談需求側管控措施的落地應用

陳文強

廣東電網有限責任公司肇慶高要供電局 廣東高要 526100

摘要：電力工業是國民經濟發展的基礎產業，僅僅依靠電源建設將難以滿足我國迅速增加的電力需求，電力工業及經濟社會可持續發展必須走以節約為本的道路。而開展電力需求側管控可以大幅度提高全社會電能利用效率，可以達到移峰填谷、均衡負荷的效果，本文結合智能臺區用電監控系統在實際中的應用，對此進行了分析研究并提出了解決措施。

關鍵詞：需求側；管控；移峰填谷；信息化

一、前言

近年來，隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的提高，電力負荷特性也發生了很大的變化，全國各地電網高峰負荷增長迅猛、峰谷差不斷拉大、負荷率下降。如果單純依靠擴大投資規模增加裝機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資金，而且會由于電力設備利用率的不斷下降導致發供電成本上升。電力工業是國民經濟發展的基礎產業，我國電力行業的生產、消費存在很大的地區和季節差別，電力供需呈現出多樣化的復雜局面，受煤炭、運力、土地、水、環境排放空間、資金等諸多因素的制約，僅僅依靠電源建設將難以滿足我國迅速增加的電力需求，電力工業及經濟社會可持續發展必須走以節約為本的道路。

開展電力需求側管控可以大幅度提高全社會電能利用效率，可以達到移峰填谷、均衡負荷的效果，這樣不僅提高了電網運行的經濟性，同時增加了系統的備用容量，有利于電網的安全穩定運行，有效減少資源、環境和資金代價，實現供需資源的協同優化整合。

智能用電管控系統的構建是智能電網的重要組成部分，建設智能用電管控系統，就是對現有的設備進行技術升級和設計，使之在操作上實現自動化、在生產管理上實現信息化、在用戶管理上實現互動化、在信息發布上實現可視化，并體現在生產管理、資產管理、用戶管理及服務上，使臺區的管理更加科學規范，并減少人工干預，實現全智能化，在保證電網穩定運行的基礎上提高經營效益。

二、高要供電局目前低壓臺區的現狀

2.1總體情況

近年來，肇慶供電局就著手高要的農網升級改造工作，為高要城區擴容提質升級發展打好基礎。在“十二五”中低配電網建設期間，肇慶供電局共投入約3億多元對高要農村電網進行了升級改造，為農網無縫對接城網提供了技術資金支持，不斷縮小城鄉用電差距，更好滿足肇慶中心城市擴容提質升級發展需求。

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

2.2金利供電所的情況

隨著居民負荷的自然增長，公變臺區的變壓器應進行增容。但在包含有小工業小作坊的公變臺區中，客戶對遵守用電容量的概念不強，不經供電局同意便添加大功率用電設備，會導致變壓器的額定容量滿足不了負荷增長的需求。從而導致臺區變壓器在用電高峰期出現跳閘現象。

以2014年第一季度為例，就金利供電所而言，臺區跳閘次數比較多，涉及到臺區跳閘停電的案例有24宗。臺區變壓器的跳閘停電，嚴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，嚴重影響到供電的服務質量。表1為金利供電所2015年2、3月份臺區跳閘的統計。

表1 金利供電所2、3月份度臺區跳閘的統計表

臺區名稱跳閘次數超容量跳閘次數故障跳閘次數記錄時間

石林黃江公用臺變2202月25日

羅客村公用臺變3212月26日

創業園#1公用臺變3302月20日

厚福房地產#3變壓器1102月13日

金貿東路#4公用臺變1102月25日

金洲鄉公用臺變1103月12日

小朗站公用臺變2203月21日

2.3臺區改造試點

對臺區內用電量大的用戶進行限流與錯峰是解決臺區變壓器超負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用電形成矛盾，需要通過臺區改造，進行客戶需求側管理，把限流與錯峰結合起來以解決問題。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、需求側管控的國內外研究現狀

從20世紀70年代起，全球能源問題被提升到了更加重要的位置。電力系統的參與者已認識到：靈活、有差異的電力管控策略對于整個電力系統具有重要意義，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勢。

需求側管控是對需求側的電力、天然氣、采暖、制冷等各種能源需求的綜合規劃，它從根本上改變了單純注重依靠能源供應來滿足需求增長的傳統思維模式，建立了把需求側節約的能源作為供應方一種可替代資源的新概念。電力需求側管理是需求側管理的一個分支，是指以電力公司為供應側，客戶為需求側，通過各種手段（包括行政、經濟、技術等）鼓勵用戶采用有效的節能技術和措施改變其需求方式，在保持能源服務水平的前提下，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，取得明顯的經濟和環境效益，達到節約能源和保護環境的目的。

智能電網的核心思想為監控、收集、分析、管理。首先通過各種各樣的傳感器對發輸配供這一過程涉及到的核心設備進行實時監控，獲取其運行工況；然后收集整合傳感器獲取的數據；接著對數據進行分析與挖掘，達到對整個電力系統運行的優化管理。近年來，智能電網技術的研究范圍不斷擴大，其中包括對分布式電源并網帶來的技術與經濟的研究。西方國家比較早便開展研究智能電網，而且已經形成強大的研究群體。2009年中國能源專家提出“互動電網”的概念，它主要的基礎是建立開放的系統和建立信息共享的模式，并利用智能電網技術，通過電子終端將消費者之間、用戶和電網公司之間形成網絡互動和即時連接，實現數據讀取的實時、迅速、雙向的總體效果。它的用途包括實現電力、電訊、電視遠程家電控制和電池集成充電等開發。國家電網公司為了極大地推動我國智能電網研究的發展，提出了“建設堅強的智能化電網”的奮斗目標。

雖然國內外對電力需求側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控系統，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，實現基于具有無線自組網功能智能斷路器的產品開發，搭建面向客戶的需求側智能用電監控系統，具有現實的應用價值和推廣價值。

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的需求側管控問題，初定以下三種方案：

方案一：加大宣傳力度，進行走訪。優點：簡單、經濟，短期內有一定的效果。缺點：依賴于用戶的自覺減容錯峰，可控性不強。

方案二：對用電量大的臺區用戶安裝傳統的限流裝置。優點：杜絕臺區變壓器超負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，經濟效益低。

方案三：研制并對客戶安裝智能斷路器。優點：能明顯地杜絕臺區變壓器超負荷用電跳閘，同時由于采用可控式的需求側管理，削峰填谷，確保工廠的生產。達到了較好的技術經濟效果。缺點：研發和安裝設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，我們有進一步對三個方案的有效性、可靠性、可實施性、經濟性進行綜合評估打分。

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濟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、技術方案

此研究是在充分調研用戶需求，在查詢國內外相關技術及應用的基礎上開展研究工作的，它符合我國低壓電器設備現狀，進而構建一個面向用戶的智能用電監控系統，達到提高供電可靠性、保障電能質量、節能降損的目的，臺區符合用電部門需求，具有普遍推廣應用價值。

具有無線傳輸自組網功能的智能用電監控系統包括智能配電監控中心與若干個配電站的終端，智能用電監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的智能用電監控系統。

無線傳輸自組網功能的智能終端斷路器原理框圖如圖1所示。

圖1 無線傳輸自組網功能的智能終端斷路器原理框圖

5.1智能用電監控系統終端的功能

（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、短延時過載保護和瞬時過載保護的功能；所有的過載參數均可通過各個無線手持編程器進行實時調整的機界面功能。

（2）具有無線通信功能（通信距離≤1千米）。

5.2智能用電監控系統終端和連接結構

具有無線傳輸自組網功能的智能配電監控系統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、第一信號調理電路、第二信號調理電路、剩余電流檢測、16位單片機、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理電路輸入端連接，第一信號調理電路輸出端與16位單片機輸入端連接；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理電路輸入端連接，第二信號調理電路輸出端與16位單片機輸入端連接；USB端口輸出端輸出端與16位單片機輸入端連接，液晶顯示器輸入端與16位單片機輸出端連接；USART端口和第一485總線端口相互連接，USART端口與16位單片機相連接。

（2）無線手持編程器由按鍵、第一MCU和無線收發模塊組成。按鍵與第一MCU相連接，第一MCU與無線收發模塊相連接，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智能用電監控系統終端的工作原理

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過第一信號調理電路和第二信號調理電路后導入16位單片機的ADC端口進行過載識別與數據處理；16位單片機的處理結果將送至其輸出端口，如需要的話，可進行斷路器的分斷操作；16位單片機的實測數據以及功能配置參數均需送至液晶顯示器進行實時顯示；16位單片機具有異步雙工通信端口、USART端口、USB端口及第一485總線端口進行收發通信，使本系統具有遙測、遙信、遙控、遙調的功能。

借助無線手持編程器可對本自組網內的任一個終端通過有線或無線進行配置參數調整，使本系統具有機界面功能。

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

由于無線通信模塊內設有射頻芯片和中繼放大器，其收發的無線信號經該模塊內的第二MCU協調，既可通過USART端口實現與其他終端的近程通信（通過USART端口），亦可通過第二485總線與其他終端進行中程（距離≤1千米）通信。

六、自組網用電監控系統

6.1臺區監控系統終端產品的參數檢測

自組網用電監控系統工作過程框圖如圖2所示。

通過臺區檢測系統，可以成功地對產品本身的參數進行檢測。

（1）解決了過去由人工按月現場檢測造成的費時費力，且缺乏監督的問題。

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

（3）準確鑒定斷路器的參數情況：能夠真正測得斷路器本身的設定參數。

（4）具有分級動作保護功能，可以很好地解決了開關誤動作問題。

（5）能統計、記憶設定時間區間的最大負荷值和發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誤動作的問題。

圖2 自組網用電監控系統工作過程

6.2臺區監控自組網系統的無線通信

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

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

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與分開關自身的無線中繼功能實現。只要用戶使用此功能的設備，就會多一個網點，這樣就可以克服因用戶數量大、現場環境復雜等引起的不利因素。

七、安裝調試

無線傳輸自組網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，造成產品各參數整定值不同，在現場安裝調試時發現常見的情況進行分析。

7.1 過載跳閘

有1臺產品在通電后發現每過一段時間開關都會跳閘，開關故障界面顯示故障電流大于限載電流值3.5倍，通過手持編程器進入設置界面發現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，因短延時電流值設定小導致開關跳閘，發現此問題后我們要求所有產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臺產品在通電后發現合不上閘，開關故障界面顯示故障漏電電流80mA大于設定的漏電流值50mA，通過手持編程器進入設置界面設定漏電電流值100mA，此后開關可以合閘，發現此問題后我們要求所有產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整開關整定參數時發現有時調試不成功，換角度后可以調試成功，后來把天線放在箱外沒有發現此問題，發現此問題后我們要求所有產品在出廠時要求箱體底部右側予留天線孔以方便把天線放在外面。

無線傳輸自組網功能的智能終端斷路器現場測試情況（見附件1）。

八、實施效果

1.在對智能終端斷路器的使用上，金利供電所率先應用在過重載臺區