議采用電子硬盤DOC2000，不僅性能穩定，而且容量較大。顯示需要選擇液晶模塊，推薦LCD液晶顯示器，優點突出，性價比高，基本不受外界光線干擾，可靠性較高。

3.系統的軟件和通訊設計

軟件設計則是模塊化思路，優點是系統可以支持不同規模的用電現場，使系統伸縮性較強。應用程序之間的數據交換通過內存共享來實現。程序全在名為Program的目錄下運行。不僅利于維護，而且可以遠程升級。通訊方式是GPRS的無線通信和有線局域網通訊以及RS485的總線通信等方式。其中，RS485專門采集用戶電表的數據[3]。系統的終端都單獨設置RS485總線，作為負控的總線，系統主要通過對負荷定值進行閉環控制，進行電量的定值閉環控制和遙控等方式來控制某個用戶或者某組用戶。

（二）電力負荷控制和監測系統組成

通過分析系統要實現的功能、需要的硬件設備和軟件系統，一個完整的負荷控制和監測系統需要組成三部分發揮作用。

1.電力負荷的控制中心

控制中心是由服務器和前置機以及電源等組成的。控制中心顧名思義就是整個負荷系統發布命令的中心以及采集數據的樞紐，各種查詢命令和控制命令通過該中心發出，終端接收命令后執行相應的程序，對負荷進行控制。負荷控制中心有的是單向對終端用戶進行控制，主要是定量控制或者是遙控跳閘等;有的則是和用戶終端實時雙向控制，控制中心通過巡檢和控制，對收集到的終端信息進行分析，并進一步向終端實施單向終端操作。

2.系統終端

系統的用戶終端是由主控板和顯示板和接口及電源等組成，主要安裝用戶的配電房或者變電站，便于對用戶電量進行信息采集。用戶終端的作用主要是接受控制中心的命令，并執行對本地電量的監測和控制，同時將用戶終端的配電房或者變電站用電情況反饋控制中心。

3.節點中繼站

對地形較為復雜或者控制區域過大時，實現控制中心與終端通信，需要鏈接若干個節點中繼站，起到信號的中繼作用，確保系統控制更大范圍的用戶終端。中繼站作用有兩個方面：一是接收負荷控制中心的新號，并經過調解以及功率的放大處理，然后發射到用戶終端，便于指揮調度更大范圍用戶;二是將用戶終端回饋的信息，接收、放大功率，在發射到控制中心，便于控制中心接收處理更大區域的用戶終端信息。

（三）負荷控制和監測系統的實際應用

1.關于負荷控制和監測系統的應用說明

當前，電力負荷控制技術進行電力的計量，主要實現了數據采集與共享。該系統實現電能的雙向計量，并自動的采集到用電用戶的電量數據和電能的質量數據以及一些電氣狀態等，通過對數據合理檢查與分析，做出相應的管理措施。所有數據通過統一的平臺管理發布， 實現共享。系統對負荷進行記錄存儲。負荷記錄不僅存儲了客戶數據，同時可對數據進行查詢以及分析。負荷記錄中還包括多類曲線，基本涵蓋電力計量的關鍵數據[4]。系統在控制中心分析數據，下達命令，確保用戶終端執行跳閘、合閘和報警以及解除報警等操作，實現遠程的控制。

2.實際應用中需要注意的事項

為在實際應用中更好的使負荷控制及監控在電力計量上發揮作用，還需要留意一些問題。由于專用的變壓器實施供電時，用戶全部需要安裝控制和監測的終端裝置，這是確保負荷控制和監測系統正常實施電力計量的前提。而新增的電力用戶，安裝供電設施時，也要同步的安裝終端裝置;對于原有的供電用戶，則要按照要求進行分批安裝和調試負荷控制及監測終端。電力負荷控制及監測系統在我國發展起步較晚，因此缺乏一個統一的標準，這就需要電力監管部門著手制定系統設計及施工管理的標準，確保系統安裝調試的質量，強化對電力負荷的控制及監測系統評價，完善和提升系統的運行水平，高效的服務電力計量;另外，接入到負荷控制和監測系統用戶端的開關則需要供電企業與用戶協商選定，并將位置明確的標注在工程的設計圖上，以負荷重要程度為依據接入開關。

3.負荷控制監測系統應用優勢

通過該系統能夠實時監測電力負荷和客戶的用電情況，進而了解電力負荷的特性，有利于在電網運行過程中進行合理的削峰平谷，確保負荷曲線的每日變化更加趨于穩定，使供電企業現有的一些電力設備和資源得到最大程度的利用，優化電網的運行模式，平衡電力資源，節省擴建資金投入[5]。通過對負荷進行控制能夠穩定電網運行，供電可靠性得以提高，負荷的控制系統也根據功能模塊的反饋信息對故障做出應急反應，確保電網運行穩定安全。負荷控制系統來的應用也提高了用戶監視準確率和正確率，有效控制線路，提高電網負荷率。通過負荷控制能夠對客戶的用電量、平均電價、綜合電費等指標進行合理調節，促進營銷與服務環節趨向集約化、精細化，根據統計數據結果進行分析，還能對電力市場的運營、營銷、市場占有的趨勢和客戶反饋進行綜合的梳理，預測市場發展前景，為電力企業制訂營銷目標及決策提供全面的科學依據。

四、結語

建立電力負荷的控制和監測系統目的是實現電力系統的節約用電以及安全用電。下步工作中，只有更加充分的發揮出負荷控制和監測系統的技術優勢，對促進用電企業的管理現代化具有重要意義。隨著控制技術成熟和發展，一些新的控制技術也必將在電力計量中得到應用和發展。總之，本文就對電力負荷的控制以及監測進行研究討論，介紹了電力負荷的對于電力計量的重要意義和作用，分析了電力負荷的控制技術發展情況，對實現電力負荷控制的要求進行了探討，介紹了電力負荷及監測系統的有效性及實際應用領域等，相信通過系統的應用不僅提高企業管理水平，而且帶來巨大經濟效益。可見， 該系統推廣價值較高，值得借鑒。

參考文獻

[1]盧華剛.電力計量中負荷控制管理系統應用的幾個關鍵技術問題[J].東北電力技術，2011，9（l3）：325-327.

[2]Jianzhou Wang，Xiaolong Ma，Jie Wu，Yao Dong.Optimization models based on GM （1，1） and seasonal fluctuation for electricity demand forecasting[J].International Journal of Electrical Power and Energy Systems.2012，13（1）：137-138.

[3]王蓓蓓.關于電力負荷控制技術運用的探討[J].中國高新技術企業，2012，21（6）：267.

[4]Hideki Katagiri，Takeshi Uno，Kosuke Kato，Hiroshi Tsuda，Hiroe Tsubaki.Random fuzzy multi-objective linear programming：Optimization of possibilistic value at risk（pVaR）[J].Expert Systems With Applications.2013，15（2）1134-1135.

[5]胡曉曦.基于智能開關的配電網電能質量監測及負荷控制技術研究[J].長沙理工大學學報，2012，14（8）：782-783.

作者簡介：肖偉（1980—），男，湖南益陽人，大學本科，助理工程師，現供職于國家電網湖南省電力公司益陽供電分公司，從事用電信息采集運維工作。