新型電力系統下負荷側采集感知體系研究

摘要：在新能源接入的大趨勢下，電力系統生產呈現由大容量集中式向大規模分布式轉變的態勢，如何利用數字技術為傳統配電網賦能，提升配電網資源優化配置效率。必須提升負荷側用能信息實時感知及大數據分析的能力，研究制定各環節采集裝置部署的典型設計，在明確采集裝置布置及數據采集基礎上，梳理典型場景下各環節采集裝置部署、數據流、控制流，明確如何系統地應用相關裝置及數據。

關鍵詞：負荷側；采集；感知

一、前言

在新能源接入的大趨勢下，電力系統生產呈現由大容量集中式向大規模分布式轉變的態勢。如何利用數字技術為傳統配電網賦能，提升配電網資源優化配置效率，實現配網側源網荷友好互動，滿足大規模分布式清潔能源并網和多元負荷廣泛接入等需求，是新型電力系統重要的建設內容。現有采集感知體系存在采集設備運行版本多，終端工況類、事件類數據采集任務配置欠缺，光伏、充電樁等運行數據缺失，群調群控能力不足，部分低壓臺區本地通信組網質量不佳，原有采集設備邊緣計算能力不足等問題。必須提升負荷側用能信息實時感知及大數據分析的能力，才能有效支撐源網荷儲實時互動、電價市場化靈活調整、用戶用能分析、配網數字孿生等業務開展。

二、感知體系部署研究

負荷側采集感知體系主要包括高壓負荷側和低壓臺區負荷側兩個部分。

（一）高壓負荷側采集感知體系

高壓負荷側采集感知體系以新型負控終端為核心，根據不同應用場景配置輔助采集/控制裝置，滿足充電樁、儲能、分布式光伏、電動汽車有序充放電、虛擬電廠、需求側響應等新型業務開展[1]。高壓供電用戶按計量方式分為高供高計和高供低計兩大類，因計量方式的不同，采集感知設備部署方式也不同。

高供高計用戶新負控終端在計量柜小室或掛墻式安裝，與計量表連接，接入各分路采集模塊及對應分路開關。在高壓進線側安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與配電間新負控終端通信，對進線電量及開關狀態進行監測，并實現與計量表電量的比對。對于離主配電間較遠的分路配電設備，因敷設通信及控制電纜的距離過長，可單獨安裝采集控制單元，并接入分路采集模塊及對應分路開關，此采集控制單元通過有線或無線方式與主配電間新負控終端交換數據。對于具有中央空調、充電樁、儲能、分布式光伏等設備的用戶，有通信條件的可直接安裝采集控制單元，對于不具備條件的可加裝智能斷路器和采集控制單元，實現此類負荷的采集與控制，該采集控制單元與主配電間新負控終端交換數據，組成一套完整的用戶側感知系統，部署方式可參考圖 1。

高供低計用戶新負控終端在計量柜小室或掛墻式安裝，與計量表連接，接入各分路采集模塊及對應分路開關。在高壓進線側安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與配電間新負控終端通信，對進線電量及開關狀態進行監測，并實現與計量表電量的比對。對于中央空調、充電樁、儲能、分布式光伏等設備的用戶，有通信條件的設備可直接安裝采集控制單元，此采集控制單元通過有線或無線方式與主配電間新負控終端交換數據[2]。對不具備條件的可加裝智能斷路器和采集控制單元，實現此類負荷的采集與控制，該采集控制單元與配電間新負控終端交換數據，組成一套完整的用戶側感知系統，部署方式可參考圖 2。

（二）低壓負荷側采集感知體系

以低壓臺區新型終端為核心，智能電能表為用戶側網關，源側匯集光伏逆變器（光伏并網斷路器）等分布式電源并網設備數據，網側匯集低壓智能斷路器、智能電容器、動態無功補償裝置、換相開關等低壓智能設備數據，荷側匯集電動汽車充電樁和用戶智能電表數據，實現“源網荷”狀態感知、信息匯聚、融合分析和控制交互，支撐主配網運行方式優化、新能源消納、故障研判分析等協同互動，部署方式可參考圖 3。

三、典型場景設計

在明確采集裝置布置及數據采集基礎上，針對各類場景下各環節采集裝置部署、數據流、控制流等研究應用的相關裝置及數據，如分布式光伏調節控制、電動汽車充電樁有序充電管理、緊急負荷控制等，各典型場景設計如下：

（一）分布式光伏調節控制

通過低壓臺區新型終端與光伏逆變器的信息互動，實現分布式光伏并網管控。針對高壓并網的光伏用戶，采集控制單元通過數據線連接光伏電站的逆變器、匯流監測終端、智能電表等設備，并通過微功率無線、RS485等方式與新負控終端進行數據交換[3]。針對低壓并網的光伏用戶，通過臺區新型終端與分布式光伏并網斷路器、分布式光伏并網逆變器、分布式光伏并網點發電表、公共連接點雙向電能表通信，實時采集斷路器、逆變器、電能表的狀態量、數據量、事件量；支持主站向終端遠程下發逆變器保護整定值，通過臺區新型終端自動本地配置；支持主站向終端遠程下發分析控制策略，通過終端就地遙控逆變器的運行狀態和功率控制。本地通信可采用HPLC/雙模、RS-485、藍牙、CAN總線、M-BUS等方式，并上傳用電信息采集系統和配電自動化主站。

（二）充電樁有序充電管理

通過低壓臺區新型終端監測電動汽車的充換電設施運行信息，實現電動汽車有序充電和V2G（電動汽車向電網供電）。高壓用戶可通過采集控制單元連接充電樁內的交互接口，采集充電樁的電能、電壓、電流等數據，并通過有線/無線方式與新負控終端進行數據交換，實現對現場充電數據的采集和分析，并對充電樁電源進行控制，可實現對現場充電樁的遠程啟停。

（三）儲能設備調節控制

采集控制單元通過有線/無線方式采集電池電壓、儲能變流器、主接線等實時數據，監控儲能變流器對電網和電池的雙向能量流動，監測電池系統的充放電管理狀態，通過有線/無線方式與新負控終端數據交換。用電信息采集系統通過監控數據計算，分析電站運行數據、系統性能、功率曲線、上網電量與發電量、電站損耗等，掌握電站運行水平和性能。

（四）臺區精益管理

通過低壓臺區新型終端接入各類低壓物聯設備，根據用戶、終端、開關、繼電器、分路擴展模塊、分路監測裝置等設備的上下級關系，自動建立設備拓撲關系，并生成拓撲結構圖，實現臺區線損精益管理、電能質量綜合治理、臺區動態增容、停電主動上報、安全用電等應用。設備側引入物聯網表、末端感知終端、智能斷路器等新型設備，本地通信可采用HPLC/雙模、RS-485等方式，并上傳用電信息采集系統[4]。

（五）低壓臺區負荷管理

1.臺區側

基于新型終端實現分布式電源、儲能、多元負荷的聚合和協調優化，支撐微網并網管控、臺區柔性互聯應用和虛擬電廠構建。

2.家庭微網

對充電樁用戶遠程管理電動汽車充放電狀態，監測光伏發電出力和家庭用電負荷，自動管理儲能裝置充放電狀態，設計可轉移負荷型家電的運行策略，提出用戶設備節能低碳運行策略，保持家庭用戶能效最優。

3.電力市場/碳市場交易

新型終端結合市場需求側管理政策，匹配分時電價等市場價格信號或資金補貼等激勵機制，智能化生成響應策略，為積極參與需求響應提供技術支撐。

（六）工商業負荷管理

新負控終端通過數據線連接計量表、分路采集模塊，同時接入對應的分路開關，將測量回路的電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能。在高壓進線產權分界點安裝高壓量測單元，通過無線傳輸方式與新負控終端通信，對進線電壓、電流及開關狀態進行實時監測，同時將進線與計量表電量進行比對。新負控終端通過有線/無線方式與所屬廠區內采集控制單元進行實時數據交換，完整感知用戶側負荷。

（七）需求側響應

對參與需求響應的用戶安裝新負控終端，通過數據線連接下網電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能。新負控終端能顯示需求響應邀約情況，包括總負荷曲線、分路負荷、實時負荷與基線負荷比較情況等。

（八）有序用電

對有序用電用戶安裝新負控終端，通過數據線連接下網電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能。新負控終端按主站下發的控制參數執行控制輪次，在控制投入期間，終端能實時上報控制狀態與分路負荷。

（九）空調監測與控制

在用戶側安裝新負控終端，通過數據線連接下網電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能。在中央空調主要供電線路上端安裝量測單元，采集空調主機分路電壓、電流、功率等用電數據，接空調集控系統或空調主機，實現對中央空調主機負荷的柔性調節。實時、定時采集量測單元的空調主機用電數據并將數據與新負控終端交換。

（十）虛擬電廠

對參與虛擬電廠建設的用戶以及負荷聚合商用戶安裝新負控終端，通過數據線連接下網電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能。同時在用電信息采集系統對參與虛擬電廠建設及負荷聚合商用戶建立特定群組，通過對群組用戶的負荷監測，實現虛擬電廠及負荷聚集商用戶的可觀可測。

（十一）碳排放計量

在用戶側安裝新負控終端，通過數據線連接下網電表，將測量回路電壓、電流模擬量接入終端交流采樣模塊，對電壓監測用戶電壓數據采集統計，實現傳統專變采集終端的功能[5]。通過用電信息采集系統實現碳排放計量數據采集、分析，在新負控終端側展示電碳因子和碳排放數據。

四、結語

本文研究的負荷側采集感知體系可提升新型電力系統全環節可觀可測、可調可控水平，促進源網荷儲協調互動，有效滿足高比例清潔能源并網消納，服務電網安全運行和電力可靠供應。

參考文獻

[1]方秋實.基于頻率軌跡信息的電力系統廣義慣性評估問題研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2022.

[2]劉昊.基于Dice系數準則的電力系統擾動定位方法研究[D].福州：福建工程學院，2022.

[3]劉萌.空調負荷主動參與電力系統有功調度與控制研究[D].濟南：山東大學，2015.

[4]方強華，高嵩，李欣然，等.電力系統負荷特性數據實時采集系統的開發[J].計算機測量與控制，2009，17（11）：2311-2313+2316.

[5]紀坤華.影響電壓穩定的幾種負荷元件的實驗研究[D].北京：華北電力大學，2006.

作者單位：高勝，國網常熟市供電公司；鄭旭，國網無錫供電公司

責任編輯：張津平