摘要：电力工业是国民经济发展的基础产业，仅仅依靠电源建设将难以满足我国迅速增加的电力需求，电力工业及经济社会可持续发展必须走以节约为本的道路。而开展电力需求侧管控可以大幅度提高全社会电能利用效率，可以达到移峰填谷、均衡负荷的效果，本文结合智能台区用电监控系统在实际中的应用，对此进行了分析研究并提出了解决措施。
关键词：需求侧；管控；移峰填谷；信息化
一、前言
近年来，随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，电力负荷特性也发生了很大的变化，全国各地电网高峰负荷增长迅猛、峰谷差不断拉大、负荷率下降。如果单纯依靠扩大投资规模增加装机容量来满足短暂的尖峰用电，这不仅要投入巨大的电力建设资金，而且会由于电力设备利用率的不断下降导致发供电成本上升。电力工业是国民经济发展的基础产业，我国电力行业的生产、消费存在很大的地区和季节差别，电力供需呈现出多样化的复杂局面，受煤炭、运力、土地、水、环境排放空间、资金等诸多因素的制约，仅仅依靠电源建设将难以满足我国迅速增加的电力需求，电力工业及经济社会可持续发展必须走以节约为本的道路。
开展电力需求侧管控可以大幅度提高全社会电能利用效率，可以达到移峰填谷、均衡负荷的效果，这样不仅提高了电网运行的经济性，同时增加了系统的备用容量，有利于电网的安全稳定运行，有效减少资源、环境和资金代价，实现供需资源的协同优化整合。
智能用电管控系统的构建是智能电网的重要组成部分，建设智能用电管控系统，就是对现有的设备进行技术升级和设计，使之在操作上实现自动化、在生产管理上实现信息化、在用户管理上实现互动化、在信息发布上实现可视化，并体现在生产管理、资产管理、用户管理及服务上，使台区的管理更加科学规范，并减少人工干预，实现全智能化，在保证电网稳定运行的基础上提高经营效益。
二、高要供电局目前低压台区的现状
2.1总体情况
近年来，肇庆供电局就着手高要的农网升级改造工作，为高要城区扩容提质升级发展打好基础。在“十二五”中低配电网建设期间，肇庆供电局共投入约3亿多元对高要农村电网进行了升级改造，为农网无缝对接城网提供了技术资金支持，不断缩小城乡用电差距，更好满足肇庆中心城市扩容提质升级发展需求。
目前，高要局台区改造的用户需求仍然较为急迫，超负荷情况普遍。台区的故障性跳闸与超负荷跳闸的停电情况时有发生。经调查发现，高要供电局台区跳闸停电的情况大多数属于超负荷跳闸。对此，高要供电局出台了一系列的措施来降低台区变压器的跳闸次数。这些措施包括：根本性地进行大修技改，增加台区变压器的容量；进行用电检查，对超合同容量用电的用户进行处罚；进行走访宣传，错峰用电等。
2.2金利供电所的情况
随着居民负荷的自然增长，公变台区的变压器应进行增容。但在包含有小工业小作坊的公变台区中，客户对遵守用电容量的概念不强，不经供电局同意便添加大功率用电设备，会导致变压器的额定容量满足不了负荷增长的需求。从而导致台区变压器在用电高峰期出现跳闸现象。
以2014年第一季度为例，就金利供电所而言，台区跳闸次数比较多，涉及到台区跳闸停电的案例有24宗。台区变压器的跳闸停电，严重影响到供电局的供电可靠性，同时也收到民众的投诉与抱怨，严重影响到供电的服务质量。表1为金利供电所2015年2、3月份台区跳闸的统计。
表1 金利供电所2、3月份度台区跳闸的统计表
台区名称 跳闸次数 超容量跳闸次数 故障跳闸次数 记录时间 石林黄江公用台变 2 2 0 2月25日 罗客村公用台变 3 2 1 2月26日 创业园#1公用台变 3 3 0 2月20日 厚福房地产#3变压器 1 1 0 2月13日 金贸东路#4公用台变 1 1 0 2月25日 金洲乡公用台变 1 1 0 3月12日 小朗站公用台变 2 2 0 3月21日
2.3台区改造试点
对台区内用电量大的用户进行限流与错峰是解决台区变压器超负荷跳闸的一个效果明显的方法。但是限流与客户日益增长的生产用电形成矛盾，需要通过台区改造，进行客户需求侧管理，把限流与错峰结合起来以解决问题。鉴于金利供电所的典型性，本项目选择金利供电所作为试点，开展项目研究。
三、需求侧管控的国内外研究现状
从20世纪70年代起，全球能源问题被提升到了更加重要的位置。电力系统的参与者已认识到：灵活、有差异的电力管控策略对于整个电力系统具有重要意义，通过采取必要的措施，帮助电力市场的参与者们在竞争性的、不确定性不断增多的电力市场中取得竞争优势。
需求侧管控是对需求侧的电力、天然气、采暖、制冷等各种能源需求的综合规划，它从根本上改变了单纯注重依靠能源供应来满足需求增长的传统思维模式，建立了把需求侧节约的能源作为供应方一种可替代资源的新概念。电力需求侧管理是需求侧管理的一个分支，是指以电力公司为供应侧，客户为需求侧，通过各种手段（包括行政、经济、技术等）鼓励用户采用有效的节能技术和措施改变其需求方式，在保持能源服务水平的前提下，使客户的用电方式合理化，有效降低电能消费量和负荷水平，从而减少新建电厂投资和一次性能源消费量，取得明显的经济和环境效益，达到节约能源和保护环境的目的。
智能电网的核心思想为监控、收集、分析、管理。首先通过各种各样的传感器对发输配供这一过程涉及到的核心设备进行实时监控，获取其运行工况；然后收集整合传感器获取的数据；接着对数据进行分析与挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。近年来，智能电网技术的研究范围不断扩大，其中包括对分布式电源并网带来的技术与经济的研究。西方国家比较早便开展研究智能电网，而且已经形成强大的研究群体。2009年中国能源专家提出“互动电网”的概念，它主要的基础是建立开放的系统和建立信息共享的模式，并利用智能电网技术，通过电子终端将消费者之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现数据读取的实时、迅速、双向的总体效果。它的用途包括实现电力、电讯、电视远程家电控制和电池集成充电等开发。国家电网公司为了极大地推动我国智能电网研究的发展，提出了“建设坚强的智能化电网”的奋斗目标。
虽然国内外对电力需求侧管控的研究取得了丰硕的成果，但是具体到实际搭建智能用电监控系统，在广东省的基层用电部门还仅仅处于初级阶段。本项目以高要供电局为对象，实现基于具有无线自组网功能智能断路器的产品开发，搭建面向客户的需求侧智能用电监控系统，具有现实的应用价值和推广价值。
四、提出并选定实施方案
4.1各种方案的选择
参与人员围绕解决金利供电所的试点台区的需求侧管控问题，初定以下三种方案：
方案一：加大宣传力度，进行走访。优点：简单、经济，短期内有一定的效果。缺点：依赖于用户的自觉减容错峰，可控性不强。
方案二：对用电量大的台区用户安装传统的限流装置。优点：杜绝台区变压器超负荷用电跳闸的效果明显。缺点：费时费力；虽能保障其他居民的正常用电，但也一定程度上限制了工厂的生产，经济效益低。
方案三：研制并对客户安装智能断路器。优点：能明显地杜绝台区变压器超负荷用电跳闸，同时由于采用可控式的需求侧管理，削峰填谷，确保工厂的生产。达到了较好的技术经济效果。缺点：研发和安装设备需要时间和资金作支撑。
4.2各种方案的评估
针对上述论证，我们有进一步对三个方案的有效性、可靠性、可实施性、经济性进行综合评估打分。
表4-1 三种方案的综合打分评价表
方案 有效性 可靠性 可实施性 经济性 综合得分 选定方案 方案一 △ △ ◎ ◎ 12 不选 方案二 ◎ ○ ◇ □ 14 不选 方案三 ◎ ◎ ◎ □ 17 选定
[注]◎5分 ○4分 ◇3分 □2分 △1分
经过方案的评估打分，方案三综合评分为17分，方案二综合评分为14分，方案一综合评分为12分。因此确定方案三位实施方案，研制并对客户安装智能断路器。
五、技术方案
此研究是在充分调研用户需求，在查询国内外相关技术及应用的基础上开展研究工作的，它符合我国低压电器设备现状，进而构建一个面向用户的智能用电监控系统，达到提高供电可靠性、保障电能质量、节能降损的目的，台区符合用电部门需求，具有普遍推广应用价值。
具有无线传输自组网功能的智能用电监控系统包括智能配电监控中心与若干个配电站的终端，智能用电监控中心与各个配电站相互之间以不超过1千米的间隔距离用无线通信的方式组成一个基于无线传输自组网的智能用电监控系统。
无线传输自组网功能的智能终端断路器原理框图如图1所示。
图1 无线传输自组网功能的智能终端断路器原理框图
5.1智能用电监控系统终端的功能
（1）具有智能断路器的功能，具体来说是具有长延时过载保护、短延时过载保护和瞬时过载保护的功能；所有的过载参数均可通过各个无线手持编程器进行实时调整的机界面功能。
（2）具有无线通信功能（通信距离≤1千米）。
5.2智能用电监控系统终端和连接结构
具有无线传输自组网功能的智能配电监控系统终端由智能断路器控制电路、无线手持编程器和无线通信模块三部分组成。
（1）智能断路器控制电路由三相电流检测、第一信号调理电路、第二信号调理电路、剩余电流检测、16位单片机、USB端口、液晶显示器、USART端口、第二485总线端口组成。三相电流检测输入端与外接的三相交流电流I连接，三相电流检测输出端与第一信号调理电路输入端连接，第一信号调理电路输出端与16位单片机输入端连接；剩余电流检测输入端与外接的剩余电流IL连接，剩余电流检测输出端与第二信号调理电路输入端连接，第二信号调理电路输出端与16位单片机输入端连接；USB端口输出端输出端与16位单片机输入端连接，液晶显示器输入端与16位单片机输出端连接；USART端口和第一485总线端口相互连接，USART端口与16位单片机相连接。
（2）无线手持编程器由按键、第一MCU和无线收发模块组成。按键与第一MCU相连接，第一MCU与无线收发模块相连接，第一MCU与智能断路器控制电路的USB端口相连接。
（3）无线通信模块由第二MCU、射频芯片、中继放大器和第二485总线端口组成。第二MCU与射频芯片相连接，射频芯片与中继放大器相连接，第二485总线端口分别与第二MCU和智能断路器控制电路的第一485总线端口相连接。
5.3智能用电监控系统终端的工作原理
由三相电流互感器通过三相电流检测和剩余电流互感器通过剩余电流检测采集到的信号分别经过第一信号调理电路和第二信号调理电路后导入16位单片机的ADC端口进行过载识别与数据处理；16位单片机的处理结果将送至其输出端口，如需要的话，可进行断路器的分断操作；16位单片机的实测数据以及功能配置参数均需送至液晶显示器进行实时显示；16位单片机具有异步双工通信端口、USART端口、USB端口及第一485总线端口进行收发通信，使本系统具有遥测、遥信、遥控、遥调的功能。
借助无线手持编程器可对本自组网内的任一个终端通过有线或无线进行配置参数调整，使本系统具有机界面功能。
每个终端均配置一个无线通信模块，以便实现各个终端之间的无线传输自组网的功能，设置无线通信模块可使各个终端之间实现在相互距离≤1千米的范围内的无线双工通信。
由于无线通信模块内设有射频芯片和中继放大器，其收发的无线信号经该模块内的第二MCU协调，既可通过USART端口实现与其他终端的近程通信（通过USART端口），亦可通过第二485总线与其他终端进行中程（距离≤1千米）通信。
六、自组网用电监控系统
6.1台区监控系统终端产品的参数检测
自组网用电监控系统工作过程框图如图2所示。
通过台区检测系统，可以成功地对产品本身的参数进行检测。
（1）解决了过去由人工按月现场检测造成的费时费力，且缺乏监督的问题。
（2）提高了容量利用率：可以根据需要来设定检测时间并自动进行检测，从而避开用电高峰。
（3）准确鉴定断路器的参数情况：能够真正测得断路器本身的设定参数。
（4）具有分级动作保护功能，可以很好地解决了开关误动作问题。
（5）能统计、记忆设定时间区间的最大负荷值和发生时间并可供查询与显示。
（6）可以很好地解决因线路检修而造成开关误动作的问题。
图2 自组网用电监控系统工作过程
6.2台区监控自组网系统的无线通信
对于无线通信信道而言，可分为上行信道（基站与10KV分界开关和配变总开关终端之间）和下行信道（配变总开关终端与分开关终端之间）。
上行信道：对于组建远距离（>1千米）的上行信道，可以通过（GPRS/CDMA移动通信）来实现。
下行信道：对于组建近、中距离（≦1千米）的下行信道，可以通过配变总开关与分开关自身的无线中继功能实现。只要用户使用此功能的设备，就会多一个网点，这样就可以克服因用户数量大、现场环境复杂等引起的不利因素。
七、安装调试
无线传输自组网功能的智能终端断路器装置在安装过程中因用户具体使用情况不同，造成产品各参数整定值不同，在现场安装调试时发现常见的情况进行分析。
7.1 过载跳闸
有1台产品在通电后发现每过一段时间开关都会跳闸，开关故障界面显示故障电流大于限载电流值3.5倍，通过手持编程器进入设置界面发现短延时界面短延时电流值为3倍限载电流，短延时时间为0.4S，因短延时电流值设定小导致开关跳闸，发现此问题后我们要求所有产品在出厂时均将短延时电流值整定为6倍限载电流值。
7.2 漏电跳闸
有1台产品在通电后发现合不上闸，开关故障界面显示故障漏电电流80mA大于设定的漏电流值50mA，通过手持编程器进入设置界面设定漏电电流值100mA，此后开关可以合闸，发现此问题后我们要求所有产品在出厂时均将漏电电流值整定为100mA。
7.3 无线信号
用无线手持编程器调整开关整定参数时发现有时调试不成功，换角度后可以调试成功，后来把天线放在箱外没有发现此问题，发现此问题后我们要求所有产品在出厂时要求箱体底部右侧予留天线孔以方便把天线放在外面。
无线传输自组网功能的智能终端断路器现场测试情况（见附件1）。
八、实施效果
1.在对智能终端断路器的使用上，金利供电所率先应用在过重载台区
论文作者:陈文强
论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期
论文发表时间:2016/12/7
标签：智能论文; 终端论文; 高要论文; 断路器论文; 需求论文; 端口论文; 供电所论文; 《基层建设》2015年第35期论文;