智慧配電管理系統中的負荷重要性分析

張雅維， 馬霄鵬

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 前言

變配電系統是建筑電氣設計及運行的核心部分，傳統的變配電系統往往存在系統的綜合分析能力不強、電力能源共享不足等缺陷，且未能充分運用拾取的數據。 而隨著通信技術的不斷推進和發展，使得更加智能、便捷的樓宇物業管理成為了新的需求。

智慧配電系統以傳統變配電系統框架為基礎，可建立新型的智能配電保護與管理網絡，實現配電系統及用電設備的協調控制、運行數據采集及分析等功能。 為實現更優的負荷調度策略，則需要對各種類型的民用建筑內的負荷進行歸類整理，確定各類負荷的重要程度、潛在運行風險預知、系統維護輔助決策并排序。

1 建筑負荷重要性排序

民用建筑中建筑物類別較多，負荷種類多樣。同一類型建筑，規模大小不同，負荷等級也不盡相同。 當兩臺變壓器同時運行互為備用時，如遇一路市電停電或者檢修時，可通過聯絡母線，將一組變壓器所帶的負荷切換至另一臺變壓器供電。 若實時用電負荷超過一臺變壓器的負載能力，則應該切除部分不重要負荷，保證其余重要負荷供電。 這種情況下通常是按負荷等級的高低，先切除全部三級負荷，再考慮切除二級負荷。 若供電缺口不大，只用切除少部分用電負荷就能滿足變壓器安全運行的條件時，就需要對用電負荷按照重要性進行排序，通過智慧配電系統依次切除最不重要的用電負荷，減少建筑物內的停電范圍。

1.1 確定研究對象

民用建筑中的用電負荷可以分為消防負荷以及非消防負荷兩大類。 各類建筑中的消防負荷種類雷同，且必須保障其供電的可靠性，因此，不屬于負荷重要性分析的范疇。

根據GB 51348－2019《民用建筑電氣設計標準》的規定，民用建筑中的負荷可分為一級負荷、一級負荷中的特別重要負荷、二級負荷以及三級負荷。 一級負荷應由雙重電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞；對于一級負荷中的特別重要負荷，除雙重電源供電外，尚應增設應急電源供電；二級負荷的外部電源進線宜由35kV、20kV 或10kV 雙回路供電，當建筑物由雙重電源供電，且兩臺變壓器低壓側設有母聯開關時，二級負荷可由任一段低壓母線單回路供電；三級負荷可采用單電源回路供電。 標準還規定，同時供電的雙重電源供配電系統中，其中一個回路中斷供電時，其余線路應能滿足全部一級負荷及二級負荷的供電要求。

根據規范條文，當一路電源中斷時，一級及二級負荷應能保障供電，需要切除的是三級負荷。 對于傳統的變配電系統，三級負荷會被全部切除。 若變壓器運行時仍有冗余容量時，則可以帶載一部分三級負荷，使其供電得到保障，降低一路電源中斷帶來的影響。 因此，需要對三級負荷中各種類負荷的重要性進行分析并排序，為電力調度方案提供依據。

1.2 負荷重要性分析

在重要性分析及排序之前，需要明確不同建筑類型中的負荷種類。 通用的用電負荷包括冷凍機房及冷卻塔、污水泵、鍋爐房、換熱站、空調機房、生活水泵房、電梯等設備機房用電，還包括里面照明、景觀照明、屋頂亮化照明、車庫照明、走廊照明等公共區域照明用電，其余用電負荷根據建筑類別有所不同，如旅館建筑中的客房負荷、康體設施用電及體育建筑中的場地照明、商業建筑中的營業廳用電等。 現根據建筑物種類，結合現行國家規范，歸納整理常見民用建筑內的用電負荷種類如表1 所示。

常用民用建筑物特有負荷種類統計 表1

續表1

同一負荷類別也會因為建筑規模不同，被劃分為不同的負荷等級。 例如酒店建筑的經營及設備管理用計算機系統用電在四、五星級酒店中負荷等級屬于特級，在三星級酒店中則屬于一級。 建筑規模越大，則重要負荷的種類越多。

建筑物在實際使用過程中，根據業態和使用者的需求，對供電要求也不同。 例如商場中各商鋪電源劃分為三級負荷，若在營業時間停電，勢必會影響到整個商場的經營。 商場的管理方和經營者更希望能保證全部或者部分重點商鋪的供電。 即使是三級負荷，其中各用電負荷的重要程度對于建筑的使用方或運營者來說，也是不同的。 因此需要從運行管理的角度對三級負荷中的各類負荷進行排序，給物業管理人員提供運維依據。

三級負荷中用電負荷主要分為照明、動力、空調、充電樁四大類。 照明又可分為辦公室、商鋪、車庫、教室等場所的功能性照明和泛光照明、景觀照明等裝飾性照明。 從使用者角度來說，如果功能性照明斷電，容易引起人員恐慌，功能性照明的重要性應大于裝飾性照明。 動力負荷一般包括進排風機、熱水循環泵、擦窗機、熱風幕、廚房等設備的用電。 進排風機能夠使空氣的流動，保證人員生命安全，重要性應大于其他負荷。 空調和充電樁的電源對于使用者來說，屬于增加舒適性和便捷性的設備，相較于功能性照明和進排風機來說，重要性最低。

經過以上分析，對于三級負荷來說，可以按照對于使用者影響程度的大小來確定重要性的高低。

1.3 負荷排序

結合上文分析，在整理出用電負荷種類的基礎上，根據建筑物規模大小的區別，依次對三級負荷中的各用電負荷進行梳理，并按照重要性從高到低對各類負荷進行了排序。 以酒店建筑為例對負荷重要性進行分級，如表2 所示。

在遇到電力短缺等非正常狀態時，也可依據三級負荷重要性排序表，在保證一、二級負荷正常用電的前提下，通過智慧配電管理系統，逐步切除三級負荷中更不重要的負荷，避免變壓器長時間超載運行，保證更重要負荷的供電可靠性，縮小影響范圍。

2 結束語

本文在滿足現行國家規范的基礎上，對常見的建筑物類別及負荷等級進行歸納整理，分析了規范中各負荷等級的供電要求及停電對其的影響。 指出在一路電源中斷且變壓器運行容量冗余時，無需切除全部三級負荷的新思路，并按照對使用者影響程度的大小對三級負荷的重要性從高到低進行了排序。 為物業管理人員提供了更優的運維策略，也為智慧配電管理系統中的電能優化調度功能提供依據。

酒店建筑三級負荷重要性排序 表2