關于電力負荷控制及其監(jiān)測的有效策略研究

【摘要】電力計量對于電力部門和企業(yè)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(xiàn)的時代，實現(xiàn)對電力計量進行精確統(tǒng)計已經(jīng)是能夠輕而易舉實現(xiàn)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(jiān)測得到普遍的應用和長足的發(fā)展。本文就對電力負荷的控制以及監(jiān)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(fā)展情況，對實現(xiàn)電力負荷控制的要求進行了探討，并結(jié)合無線控制技術對負荷控制及監(jiān)測系統(tǒng)開展闡述，最后介紹了電力負荷及監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)

當前，資源配置中市場越來越起到?jīng)Q定性的作用，特別是隨著我國的市場經(jīng)濟的改革持續(xù)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(yè)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(yè)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(huán)節(jié)負荷控制就顯得尤為重要，因為對負荷控制進行有效的監(jiān)測可以優(yōu)化電網(wǎng)上負荷的曲線形狀，確保電力負荷更加的均衡穩(wěn)定，進而提高了電網(wǎng)運轉(zhuǎn)的安全和經(jīng)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(jiān)測則是引入了計算機網(wǎng)絡技術及網(wǎng)絡通信等，逐步的建立起電力負荷的控制和監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)通過負荷控制對電力計量進行高效的管理，促進電力系統(tǒng)穩(wěn)定、健康、高效發(fā)展。

一、電力企業(yè)開展負荷控制和監(jiān)測意義

電力負荷指的是在電力系統(tǒng)中所有的用電設備所耗費功率的總和，也就是電力系統(tǒng)只要正常運行著，也就自然而然的產(chǎn)生電力的負荷。一般情況下，電力的負荷有一個控制區(qū)間，只要負荷沒有超過這個規(guī)定的范圍，就不會影響電力系統(tǒng)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(tǒng)的安全性和穩(wěn)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(yè)運用比較廣泛的是負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)，這是當前對電力計量進行控制和監(jiān)測的一種最有效途徑，是匯集各種新技術的綜合系統(tǒng)，主要應用到計算機、電子通信、自動化及網(wǎng)絡技術等，可以全自動對電力系統(tǒng)的負荷開展監(jiān)控與控制[1]。這一系統(tǒng)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(tǒng)中監(jiān)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(wěn)，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(wǎng)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(tǒng)不僅安全運行，而且提高經(jīng)濟效益和社會效益。

我國近幾年經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，不論是電網(wǎng)的規(guī)模還是用電的用戶數(shù)量以及耗電量都在激增，因此對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性以及安全性要求越來越高，所以電力負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)對于企業(yè)發(fā)展意義重大：利于節(jié)約資源。該系統(tǒng)運行時可以從需求側(cè)角度對峰谷差開展合理的調(diào)整，實現(xiàn)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(tǒng)還能調(diào)整配網(wǎng)線路負荷率，監(jiān)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(yè)提高管理的水平。該系統(tǒng)實時監(jiān)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(tǒng)自動監(jiān)測平臺會記錄下客戶用電的情況，解決企業(yè)電費的收繳問題。另外，還利于電力企業(yè)維持電力供應和使用的秩序。借助法律以及一些經(jīng)濟手段，該系統(tǒng)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(wěn)定秩序。

二、當前負荷控制和監(jiān)測技術發(fā)展概況

（一）國際上負荷控制及監(jiān)測的發(fā)展和應用

其實，英國早在上世紀的30年代就已經(jīng)出現(xiàn)負控制方案，作為老牌的發(fā)達資本主義工業(yè)國主要是基于音頻技術開展控制和監(jiān)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(jiān)測技術。美國科技水平一直引領世界發(fā)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(fā)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(jiān)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(fā)。據(jù)粗略統(tǒng)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(jiān)測。

（二）在我國負荷控制及監(jiān)測的發(fā)展和應用

我國關于電力負荷控制及監(jiān)測技術研究和發(fā)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(jiān)測技術，并不斷進行研究創(chuàng)新，自行研制了多種有效的系統(tǒng)，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(fā)達城市;隨后，我國電力負荷控制系統(tǒng)逐步成熟，主要是自主開發(fā)的無線電和音頻控制系統(tǒng)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(jīng)過試點，對系統(tǒng)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(tǒng)，至此，我國重要的供電系統(tǒng)都應用了電力負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)。

三、負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)的設計與組成

（一）電力負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)設計

1.系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能

電力負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：通過終端設備將系統(tǒng)中用戶側(cè)的實時用電情況開展數(shù)據(jù)的采集，并實現(xiàn)和主站數(shù)據(jù)共享。終端要有效的控制用戶端配電開關，能夠?qū)τ秒姷呢摵蓪嵤┚偷亻]環(huán)控制，實現(xiàn)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(wǎng)的供應信息。終端設備具有較大的存儲數(shù)據(jù)能力，并具有處理復雜信息的功能，一方面保證了采集數(shù)據(jù)的完整性，同時實現(xiàn)控制功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼要遵循電力企業(yè)的內(nèi)部系統(tǒng)編碼規(guī)定，確保同步更新，保證數(shù)據(jù)信息順暢共享。

2.系統(tǒng)需要的硬件設備

按照系統(tǒng)需要實現(xiàn)各種各樣的功能分析，借助計算機技術和網(wǎng)絡通信技術，同時考慮系統(tǒng)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(tǒng)運轉(zhuǎn)，操作平臺選擇Linux的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建穩(wěn)定的應用平臺。系統(tǒng)還要實現(xiàn)實時的監(jiān)測和控制，通訊功能對整個系統(tǒng)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(wǎng)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(shù)據(jù)，存儲器的要求就整個系統(tǒng)的硬件而言是最重要的，容量有限就會導致系統(tǒng)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(wěn)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(yōu)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(tǒng)的軟件和通訊設計

軟件設計則是模塊化思路，優(yōu)點是系統(tǒng)可以支持不同規(guī)模的用電現(xiàn)場，使系統(tǒng)伸縮性較強。應用程序之間的數(shù)據(jù)交換通過內(nèi)存共享來實現(xiàn)。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(wǎng)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(shù)據(jù)[3]。系統(tǒng)的終端都單獨設置RS485總線，作為負控的總線，系統(tǒng)主要通過對負荷定值進行閉環(huán)控制，進行電量的定值閉環(huán)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(jiān)測系統(tǒng)組成

通過分析系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能、需要的硬件設備和軟件系統(tǒng)，一個完整的負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)需要組成三部分發(fā)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?？刂浦行念櫭剂x就是整個負荷系統(tǒng)發(fā)布命令的中心以及采集數(shù)據(jù)的樞紐，各種查詢命令和控制命令通過該中心發(fā)出，終端接收命令后執(zhí)行相應的程序，對負荷進行控制。負荷控制中心有的是單向?qū)K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(tǒng)終端

系統(tǒng)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(zhí)行對本地電量的監(jiān)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(jié)點中繼站

對地形較為復雜或者控制區(qū)域過大時，實現(xiàn)控制中心與終端通信，需要鏈接若干個節(jié)點中繼站，起到信號的中繼作用，確保系統(tǒng)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(jīng)過調(diào)解以及功率的放大處理，然后發(fā)射到用戶終端，便于指揮調(diào)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(fā)射到控制中心，便于控制中心接收處理更大區(qū)域的用戶終端信息。

（三）負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用

1.關于負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)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(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與共享。該系統(tǒng)實現(xiàn)電能的雙向計量，并自動的采集到用電用戶的電量數(shù)據(jù)和電能的質(zhì)量數(shù)據(jù)以及一些電氣狀態(tài)等，通過對數(shù)據(jù)合理檢查與分析，做出相應的管理措施。所有數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的平臺管理發(fā)布， 實現(xiàn)共享。系統(tǒng)對負荷進行記錄存儲。負荷記錄不僅存儲了客戶數(shù)據(jù)，同時可對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)[4]。系統(tǒng)在控制中心分析數(shù)據(jù)，下達命令，確保用戶終端執(zhí)行跳閘、合閘和報警以及解除報警等操作，實現(xiàn)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(jiān)控在電力計量上發(fā)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(jiān)測的終端裝置，這是確保負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)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(diào)試負荷控制及監(jiān)測終端。電力負荷控制及監(jiān)測系統(tǒng)在我國發(fā)展起步較晚，因此缺乏一個統(tǒng)一的標準，這就需要電力監(jiān)管部門著手制定系統(tǒng)設計及施工管理的標準，確保系統(tǒng)安裝調(diào)試的質(zhì)量，強化對電力負荷的控制及監(jiān)測系統(tǒng)評價，完善和提升系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)用戶端的開關則需要供電企業(yè)與用戶協(xié)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(jù)接入開關。

3.負荷控制監(jiān)測系統(tǒng)應用優(yōu)勢

通過該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)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(wǎng)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(wěn)定，使供電企業(yè)現(xiàn)有的一些電力設備和資源得到最大程度的利用，優(yōu)化電網(wǎng)的運行模式，平衡電力資源，節(jié)省擴建資金投入[5]。通過對負荷進行控制能夠穩(wěn)定電網(wǎng)運行，供電可靠性得以提高，負荷的控制系統(tǒng)也根據(jù)功能模塊的反饋信息對故障做出應急反應，確保電網(wǎng)運行穩(wěn)定安全。負荷控制系統(tǒng)來的應用也提高了用戶監(jiān)視準確率和正確率，有效控制線路，提高電網(wǎng)負荷率。通過負荷控制能夠?qū)蛻舻挠秒娏?、平均電價、綜合電費等指標進行合理調(diào)節(jié)，促進營銷與服務環(huán)節(jié)趨向集約化、精細化，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)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(fā)展前景，為電力企業(yè)制訂營銷目標及決策提供全面的科學依據(jù)。

四、結(jié)語

建立電力負荷的控制和監(jiān)測系統(tǒng)目的是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)約用電以及安全用電。下步工作中，只有更加充分的發(fā)揮出負荷控制和監(jiān)測系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，對促進用電企業(yè)的管理現(xiàn)代化具有重要意義。隨著控制技術成熟和發(fā)展，一些新的控制技術也必將在電力計量中得到應用和發(fā)展?？傊?，本文就對電力負荷的控制以及監(jiān)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(fā)展情況，對實現(xiàn)電力負荷控制的要求進行了探討，介紹了電力負荷及監(jiān)測系統(tǒng)的有效性及實際應用領域等，相信通過系統(tǒng)的應用不僅提高企業(yè)管理水平，而且?guī)砭薮蠼?jīng)濟效益。可見， 該系統(tǒng)推廣價值較高，值得借鑒。

參考文獻

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作者簡介：肖偉（1980—），男，湖南益陽人，大學本科，助理工程師，現(xiàn)供職于國家電網(wǎng)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。