基于低壓用電負荷自動控制技術的研究

黃孟哲，詹一佳，黃國政，易 晉，梁社潮，郭 亮

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

隨著主網和中壓配電網的智能化水平不斷提升，影響終端用電客戶的低壓配電網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，使得低壓配電網智能化技術研究得到廣泛的重視，但由于低壓配電臺區數量巨大，如果象高中壓那樣采用人工編制拓撲圖和直接采集低壓開關實時數據，需要的人力物力成本將大大超越電網企業的承受力。

為了減少投資，目前國內有不少科研團隊對這些難點技術開展攻關，力求能自動生成低壓拓撲圖，主要采用的技術路線有：①通過在低壓出線開關、低壓分支箱、電表箱等處部署采集裝置，采集各點的遙測、遙信量，通過出線開關的P、Q、I 與分支開關的相應量匹配情況以及開關與用戶電表相應的P、Q、I 量匹配情況來推出它們之間的拓撲關系從而生成低壓拓撲圖；②在低壓出線開關、低壓分支箱、電表箱等處部署拓撲通信模塊，通過終端與各通信模塊通信獲取低壓拓撲結構。這種兩種方式都存在投資大、維護工作量大，生成的低壓拓撲圖準確度無法達到100%的準確性，使得低壓配電網智能化發展受到極大的制約。

另一方面，大家對低壓電網智能化所帶來的效益還認識不夠，絕大多數人只能從電網的運行維護和管理角度來評判低壓電網智能化可能帶來的成效。探討把對低壓用電負荷的控制應用到電網調度領域，實現電網調度的智能化。同時，研究通過開關臺賬和戶表臺賬自動生成低壓配電網拓撲的技術成果，以及通過科技項目研制的多功能低壓數據采集智能終端（簡稱多功能終端）實現的對低壓節點實時數據的采集技術。希望能對低壓電網智能化的發展起到拋磚引玉的作用。

1 目前低壓用電負荷控制存在的難點問題

低壓用電負荷存在數量巨大、單個負荷小、分布散等特點，要對低壓用電負荷采用傳統類似對中高壓電網的控制方式進行遠程控制是十分困難的，主要是由于低壓臺區和低壓開關節點的數量龐大，采用人工繪制的方法繪制所有低壓電網拓撲圖模所需要的費用以及采集所有低壓開關節點實時數據所需的裝置投入是供電企業根本無法承擔得的；同時，采用傳統方法建成的系統，其數據維護的工作量也十分巨大，這些都是制約低壓電網自動化發展的難題。

此外，要實現對低壓用電負荷的控制，傳統的方法也只能是通過遙控低壓開關來實現，這種方法工作量大、也不科學，每次分閘會造成用戶所有用電負載失電，不僅會造成用戶生活的不便，隨著城市建設的現代化水平的不斷提升，整戶、整片停電存在不可預知的風險。

2 實時低壓數據的采集與處理

2.1 低壓電網拓撲自動生成技術

配網低壓拓撲圖是建設低壓自動化的基礎，由于低壓拓撲圖的數量較大，采用傳統的人工編制方法根本無法大規模推廣應用，目前的正在研究解決辦法是通過在低壓開關、低壓分支箱、電表箱等處部署通信模塊，通過與臺區網關通信從而生成低壓拓撲圖，但這種方法投資大、維護工作量大，很難得到推廣實施，介紹利用低壓電網開關及用戶臺賬信息自動生成低壓拓撲圖，通過對低壓開關進行拓撲編號，用戶電表關聯末端開關這種方式，實現自動生成低壓臺區拓撲圖，這種方法通過維護人員建立低壓電網開關及用戶臺賬，確定開關之間的聯系關系，并通過拓撲編號表示出來。

2.1.1 拓撲編號原則

（1）拓撲編號的格式，以“K”開頭，后跟10 位阿拉伯數字，每兩位代表一層開關，共5 層。每層開關編號取值位“01～99”，下層繼承上層的編號，本層以下每層全定義為“00”；如某開關，它處于第一層，且為最先編號開關，本層取值“01”，以下4 層全定義為“00000000”，因此它的編號為“K0100000000”；同理，它下接的第一只開關編號為“K0101000000”，下接的第二只開關編號為“K0102000000”等。

（2）定義首層開關層，把最近臺區母線的層級定義為“1”，首層開關編號必須連續，且從“01”開始。

2.1.2 開關層級的定義

開關以配變母線出線的第一級開關為第一層，下接開關逐層為第二、三、……層；配變與母線之間的開關定義為“0”層，如果只有一臺開關或一把刀閘則，則編號為“K0000000000”，如果開關兩側還有刀閘，則變壓器側刀閘的編號為“K0000000001”，出線側刀閘的編號為“K0000000002”。

2.1.3 末端開關的定義

末端開關是指該開關后沒有再連接開關，只有戶表或其他負荷設備或沒接任何設備。

2.2 低壓電網實時數據采集技術

終端實時數據采集拓撲如圖1 所示，主站把戶表臺賬及開關臺賬下發給終端，終端根據開關臺賬的信息生成低壓電網的拓撲關系，戶表臺賬把每戶電表的邏輯地址下發給終端，終端通過主站下發的邏輯地址與物理電表關聯，這樣，終端采集到電表的實時PQUI 值和帶電狀態后，根據臺區的低壓拓撲關系利用終端的邊緣計算功能就可以推算出各開關節點的PQUI 值和帶電狀態；同時，主站和終端根據開關節點臺賬可同時生成遠動轉發點表，終端根據自動生成的點表把最終的計算結果上送主站，實現對低壓電網實時運行狀態的監視。

圖1 終端實時數據采集拓撲

2.3 低壓用戶負荷動態監視及實時控制技術

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，為低壓電網的負荷控制提供了很好的條件，智能家居控制系統可對用戶的負荷進行分類，并可實現對各類負荷進行實時采集，通過人工設定，該系統也可以對用戶各類負荷進行動態調整，包括分合負荷開關、調節空調、冰箱的制冷溫度等功能；這些功能正好契合電網對負荷的動態控制需要，為電網調度開發需求側控制提供很好的條件。

3 低壓用電負荷智能控制構想

低壓用電負荷智能控制如圖2 所示，用戶電表通過載波與智能家居控制系統建立通信，把用戶的各類負載實時數據上送到低壓智能終端，終端匯總出所在臺區的各類實時數據上送配電主站系統，配電主站系統實時計算出所轄電網的各類實時負荷，并根據電網平衡的需要與主網自動化主站系統聯動，并通過公網隨時向所轄電網的用戶智能居家控制系統發出負荷調節參數，該參數采用定向單向群發方式，由收到參數的智能居家控制系統根據參數及設定的限值自主對負荷進行調節；實時負荷的分類可根據電網的需要制定，由智能家居控制系統設置。低壓負荷智能控制信息流的傳輸路徑如圖3 所示。

圖2 低壓用電負荷智能控制

圖3 低壓負荷智能控制信息流

4 結束語

隨著電力用戶需求的不斷增長以及對用電可靠性要求的不斷提升，現有電網調度的控制方式已滿足不了用戶需求，電網的調度必將由對電源和電網的控制逐步擴展到對負荷側的控制，只有實現了對電源和負荷的同時控制，才能實現電力調度的最優化，使得電網能保持動態的平衡，保證用戶用電的可靠性、安全性和經濟性，基于低壓用電負荷自動控制技術的研究將為電網的自動控制提供技術支撐，也可進一步為電網的無人調度提供技術基礎。