配電自動(dòng)化8-負(fù)荷控制

1、負(fù)荷控制和管理系統(tǒng)1 電力負(fù)荷控制(Load Control)是對(duì)用戶的用電負(fù)荷進(jìn)行控制的技術(shù)措施?？珊?jiǎn)稱為負(fù)荷控制或負(fù)控技術(shù)。 第一節(jié) 概述220世紀(jì)20年代初，電力負(fù)荷控制裝置由英國(guó)開始應(yīng)用 20世紀(jì)30年代，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等先后研制出多種類型的電力負(fù)荷控制裝置。70年代,隨著電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，電力負(fù)荷控制由分散型向集中型發(fā)展。我國(guó)20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了電力負(fù)荷控制系統(tǒng) 90年代中后期，負(fù)荷控制系統(tǒng)功能已經(jīng)得到擴(kuò)充，成為一個(gè)實(shí)時(shí)綜合管理系統(tǒng)負(fù)荷管理系統(tǒng)LM（Load Management）。為了發(fā)揮用戶在負(fù)荷管理方面的積極作用，又出現(xiàn)了一種新的管理方式需求側(cè)管理DSM（D

2、emand Side Management）。 電力負(fù)荷控制的發(fā)展3為了解決電力供求之間的固有矛盾，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 實(shí)現(xiàn)負(fù)荷管理的目的 4運(yùn)用市場(chǎng)模式、強(qiáng)調(diào)利益、滿足需求原則，引導(dǎo)用戶改變用電方式、用電時(shí)間、合理消費(fèi)、多用低谷電和季節(jié)電、多采用高效率設(shè)備。 需方管理概念5需方管理的主要內(nèi)容削峰轉(zhuǎn)移負(fù)荷戰(zhàn)略性壓負(fù)荷 戰(zhàn)略性增負(fù)荷 形成靈活負(fù)荷填谷是通過對(duì)負(fù)荷的直接控制或利用可間斷用電的電價(jià)等措施，減少高峰需量，從而減少最不經(jīng)濟(jì)發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行，推遲新的高峰容量，以達(dá)到降低電力公司的費(fèi)用。 如果電力公司擁有充裕的運(yùn)行費(fèi)用低的設(shè)備容量時(shí)，修改季節(jié)性或峰外用電的電價(jià)和鼓勵(lì)采

3、用新工藝，能增加峰外時(shí)間的用電。 將分時(shí)電價(jià)制、大型用電設(shè)備的輪用和儲(chǔ)熱方案等結(jié)合起來應(yīng)用 是鼓勵(lì)用戶提高用電效率，促進(jìn)余熱發(fā)電和其他技術(shù)，能降低整個(gè)用電時(shí)期的負(fù)荷需求量，從而推遲對(duì)新容量的需求并降低平均燃料費(fèi)用。 應(yīng)用電氣新工藝取得可控制的負(fù)荷增長(zhǎng) 部分用戶愿意放棄供電質(zhì)量和可靠性來換取減少供電費(fèi)用或得到其他獎(jiǎng)勵(lì)。例如。預(yù)定需量供電，當(dāng)電力公司根據(jù)協(xié)議要求將需量限制到預(yù)定水平時(shí)，允許用戶在一系列減負(fù)荷辦法中自由選擇一種。 6DSM圖9-1 DSM負(fù)荷管理的目標(biāo) 7一、負(fù)荷電力系統(tǒng)的負(fù)荷就是系統(tǒng)中各個(gè)用電設(shè)備消耗功率的總和。 第二節(jié) 負(fù)荷管理的基本概念 8有功負(fù)荷負(fù)荷分類按物理性能分按性質(zhì)分按

4、重要性及可靠性分 按用電時(shí)間分按電能的生產(chǎn)過程分無功負(fù)荷發(fā)電負(fù)荷供電負(fù)荷用電負(fù)荷單相負(fù)荷三相負(fù)荷不平衡負(fù)荷沖擊性負(fù)荷畸變性負(fù)荷一級(jí)負(fù)荷二級(jí)負(fù)荷三級(jí)負(fù)荷年負(fù)荷季負(fù)荷月負(fù)荷日負(fù)荷時(shí)負(fù)荷分負(fù)荷92負(fù)荷曲線實(shí)際的系統(tǒng)負(fù)荷是隨時(shí)間變化的，反映負(fù)荷隨時(shí)間變化規(guī)律的曲線，稱為負(fù)荷曲線。按負(fù)荷種類分：有功負(fù)荷曲線、無功負(fù)荷曲線；按時(shí)間長(zhǎng)短分：日負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線；按計(jì)量地點(diǎn)分：個(gè)別用戶負(fù)荷曲線、電力線路負(fù)荷曲線、變電所負(fù)荷曲線、發(fā)電廠乃至整個(gè)地區(qū)、整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷曲線。將上述三種特征按需組合，就確定了某一種特定的負(fù)荷曲線。10（a）折線形日負(fù)荷曲線 （b）階梯形日負(fù)荷曲線 圖92電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線

5、 負(fù)荷曲線中的最大值稱為日最大負(fù)荷Pmax 負(fù)荷曲線中的最小值稱為日最小負(fù)荷Pmin 電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線，描述了一天24小時(shí)負(fù)荷的變化情況 11（1）負(fù)荷率：電網(wǎng)負(fù)荷率一般指的是日負(fù)荷率，用一晝夜內(nèi)系統(tǒng)的平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比表示，其中平均負(fù)荷由日電量除以24h后得出。3負(fù)荷曲線的主要特性指標(biāo) 負(fù)荷率日平均負(fù)荷最大負(fù)荷定點(diǎn)負(fù)荷率：定義為一日內(nèi)的平均負(fù)荷與所考核時(shí)段內(nèi)的最大負(fù)荷之比。12(2)最小負(fù)荷率：它是測(cè)計(jì)時(shí)段內(nèi)負(fù)荷曲線中最小功率與最大功率的比值。(3)最大負(fù)荷利用小時(shí)：假定測(cè)計(jì)時(shí)段內(nèi)電壓和功率因數(shù)都保持不變，在時(shí)段Tmax內(nèi)，某元件在變化電流下所通過的電能等于在最大電流下持續(xù)時(shí)間Tmax

6、通過的電能，則稱Tmax為最大負(fù)荷利用小時(shí)。(4)年最大負(fù)荷利用率：年最大負(fù)荷利用率等于該年最大負(fù)荷利用小時(shí)除以全年小時(shí)數(shù)，即=Tmax8760。1315min/30min/60min需求：指一個(gè)電氣設(shè)備或系統(tǒng)在15min、30min或60min內(nèi)的需求或負(fù)荷的平均值。在分時(shí)計(jì)價(jià)的系統(tǒng)中，電力是以15min、30min或60min的需求為參考進(jìn)行定的。 415min/30min/60min需求14指一個(gè)電氣設(shè)備或系統(tǒng)在給定期限(如1月或1年)內(nèi)，15min、30min或60min需求的最大值。 5最大需求 按15min計(jì)算的需求最大 按60min計(jì)算的需求最小 通常使用30min來計(jì)算最大需求

7、 圖93最大需求隨時(shí)間段長(zhǎng)度變化 15（1）緩解供電緊張，減輕電網(wǎng)壓力，減少拉閘限電。（2）防止周波、電壓降低，保證電網(wǎng)安全。（3）通過調(diào)荷，挖掘設(shè)備潛力，可減少或不增容，節(jié)省設(shè)備投資。（4）降低線損，節(jié)約用電。 二、調(diào)整負(fù)荷的意義 16三、負(fù)荷管理下的多種電價(jià) 負(fù)荷管理下的多種電價(jià)峰谷分時(shí)分季電價(jià)實(shí)時(shí)電價(jià)單一電價(jià)梯級(jí)制電價(jià)二分電價(jià)功率因數(shù)電價(jià)定時(shí)電價(jià) 根據(jù)用電區(qū)域、供電電壓，將 一天分成若干個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí) 段的電價(jià)固定，但卻不同、 大小取決于該時(shí)段的系統(tǒng)負(fù) 荷曲線的電價(jià)體系。 圖9-4 峰谷分時(shí)、分季電價(jià)實(shí)例實(shí)時(shí)電價(jià)在每個(gè)時(shí)段的電價(jià)是根據(jù)當(dāng)時(shí)記錄到的系統(tǒng)負(fù)荷需求實(shí)時(shí)決定的。 這種電價(jià)是以用戶

8、安裝的電能計(jì)量表示出的實(shí)際千瓦時(shí)數(shù)為計(jì)費(fèi)依據(jù)。 也叫分塊電價(jià)是把用戶每月使用的電量分成若干梯級(jí)，各級(jí)之間電價(jià)不同。 規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)值后，用戶的功率因數(shù)值如高于規(guī)定值，減少基本電費(fèi)；如低于規(guī)定值，增收基本電費(fèi)。 定時(shí)電價(jià)又稱間斷供電電價(jià)。這種辦法明確規(guī)定用戶用電時(shí)間一般在電力系統(tǒng)的低谷時(shí)間內(nèi)，也就是每天的22時(shí)到次日8時(shí)，其它時(shí)間禁止用電。 電價(jià)包含kW或kVA等表征負(fù)荷容量的收費(fèi)以及kWh收費(fèi)兩部分。用戶應(yīng)付的電費(fèi)是兩部分之和。 171遠(yuǎn)方抄表及自動(dòng)計(jì)費(fèi)功能2科學(xué)的防竊電功能 3負(fù)荷預(yù)測(cè)功能 4線損計(jì)算功能 四、負(fù)荷管理系統(tǒng)的主要功能 18(一)降壓減負(fù)荷 已知：P=U2/R ；可見電壓

9、的變化對(duì)負(fù)荷影響較大。電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下允許電壓在額定值的一定范圍內(nèi)(如10)變化，這就為在系統(tǒng)高峰負(fù)荷期間，通過暫時(shí)降低有關(guān)線路電壓來減輕系統(tǒng)的總負(fù)荷提供了可能。實(shí)現(xiàn)方法：在饋電線路的末端，安裝一個(gè)稱為線路電壓傳送器LVT(Line Voltage Transducer)的現(xiàn)場(chǎng)FTU，用以監(jiān)視降壓減負(fù)荷期間該點(diǎn)的電壓，使之不低于容許的最小值。此外，線路電壓調(diào)整器VRC(Voltage Reduction Controller)接收控制中心發(fā)出的控制信號(hào)，控制線路電壓調(diào)整器的輸入分接頭動(dòng)作。 第三節(jié) 負(fù)荷控制系統(tǒng) 19這是對(duì)用戶可控負(fù)荷(空調(diào)、熱水器、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、冷藏庫、冷熱水泵等)最靈活而又有

10、效的一種負(fù)荷控制方式。實(shí)現(xiàn)方法：采用可尋址的智能電能表AIM(Addressable Intelligent Meter)，也可稱為是一種特殊功能的現(xiàn)場(chǎng)FTU。這種可以雙向通信的現(xiàn)場(chǎng)FTU，可按址進(jìn)行遠(yuǎn)方讀表。也可以成組接收命令。根據(jù)電能累加寄存器記錄的峰、平、谷不同時(shí)段內(nèi)被控和未控的電能數(shù)來控制負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷超過預(yù)定的過負(fù)荷值時(shí)啟動(dòng)。(二)用戶可控負(fù)荷周期控制 20這是最簡(jiǎn)單的一種減負(fù)荷措施，由單向通信的負(fù)荷管理終端LMT(Load Management Terminal)即可完成。 實(shí)現(xiàn)方法：切除用戶的可控負(fù)荷，既可用簡(jiǎn)單的“跳閘”、“合閘”命令來控制，也可用采用負(fù)荷周期控制的方式來實(shí)現(xiàn)。即

11、：選擇最大的減負(fù)荷間隔(一般為60min)，并設(shè)定執(zhí)行周期為100。此時(shí)，每接近60min時(shí)即發(fā)出一次控制命令，保持減負(fù)荷狀態(tài)不變，直到系統(tǒng)負(fù)荷降到預(yù)定的復(fù)歸值為止。(三)切除用戶可控負(fù)荷21二、負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本原理負(fù)荷控制方式間接控制方式集中型控制 分散型控制 直接控制方式通過一定的行政或立法手段，發(fā)布電價(jià)政策、用電法規(guī)等，用經(jīng)濟(jì)措施約束控制用戶的用電情況。 是直接對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行控制的方式 是指在用戶端安裝不同功能的控制裝置，分別控制用戶的用電量，最大負(fù)荷和用電時(shí)間，而且這些控制裝置相互聯(lián)系，獨(dú)立地發(fā)揮各自的控制作用 是指中央控制機(jī)通過通道設(shè)備將控制指令傳送到安裝在用戶端的接收裝置，來對(duì)負(fù)

12、荷進(jìn)行控制。 22負(fù)荷控制終端是裝設(shè)在用戶端，受電力負(fù)荷控制中心的監(jiān)視和控制的設(shè)備。 負(fù)荷集中控制系統(tǒng)組成負(fù)荷控制中心傳輸信道 負(fù)荷終端設(shè)備有線信道雙向終端單向終端無線信道單向終端只能接受負(fù)荷控制中心的命令，如遙控開關(guān)、定量器等 既能接受負(fù)荷控制中心的命令，又能將用戶信息上傳給負(fù)荷控制中心，實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸。 用來對(duì)各負(fù)荷終端進(jìn)行監(jiān)視和控制的中心站，也叫主控站。 負(fù)責(zé)將控制中心發(fā)出的負(fù)荷控制指令傳送到負(fù)荷終端設(shè)備 23負(fù)荷集中控制系統(tǒng)控制方式有線信道無線信道電力線信道自建電臺(tái)廣播電臺(tái)控制電話線信道工頻控制音頻控制載波控制24有線負(fù)荷控制信號(hào)的傳輸是通過電力載波和市話或?qū)Ｓ秒娫掃M(jìn)行。特點(diǎn)：與通訊

13、系統(tǒng)共用同一線路，一次投資省，適用于對(duì)信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)性要求不高的地方。 1有線負(fù)荷控制 25工頻控制技術(shù)是一種雙向通信方式，它也是利用電力傳輸線作為信號(hào)傳輸途徑，并利用電壓過零的時(shí)機(jī)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。 優(yōu)缺點(diǎn)：信號(hào)發(fā)射機(jī)簡(jiǎn)單便宜，適宜在供電電源波形好、負(fù)荷小的地區(qū)使用。信號(hào)容易受電網(wǎng)諧波影響，抗干擾性差，多用于單向傳送信號(hào)。 （1）工頻控制 26圖96工頻控制的原理 調(diào)制電路 波形圖 在50Hz工頻電壓Vs過零點(diǎn)附近(25左右)的很窄的區(qū)間內(nèi)（區(qū)間)，根據(jù)需要(如傳輸“1”碼時(shí))，在遠(yuǎn)方控制點(diǎn)準(zhǔn)確的控制調(diào)制電路中可控硅S的控制端，使其導(dǎo)通，產(chǎn)生電流is，導(dǎo)致Vs發(fā)生輕微的電壓波形崎變，位于遠(yuǎn)方控制點(diǎn)

14、的檢測(cè)設(shè)備能夠檢測(cè)出這個(gè)電壓波形崎變，并還原出所代表的碼元。 27音頻控制:從位置適中的地點(diǎn)，把音頻信號(hào)疊加到供電網(wǎng)絡(luò)上，利用音頻信號(hào)對(duì)連接在遠(yuǎn)方饋電線上的繼電器進(jìn)行控制，從而控制遠(yuǎn)方的負(fù)荷。音頻命令信號(hào)：包含兩個(gè)音頻脈沖，利用脈沖之間經(jīng)歷的時(shí)間間隔不同表示不同的命令。第一個(gè)脈沖稱為“起始脈沖”(Starting Impulse)，第二個(gè)脈沖則稱為“序脈沖”(order Impulse)。位于遠(yuǎn)方的每個(gè)接收繼電器都經(jīng)過調(diào)諧和設(shè)置，只能接收與該設(shè)置相對(duì)應(yīng)的那些特定的“序”(Order)命令。 （2）音頻控制 28音頻控制的優(yōu)缺點(diǎn)：信號(hào)在電網(wǎng)中傳輸不受外界條件的影響，可靠性高，適宜在負(fù)荷廣、地形復(fù)

15、雜的地區(qū)使用。音頻信號(hào)發(fā)射機(jī)和耦合設(shè)備價(jià)格高，沒有雙向終端，所以音頻控制為單向傳輸，只能進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控開關(guān)，控制方法停留在拉閘的水平，不能作為計(jì)劃用電的有效手段，使其發(fā)展前景受到限制。 29載波控制：將信號(hào)調(diào)制在高頻信號(hào)上通過電力線路進(jìn)行傳輸。載波控制的優(yōu)缺點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)單、雙向傳輸，載波控制可靠性高，適宜負(fù)荷密度大的地區(qū)，抗干擾性好。在施工時(shí)和以后的維護(hù)中，涉及大量的變電站一次設(shè)備，電力部門投資較大。（3）載波控制 30電話線復(fù)用方式負(fù)荷控制：通過中心站自動(dòng)撥號(hào)或隨機(jī)撥號(hào)接通某一終端進(jìn)行負(fù)荷控制。組成：中心站、直接接到電話線的各種終端缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)“群控”。 （4）電話線復(fù)用控制31無線負(fù)荷控制

16、系統(tǒng)是指以無線電作為信息傳輸通道對(duì)地區(qū)和用戶的用電負(fù)荷、電量及時(shí)間進(jìn)行監(jiān)視和控制的技術(shù)管理系統(tǒng)。 2無線負(fù)荷控制32統(tǒng)的組成典型無線電負(fù)荷控制系負(fù)控中心通過無線電波將各種控制命令發(fā)射出去，用戶端接收到信號(hào)后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器解調(diào)，并執(zhí)行相應(yīng)的命令。 為了在地形較為復(fù)雜的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)大面積的數(shù)據(jù)傳輸 33三、負(fù)荷控制系統(tǒng)的功能負(fù)荷控制系統(tǒng)的功能負(fù)荷控制中心的功能負(fù)荷控制終端的功能遙測(cè)功能遠(yuǎn)方設(shè)置功能管理功能遙信功能通信功能控制功能系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)功能數(shù)據(jù)采集記錄與負(fù)荷控制中心通信當(dāng)?shù)仫@示報(bào)警功能參數(shù)設(shè)定主要任務(wù)是要能實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)各個(gè)用戶的負(fù)荷，并且綜合地了解各個(gè)地區(qū)的負(fù)荷總值、實(shí)行監(jiān)督并進(jìn)行記錄打?。?/p>

17、異常情況下給予報(bào)警處理，在緊急情況下能迅速地將系統(tǒng)的負(fù)荷水平降下來。 通過定時(shí)和隨機(jī)巡測(cè)，遙測(cè)電力用戶的各種用電參數(shù)來了解其用電狀況 通過巡測(cè)，對(duì)用戶終端的狀態(tài)、定值進(jìn)行查詢 可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況及用戶用電情況的變化隨時(shí)調(diào)整用戶終端的各種參數(shù)的設(shè)置 通過對(duì)點(diǎn)控、組控、統(tǒng)控等方式，跳開用戶的負(fù)荷開關(guān)，進(jìn)行拉閘、合閘等命令，達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷、保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的目的?？刂乒δ苡址譃榫o急限荷和計(jì)劃限荷兩種方式。 管理功能主要包括信息的錄入、查詢修改等功能；檔案管理功能；數(shù)據(jù)分析功能；外延多機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能；報(bào)表打印、防誤發(fā)命令等管理等功能 包括與電力調(diào)度中心交換信息；與上級(jí)負(fù)荷控制中心或計(jì)劃用電管理部門

18、交換信息；與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、記錄；開關(guān)狀態(tài)信息的采集與記錄；日、月分時(shí)電量的采集與記錄；最大需量、最大需量時(shí)間量的采集與記錄；對(duì)電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行凍結(jié)等。 采集并向遠(yuǎn)方發(fā)送狀態(tài)信息，狀態(tài)變位優(yōu)先傳送實(shí)時(shí)控制和接受并執(zhí)行負(fù)荷控制中心的命令并產(chǎn)生跳閘記錄；并具有接收主站校時(shí)功能。 具有裝置故障和遙測(cè)越限報(bào)警功能。 能當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和功率及電量限值的設(shè)定。 34電力負(fù)荷管理系統(tǒng):是一個(gè)集負(fù)荷監(jiān)測(cè)、需求側(cè)管理、電能管理、營(yíng)業(yè)抄收、計(jì)量監(jiān)督等一系列功能于一體的綜合管理系統(tǒng)。負(fù)荷管理系統(tǒng)防竊電功能:是利用存放在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，已采集到的各類用戶的用電數(shù)據(jù)，并通過在線監(jiān)測(cè)與用電分析來判斷用戶是否用電異常及具竊電嫌疑的一項(xiàng)主要技術(shù)手段。 第四節(jié) 負(fù)荷管理系統(tǒng)的防竊電功能 35（1）失壓竊電：使計(jì)量回路的某相或全部相斷開或?qū)㈦妷阂€拆除，只有電流而無電壓，使電能表無法正確計(jì)量。（2）欠壓竊電：正常用電計(jì)量時(shí)，計(jì)量表的表尾電壓應(yīng)與實(shí)際系統(tǒng)電壓相等或計(jì)量回路電壓相等，其計(jì)算的有功電量等于實(shí)際用電量，如將引入表尾電壓引線等虛接后，其真正引入表計(jì)的電壓值低于實(shí)際值時(shí)，表計(jì)的計(jì)量值則低于實(shí)際值，達(dá)到少計(jì)量的目的。 一、常見的竊電手段 36（3）CT短接：在用電過程中，將CT短接，使得計(jì)量回路電流經(jīng)短接線流出，計(jì)量表無電流流過，達(dá)到表計(jì)不計(jì)量的目的。（4）CT