案例6：現(xiàn)代電力系統(tǒng)負(fù)荷管理技術(shù)

案例6：現(xiàn)代電力系統(tǒng)負(fù)荷管理技術(shù)

一、案例正文

負(fù)荷管理是為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和合理利用電力資

源。通過(guò)對(duì)負(fù)荷的管理，可以避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷或低負(fù)荷等

異常情況，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊和損傷，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定

性。同時(shí)，負(fù)荷管理也可以優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行，合理分配電力資

源，降低供電成本，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和效益。

負(fù)荷管理是根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，通過(guò)調(diào)整負(fù)荷的開關(guān)狀態(tài)和

負(fù)荷管理策略來(lái)管理負(fù)荷的變化，以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)

行。

負(fù)荷管理主要包括兩個(gè)方面，一方面是對(duì)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)

控制，以維持系統(tǒng)的電壓、頻率等參數(shù)在安全范圍內(nèi)；另一方面是

對(duì)負(fù)荷進(jìn)行長(zhǎng)期的規(guī)劃和管理，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能和優(yōu)化負(fù)荷分布

等目標(biāo)。電力系統(tǒng)負(fù)荷管理是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)

于提高電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。

1.1電力負(fù)荷管理的必要性及其經(jīng)濟(jì)效益

配電網(wǎng)的負(fù)荷管理(LoadManagement,LM)的實(shí)質(zhì)是負(fù)荷控制。

它包括兩個(gè)方面:在正常情況下，對(duì)用戶電力負(fù)荷按預(yù)先確定的程序

進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，削峰填谷，改變系統(tǒng)負(fù)荷曲線形狀，達(dá)到減少機(jī)

組運(yùn)行、提高設(shè)備利用率、降低供電成本、節(jié)省能源的目的；在事

故情況下，自動(dòng)切除非重要負(fù)荷，保證重要負(fù)荷不停電以及整個(gè)電

網(wǎng)的安全運(yùn)行。

不加控制的電力負(fù)荷曲線很不平坦，上午和傍晚會(huì)出現(xiàn)高峰;而

在深夜負(fù)荷很小又形成低谷，最小日負(fù)荷一般僅為最大日負(fù)荷的

40%左右，這樣的負(fù)荷曲線對(duì)電力系統(tǒng)很不利的。從經(jīng)濟(jì)方面看，

如果只是為了滿足尖峰負(fù)荷的需要而大量增加發(fā)電、輸電和供電設(shè)

備，在非峰荷時(shí)間里就會(huì)形成很大的浪費(fèi)，可能有占容量1/5的發(fā)

變電設(shè)備每天僅僅工作一兩個(gè)小時(shí)。而如果按基本負(fù)荷配備發(fā)變電

設(shè)備容量，又會(huì)使1/5的負(fù)荷在尖峰時(shí)段得不到供電，也會(huì)造成很

大的經(jīng)濟(jì)損失。上述矛盾是很尖銳的。另外為了跟蹤負(fù)荷的高峰低

谷，一此發(fā)電機(jī)組要頻繁地起停，既增加燃料消耗，又降低設(shè)備使

用壽命。同時(shí)頻繁的起停以及系統(tǒng)運(yùn)行方式的相應(yīng)改變，會(huì)增加電

力系統(tǒng)故障機(jī)會(huì)，影響安全運(yùn)行，從技術(shù)方面看對(duì)電力系統(tǒng)也是不

利的。

如果通過(guò)負(fù)荷控制，削峰填谷，使日負(fù)荷曲線變得比較平坦，

就能夠使現(xiàn)有電力設(shè)備得到充分利用,從而推遲擴(kuò)建資金的投入，減

少發(fā)電機(jī)組的啟停次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)的

運(yùn)行方式。提高供電可靠性也大有益處，用戶如果讓峰用電，也可

減少電費(fèi)支出。因比，建立一種市場(chǎng)機(jī)制下用戶自愿參與的負(fù)荷控

制系統(tǒng)，會(huì)帶來(lái)雙贏。

1.2電力負(fù)荷控制種類

目前，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的有分散負(fù)荷控制裝置和遠(yuǎn)方集中負(fù)荷

控制系統(tǒng)兩種。分散的負(fù)荷控制裝置功能有限，不靈活，但價(jià)格便

宜，可用于一些簡(jiǎn)單的負(fù)荷控制。例如，用定時(shí)開關(guān)控制路燈和固

定讓峰裝置設(shè)備，用電力定量器控制一些用電指標(biāo)比較固定的負(fù)荷

等。遠(yuǎn)方集中負(fù)荷控制系統(tǒng)的種類比較多，根據(jù)采用的通信方式和

編碼方法的不同，可分為音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)、無(wú)線電負(fù)荷控制系

統(tǒng)、配電線載波負(fù)荷控制系統(tǒng)、工頻負(fù)荷控制系統(tǒng)和混合負(fù)荷控制

系統(tǒng)五類。

電力負(fù)荷控制系統(tǒng)由負(fù)荷控制中心和負(fù)荷控制終端組成。負(fù)荷控

制中心是可對(duì)各負(fù)荷控制終端進(jìn)行監(jiān)視和控制的主控站，應(yīng)當(dāng)與配網(wǎng)

調(diào)度控制中心集成在一起。負(fù)荷控制終端裝設(shè)在用戶處，可分為單向

終端和雙向終端兩種。單向終端只能接收負(fù)荷控制中心的命令，分為

遙控開關(guān)和遙控定量器兩種。遙控開關(guān)能接收控制中心的遙控命令，

對(duì)用戶開關(guān)進(jìn)行分/合閘操作，一般用于小用戶。遙控定量器能接收控

制中心定值修改和遙控命令，多用于315?3200kVA的中等用戶。雙

向終端分為雙向控制終端和雙向三遙終端兩種。三遙控制終端能實(shí)時(shí)

采集并向中央控制機(jī)傳送電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率等負(fù)荷參

數(shù)以及開關(guān)狀態(tài)等信息，并具有當(dāng)?shù)仫@示打印、越限報(bào)警和實(shí)施當(dāng)?shù)?/p>

及遠(yuǎn)方控制等功能。三遙控制終端可以用于變電站作為小型遠(yuǎn)動(dòng)裝置,

也可用于少數(shù)特大型電力用戶。

雙向控制終端能實(shí)時(shí)采集并向中央控制機(jī)傳送有功功率.、無(wú)功功

率等信息（必要時(shí)也可采集和傳送電壓信息），并具有顯示（或打?。?、

越限報(bào)警、當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方控制以及調(diào)整定值等功能。主要用于容量為

3200kVA以上的大電力用戶。圖1是典型的無(wú)線電雙向控制終端組

成框圖。其智能部分的核心為MCS-96系列的單片微機(jī)，擴(kuò)充有存儲(chǔ)

市（地）調(diào)度中心

市（地）負(fù)荷控制中心

中小用戶縣（區(qū)）負(fù)荷控制中心計(jì)劃用電省理部門

中小用戶大用戶變電站

圖2負(fù)荷控制系統(tǒng)的基本層次

1.3.2負(fù)荷控制系統(tǒng)的功能

管理功能。編制負(fù)荷控制實(shí)施方案，以及日、月、年各種報(bào)表的

打印。

負(fù)荷控制功能。定時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)送分區(qū)、分組廣播命令，進(jìn)行

跳/合閘操作；發(fā)送功率控制、電能量控制的投入/解除命令；峰、谷

各時(shí)段的設(shè)定和調(diào)整；對(duì)成組或單個(gè)終端的功率、功率控制時(shí)段、電

能量定值的設(shè)定和調(diào)整；分時(shí)計(jì)費(fèi)電能表的切換；系統(tǒng)對(duì)時(shí)；發(fā)送電

能表讀數(shù)凍結(jié)命令；定時(shí)和隨機(jī)遠(yuǎn)方抄表。

數(shù)據(jù)處理功能。數(shù)據(jù)合理性檢查；計(jì)算處理功能；畫面數(shù)據(jù)自動(dòng)

刷新；異常、越限或事故告警；檢查、確認(rèn)操作密碼口令及各種操作

命令的檢查、確認(rèn)，并打印記錄；實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線（包括日、月）的繪

制，圖表顯示和拷貝；隨機(jī)查詢。

系統(tǒng)自診斷、切換及自恢復(fù)功能。主挖機(jī)雙機(jī)自動(dòng)/手動(dòng)切換：系

統(tǒng)軟件運(yùn)行異常的顯示告警；自動(dòng)或手動(dòng)自恢復(fù)功能；信道手動(dòng)/自動(dòng)

切換；顯示整個(gè)系統(tǒng)硬件包括信道的工作狀態(tài)等。

通信功能。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)

劃用電部門交換信息。

其他功能。調(diào)試時(shí)與終端通話功能；監(jiān)視配電網(wǎng)中各種電氣設(shè)備

分、合閘操作及運(yùn)行情況的功能。

1.4無(wú)線電負(fù)荷控制系統(tǒng)

在配電控制中心裝有計(jì)算機(jī)控制的發(fā)送器。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)尖峰負(fù)荷

時(shí)，按事先安排的計(jì)劃發(fā)出規(guī)定頻帶（目前為特高頻段）的無(wú)線電信

號(hào)，控制一大批可控負(fù)荷。接收器收到信號(hào)時(shí)將負(fù)荷的開關(guān)跳開c這

種控制方式適合于控制范圍不大、負(fù)荷比較密集的配電系統(tǒng)。

國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)已為電力負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)劃分了可使用頻

率（見表1）,并規(guī)定調(diào)制方式為移頻鍵控（數(shù)字調(diào)頻）方式（2FSK-

FM）,傳輸速率為5（）?6（）0bps。而具體使用的頻率要與當(dāng)?shù)責(zé)o線電管

理機(jī)構(gòu)商定。

表I全國(guó)電力負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)可使用頻率（MHz）

序號(hào)12345678910

中心站

224.1224.224.3224.4224.52228.07228.12228.17228.2228.32

發(fā)射頻

251752525555555

率

終端站

31.12231.231.3231.4231.52228.07228.17228.2228.32

發(fā)射頻228.25

5175252555555

率

在無(wú)線電信息傳輸過(guò)程中，信號(hào)受到干擾的可能性很大，從而影

響負(fù)荷控制的可靠性。為提高信號(hào)抗干擾能力，常采取一些特殊的編

碼。

圖3所示為一種無(wú)線電負(fù)荷控制碼的單元結(jié)構(gòu)。這種編碼方式用

3個(gè)頻率組成1個(gè)碼位，每1位都由有固定持續(xù)時(shí)間和順序的3個(gè)小

同頻率組成。每個(gè)頻率的持續(xù)時(shí)間為15ms,每1位碼為45ms,每個(gè)

碼位間隔5ms。當(dāng)音調(diào)順序?yàn)锳BC時(shí)，表示該碼元為“1”［見圖3

(a)］；當(dāng)音調(diào)順序?yàn)锳CB時(shí)，則表示該碼元為“0”［見圖3(b)］o

每15位碼元組成一組信息碼，持續(xù)時(shí)間為750ms［見圖3(c)］。譯碼

器必須按每一碼元的頻率、順序和每一頻率的持續(xù)時(shí)間接收、鑒別和

譯碼。譯碼器要對(duì)每一碼元進(jìn)行計(jì)數(shù)，如果不是15位就認(rèn)為有誤而

拒收。在一組碼中，前面7位是被控對(duì)象的地址碼；接下去2位是功

能碼(有告警、控制、開關(guān)狀態(tài)顯示、模擬量遙測(cè)四種功能)；最后

6位為數(shù)據(jù)碼，即告警代號(hào)、開關(guān)號(hào)或模擬量的讀數(shù)。

圖3一種無(wú)線電負(fù)荷控制碼的單元結(jié)構(gòu)

(a)碼元為“1"：(b)碼元為"0"；(c)一組信息碼

主控站利用控制設(shè)備和無(wú)線電收發(fā)信裝置發(fā)出指令，可同時(shí)控制

128個(gè)被控站;也能從被控站接收各種信息,并自動(dòng)打印和顯示出來(lái)，

同時(shí)存入磁盤中供分析檢查之用。主控站的發(fā)射功率一般不大于25W。

在地形不利或控制半徑大于50km時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置無(wú)人值守中繼站。

被控站接受主控站的無(wú)線電命令，對(duì)用戶開關(guān)進(jìn)行操作控制；同時(shí)可

通過(guò)無(wú)線電向主控站發(fā)送電流、電壓及開關(guān)狀態(tài)等信息。

1.5音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)

將167?360Hz的音頻電壓信號(hào)疊加到工頻電力波形上，可直接

傳送到用戶進(jìn)行負(fù)荷控制。這種方式利用配電線作信息傳輸媒體，是

最經(jīng)濟(jì)的控制方法，廣泛適用于各配電系統(tǒng)。

音頻控制的工作方式與電力線載波類似，有較好的抗干擾能力，

但傳播更有效。在選擇音頻控制頻率時(shí)要避開電網(wǎng)的各次諧波頻率，

選定前要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，使選用頻率具有較好的傳輸特性，又不受

電網(wǎng)諧波的影響。目前，世界上各國(guó)選用的音頻頻率各不相同，如德

國(guó)為183.3Hz和216.6Hz,法國(guó)為175Hz或316.6Hz。另外，采用音

頻控制的相鄰電網(wǎng)，要選用不同的頻率。

因?yàn)橐纛l信號(hào)也是工頻電源的諧波分量，電平太高會(huì)給用戶的設(shè)

備帶來(lái)不良影響。多種試驗(yàn)研究表明，音頻信號(hào)注入到10kV級(jí)電網(wǎng)

時(shí)，音頻信號(hào)的電平可為工頻電壓的1.3%?2%音頻信號(hào)；注入到

UOkV級(jí)電網(wǎng)時(shí)則可高些，達(dá)2%?3%。音頻信號(hào)的功率約為被控電

網(wǎng)功率的0.1%?0.3%。

1.5.1音頻控制系統(tǒng)的基本原理

音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。其主要由中央控制

機(jī)、當(dāng)?shù)乜刂破鳌⒁纛l信號(hào)發(fā)生器、耦合設(shè)備、注入互感器和音頻信

號(hào)接收器等幾部分組成

HOkV

變電站

變壓器

中

央

控

制注入互感器

機(jī)

變電站

HZHII10kV

配電網(wǎng)調(diào)度所

圖4音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1-信道匹配器；2-傳輸信道設(shè)備；3-音頻信號(hào)接收器

中央控制機(jī)安奘在負(fù)荷控制中心（一?般在配電控制中心內(nèi)），根

據(jù)負(fù)荷控制的需要發(fā)出各種指令。這些指令脈沖序列通過(guò)調(diào)制器送到

傳輸信道上，傳輸?shù)皆O(shè)在配電變電站的控制器。從配電控制中心到當(dāng)

地控制器間的信道，可以共用配網(wǎng)SCADA的已有信道。

當(dāng)?shù)乜刂破鹘拥娇刂菩盘?hào)后，控制音頻信號(hào)發(fā)生器調(diào)制出音頻信

號(hào)，然后通過(guò)耦合設(shè)備注入到10kV配電網(wǎng)中。載有負(fù)荷控制命令的

音頻信號(hào)，沿著中壓（10kV）配電線在中壓配電網(wǎng)中傳播，然后通過(guò)

配電變壓器傳到低壓（220/380V）配電網(wǎng)。設(shè)在低壓配電網(wǎng)的用戶音

頻信號(hào)接收器，接到音頻控制信號(hào)后進(jìn)行檢波，將控制命令還原出來(lái)；

由譯碼鑒別電路判斷是否是本機(jī)地址及執(zhí)行何種操作，如是，則執(zhí)行

相應(yīng)操作，反之則不予理睬。從當(dāng)?shù)乜刂破鞯降蛪贺?fù)荷開關(guān)，音頻信

號(hào)傳輸?shù)木嚯x很長(zhǎng)，控制的負(fù)荷點(diǎn)很多，是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)。

1.5.2中央控制機(jī)及音頻編碼方式

中央控制機(jī)可以是獨(dú)立的微機(jī)，也可以是配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的一

個(gè)組成部分。負(fù)荷控制命令或按照預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)律自動(dòng)定時(shí)發(fā)出,

或由配電網(wǎng)調(diào)度人員發(fā)出。中央控制機(jī)可以對(duì)發(fā)出的命令進(jìn)行返回校

核，如指令不正確，則重發(fā)一次，直到接收器正確收到指令為止。

不同國(guó)家音頻負(fù)荷控制指令碼的結(jié)構(gòu)不盡相同。圖5是音頻負(fù)荷

控制信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可見，一條指令從起始到結(jié)束歷時(shí)

101600ms（101.6s）,共含50個(gè)碼位，每個(gè)碼位占用27個(gè)工頻周波,

一條指令總共占用5080個(gè)工頻周波。用這樣長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)一條指令是

為了加強(qiáng)抗干擾能力，提高可靠性。如果配電線重合閘的動(dòng)作時(shí)間大

于信號(hào)脈沖周期時(shí)間，信號(hào)將被中斷，接收器拒絕動(dòng)作，這時(shí)中央控

制機(jī)將再發(fā)控制指令。接收器只有收到完整正確的信號(hào)時(shí)，才會(huì)執(zhí)行

控制命令。

圖5音頻負(fù)荷控制信號(hào)結(jié)槍示意圖

(a)控制指令電碼脈沖；(b)音頻信號(hào)發(fā)射機(jī)輸出音頻控制信號(hào)；

(c)相應(yīng)的工頻電壓波形；(d)音頻信號(hào)和工頻電源的疊加

控制信號(hào)編碼中的第一部分是起動(dòng)碼，占用80個(gè)工頻周波。起

動(dòng)碼后面有50個(gè)碼位，以若干位為一組，分別組成指令的地址碼和

操作碼。例如，用前1()個(gè)碼位作為音頻發(fā)射器的地址，用10取2的

組合，可以在一個(gè)配電網(wǎng)中同時(shí)安裝45臺(tái)有不同地址碼的音頻發(fā)生

器(也可以幾臺(tái)發(fā)射器共用一個(gè)地址碼來(lái)擴(kuò)大控制范圍)，把其后的

20個(gè)碼位作為接收機(jī)的地址碼，采用20取2的組合，可以有190個(gè)

不同的地址碼。實(shí)際應(yīng)用時(shí)常將幾個(gè)、幾十個(gè)以至幾百個(gè)同一類別的

被控負(fù)荷用同一個(gè)地址表示，可更加擴(kuò)大負(fù)荷控制的范圍。例如，如

果將100個(gè)接收器為一組，上述的190個(gè)地址就能控制19000個(gè)負(fù)

荷。圖5中，其余的碼位為操作碼。

153.當(dāng)?shù)乜刂破?/p>

當(dāng)?shù)乜刂破饕彩且慌_(tái)微機(jī)或單板機(jī)。它除了接收來(lái)自中央控制機(jī)

的指令并轉(zhuǎn)發(fā)給音頻發(fā)生器之外，還對(duì)音頻發(fā)生器發(fā)出的指令進(jìn)行監(jiān)

視和校核，如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則令其重發(fā)。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的變電站的

當(dāng)?shù)乜刂破魇菃为?dú)設(shè)置的；在已實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的變電站，其功能由

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)完成。

當(dāng)?shù)乜刂破饕部梢耘渲猛獠吭O(shè)備(包括顯示器、打印機(jī)和鍵盤等),

用以顯示或記錄指令的內(nèi)容和時(shí)間。配電變電站的運(yùn)行人員可以就地

發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)刎?fù)荷控制。

1.5.4音頻信號(hào)發(fā)生器

音頻信號(hào)發(fā)生器的作用是發(fā)出音頻信號(hào)。它是一個(gè)受控的整流一

逆變裝置，可以將直流逆變成音頻交流信號(hào)。音頻信號(hào)發(fā)生器受當(dāng)?shù)?/p>

站控機(jī)控制，當(dāng)指令中某個(gè)碼位是1”時(shí)即發(fā)出音頻信號(hào)，在空位時(shí)間

和碼位為“0"時(shí)則不發(fā)出音頻信號(hào)。

1.5.5音頻信號(hào)注入配電網(wǎng)的方式

音頻信號(hào)注人配電網(wǎng)的方式有串聯(lián)注入、并聯(lián)注入和零序注入方

式。音頻信號(hào)可以在H)、35kV和UOkV各電壓等級(jí)的配電網(wǎng)中注入。

被注人的配電網(wǎng)等級(jí)越高，信號(hào)傳輸?shù)牡爻窃綇V，所需的注入功率也

越大。音頻負(fù)荷控制所需的音頻信號(hào)發(fā)生器的輸出功率最大可達(dá)數(shù)百

千瓦。圖6(a)所示為音頻信號(hào)串聯(lián)注入的原理接線圖。圖6(b)

是音頻信號(hào)并聯(lián)注入的原理接線圖。圖7是音頻信號(hào)零序注入的原理

接線圖。零序注入的顯著優(yōu)點(diǎn)是音頻信號(hào)發(fā)射機(jī)功率小，僅有幾瓦，

但這種方式下音頻信號(hào)只能在10kV電網(wǎng)中傳輸。用戶接收機(jī)可接在

10kV電壓互感器開口三角繞組端口，或者另用三個(gè)相同電容接成星

形，從中點(diǎn)經(jīng)可調(diào)電阻RP接地，在RP兩端接收信號(hào)。如果接收機(jī)

安裝在低壓側(cè)相地之間，則因信號(hào)太弱不能正常工作。圖7中，濾波

器1應(yīng)當(dāng)阻擋工頻而通過(guò)音頻，濾波器2的作用則相反。

圖6音頻信號(hào)注入的原理接線圖

(a)串聯(lián)注入：(b)并聯(lián)注入

1.5.6音頻信號(hào)接收機(jī)

音頻信號(hào)接收機(jī)裝設(shè)在用戶處，用以接收音頻負(fù)荷控制信號(hào)，而

后操作用戶開關(guān)。接收機(jī)的譯碼鑒別電路判斷控制指令中的地址碼是

否與該接收機(jī)的地址一致。如果一致，接收機(jī)就接收操作指令，并送

到執(zhí)行回路完成操作指令規(guī)定的操作。

目前，音頻接收機(jī)正向高集成度、高可靠性和多功能方向發(fā)展。

一個(gè)接收機(jī)可設(shè)定地址多至6個(gè)，以分別控制用戶的6類不同設(shè)備。

1.6工頻負(fù)荷控制系統(tǒng)

工頻負(fù)荷控制也是利用配電線作為信息通道。工頻信號(hào)發(fā)射機(jī)可

使工頻電壓波在過(guò)零點(diǎn)附近發(fā)生微小畸變，用這種畸變傳遞負(fù)荷控制

信息。由于畸變量很小，對(duì)電能質(zhì)量不產(chǎn)生明顯影響，而檢測(cè)器則可

以檢測(cè)出這種波形畸變。按照一定的規(guī)則對(duì)一系列工頻電壓波過(guò)零點(diǎn)

打上“標(biāo)記”，就可以編碼發(fā)送負(fù)荷控制信息。與脈動(dòng)音頻控制相比,

工頻控制設(shè)備更簡(jiǎn)單，投資更節(jié)省，同時(shí)工頻控制技術(shù)不存在由于駐

波帶來(lái)的盲點(diǎn)問(wèn)題。目前在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于零散負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方自

動(dòng)抄表領(lǐng)域。

HO-220kV

IOkV用戶電壓互感器

消

音

孤

頻

線

圈

信

號(hào)

發(fā)

射

機(jī)

圖7音頻信號(hào)零序注入的原理接線圖

位于配電網(wǎng)調(diào)度所的中央控制器發(fā)出的工頻脈沖負(fù)荷控制命令,

經(jīng)調(diào)制后由配電SCADA通道傳送到變電站的當(dāng)?shù)乜刂破?。?dāng)?shù)乜刂?/p>

器在收到起始碼后，就進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，在收到正確指令后就把這一指

令裝人工頻信號(hào)發(fā)射機(jī)。工頻信號(hào)發(fā)射機(jī)根據(jù)控制指令在需要的時(shí)刻

發(fā)出觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)功率放大后去觸發(fā)輸出電路中三個(gè)大功

率晶閘管。三個(gè)大功率晶閘管分別與配電網(wǎng)A、B、C三相直接相連。

當(dāng)圖9中某相晶閘管按指令在某個(gè)電壓過(guò)零瞬間導(dǎo)通時(shí)，即造成該相

瞬間短路接地。短路電流流過(guò)配電變壓器，使配電變壓器輸出電壓波

形在過(guò)零處發(fā)生了畸變。這種微小的波形畸變就可傳達(dá)負(fù)荷控制指令。

變

電

站

I

由由工頻信號(hào)接收機(jī)

圖8工頻負(fù)荷控制系統(tǒng)的配置框圖

10/0.4kVA

B

C

圖9工頻信號(hào)發(fā)射機(jī)輸出電路圖和波形圖

(a)電路圖；(b)一項(xiàng)輸出波形

配電變壓器輸出信號(hào)逋過(guò)配電線，送到用戶處的工頻信號(hào)接收機(jī)。

工頻信號(hào)接收機(jī)從電力波形中檢出控制信號(hào)，并把工頻控制信號(hào)中的

地址碼與該接收機(jī)的地址碼進(jìn)行核對(duì)，如兩者一致，則按工頻控制信

號(hào)中的操作碼對(duì)用戶開關(guān)進(jìn)行控制。

工頻信號(hào)指令由一串代碼構(gòu)成，通常包括起動(dòng)碼、指令碼（包括

地址碼和操作碼）、小組結(jié)束碼和總結(jié)束碼。起動(dòng)碼使當(dāng)?shù)乜刂破髌?/p>

動(dòng)以接收指令。小組結(jié)束碼表示一條指令的結(jié)束。圖10是我國(guó)目前

采用的一種碼型。它的一條指令占有34個(gè)工頻周波。第一個(gè)周波上

的碼是起動(dòng)碼，它命令所有的工頻信號(hào)接收機(jī)都開始工作，處十接收

狀態(tài)。接著是地址碼，在第3,5,…，23共11個(gè)周波中（只用奇數(shù)

周波），地址碼只用3個(gè)碼位，因此就有Ch=165個(gè)不同的地址。一

個(gè)地址可由一個(gè)或幾個(gè)接收機(jī)使用。操作碼安排在第25、27、29、31

共4個(gè)周波，每一碼位代表一種操作，如0010表示合閘，1000表示

拉閘。第34個(gè)周波為結(jié)束碼。接收機(jī)在接到一條指令時(shí)先進(jìn)行校驗(yàn)，

有不符合上述規(guī)則就被認(rèn)為是錯(cuò)碼。一條指令要分別在A、B、C三

相中各輪流發(fā)3次（共9次）。每次之間停14個(gè)周波，這樣一條指

令共需432個(gè)周波，歷時(shí)8.64so用這樣長(zhǎng)時(shí)間可以提高抗干擾能力，

而對(duì)系統(tǒng)和被控負(fù)荷都是容許的。

工頻負(fù)荷控制結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，投資不多，但要求工頻電壓波原有

的失真要小，否則就容易使作為控制信號(hào)的波形畸變難以檢測(cè)。目前

工頻信號(hào)是從低壓網(wǎng)（380/220V）側(cè)注入的，控制范圍較小。

1.7電力線載波負(fù)荷控制系統(tǒng)

電力線載波負(fù)荷控制系統(tǒng)也是用電力線傳送負(fù)荷控制信號(hào)，工作

方式與音頻負(fù)荷控制有很多相似之處。與音頻負(fù)荷控制系統(tǒng)相比，電

力線載波負(fù)荷控制系統(tǒng)的載波頻率較高，通常為5-30kHz,因而耦

合設(shè)備簡(jiǎn)單；其次，載波信號(hào)發(fā)生器的功率較小，但為了使處于電網(wǎng)

末端處的用戶端有足夠電平的信號(hào)，有時(shí)要裝設(shè)載波增音器；此外,

由于載波頻率較高，對(duì)電網(wǎng)中安裝的補(bǔ)償電容器組要采取必要措施,

以避免補(bǔ)償電容器吸收載波信號(hào)。

電力線載波負(fù)荷控制系統(tǒng)的負(fù)荷控制指令由中央控制機(jī)發(fā)出。各

變電站的載波信號(hào)發(fā)生器及其控制器接收到中央控制機(jī)的指令后，將

指令調(diào)制成載波信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)給用戶的載波信號(hào)接收機(jī)。用戶端的載

波信號(hào)接收機(jī)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行譯碼、鑒別，如是該機(jī)地址的控制命

令，則執(zhí)行命令規(guī)定的操作。

用戶端的載波信號(hào)接收機(jī)可擴(kuò)充為具有簡(jiǎn)單信息收集及發(fā)送功

能的雙向終端設(shè)備，將用戶端的開關(guān)狀態(tài)、負(fù)荷、電壓等幾個(gè)主要參

數(shù)的信號(hào)發(fā)送到變電站。變電站的載波信號(hào)發(fā)生器及其控制器接收來(lái)

自用戶端的載波信號(hào)后，將信號(hào)返送回中央控制機(jī)。中央控制機(jī)同時(shí)

執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行工況監(jiān)視處理、制表打印、記錄等功能，這樣就

把負(fù)荷控制系統(tǒng)與配電網(wǎng)監(jiān)視與控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。

載波信號(hào)的注入和接收分為相一相、相一地和零序三種注入/接

收方式。其中，前兩種方式的信號(hào)易被變壓器等吸收，要求發(fā)送功率

大一一些。此外，為了將信號(hào)傳輸?shù)降蛪河脩?，有時(shí)還要根據(jù)情況增設(shè)

增音器和阻波器。采用零序方式時(shí)，電網(wǎng)中相間負(fù)荷或補(bǔ)償電容器均

不吸收信號(hào)功率，發(fā)送功率小，不需增音器、阻波器等設(shè)備。零序方

式只在本級(jí)電網(wǎng)中傳輸，可在任何位置通過(guò)中性點(diǎn)接收和注入，適合

對(duì)本級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行集中控制和管理。

零序注入/接收方式的載波電力負(fù)荷控制系統(tǒng)如圖11所示。以圖

中的10kV配電系統(tǒng)為例，變電站的載波信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的載波信號(hào),

通過(guò)耦合設(shè)備注入到10kV母線上。由于三角形接法的主變壓器和補(bǔ)

償電容器，以及不接地星形配電變壓器不能通過(guò)零序載波信號(hào)，所以

對(duì)信號(hào)呈開路狀態(tài)C轉(zhuǎn)角變壓器和消弧線圈雖然跨接在零序網(wǎng)絡(luò)上,

但因?yàn)檩d波頻率很高（高于工頻幾十倍），所以其吸收作用很小C載

波信號(hào)沿配電線路可以傳送到各用戶處，用戶處的耦合設(shè)備將信號(hào)耦

合給用戶終端，這樣就完成了載波信號(hào)的下行傳輸。同樣，用戶終端

的返回信號(hào)也可通過(guò)上述路徑傳輸?shù)阶冸娬就瓿奢d波信號(hào)的上行傳

輸。

圖II零序注入/接收方式的載波電力負(fù)荷控制系統(tǒng)

（a）系統(tǒng)接線示意圖；（b）10kV耦合設(shè)備安裝示意圖

1.8需方用電管理

需方（即用戶方）用電管理（DSM）主要包括負(fù)荷管理（LM）、

用電管理和需方發(fā)電管理等。

1.8.1.負(fù)荷管理

負(fù)荷管理主要根據(jù)需要來(lái)控制用戶負(fù)荷。我國(guó)傳統(tǒng)的負(fù)荷控制是

在系統(tǒng)發(fā)電容量不足的情況下，用削峰、填谷和錯(cuò)峰等控制手段，采

取抑制負(fù)荷的方法來(lái)改善負(fù)荷曲線。隨著系統(tǒng)發(fā)電容量的增加，這種

負(fù)荷控制方式必須改變。先進(jìn)的負(fù)荷控制理念應(yīng)是根據(jù)用戶的不同用

電需求，計(jì)及天氣因素及建筑物的供暖特性，并根據(jù)分時(shí)電價(jià)，確定

滿足用戶需求的最優(yōu)運(yùn)行方式，對(duì)用戶開關(guān)加以科學(xué)的控制，以便用

最少的電量獲得最好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)供電公司，負(fù)荷管理可以

平滑負(fù)荷曲線，節(jié)約電力，減少供電費(fèi)用，推遲電源投資；而對(duì)用戶

方面，則能在不影響用電舒適度的前提下減少電費(fèi)支出。

負(fù)荷管理（LM）的直觀目標(biāo)，就是通過(guò)削峰填谷使負(fù)荷曲線盡

可能變得平坦。有時(shí)由LM獨(dú)立實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有的則需與配電

SCADA、AF/FM/GIS及應(yīng)用軟件PAS配合。表2列出了LM內(nèi)容與

其他關(guān)系的功能。

表2負(fù)荷管理（LM）內(nèi)容及其他功能的關(guān)系

負(fù)荷管

具體內(nèi)容

理功能

（1）變電站饋

線負(fù)荷監(jiān)測(cè)

（2）變電站饋SCADA/LM

負(fù)荷監(jiān)線開關(guān)監(jiān)測(cè)SCADA/LM

視（3）饋線末端SCADA/LM

電壓監(jiān)測(cè)LM

（4）用戶電能

表監(jiān)測(cè)

(1)降壓減負(fù)

荷

LM降壓5%,負(fù)荷功率降10%,不必停電；熱

負(fù)荷控(2)用戶負(fù)荷

LM水器及制冷負(fù)荷可以周期性輪切；緊急時(shí)切

制周期控制

LM除負(fù)荷

(3)用戶負(fù)荷

切除

(1)負(fù)荷管理

PAS/LM

負(fù)荷管方案制定及評(píng)價(jià)

PAS/LM降3種控制方式組合，導(dǎo)出最優(yōu)方案

理(2)符合預(yù)計(jì)

GIS/LM

(3)設(shè)備管理

1.8.2用電管理

用電管理系統(tǒng)，對(duì)電力用戶的名稱、地址、聯(lián)系人、電話、賬號(hào)、

繳費(fèi)等用戶基本信息，以及用電性質(zhì)、用電量和負(fù)荷、停電次數(shù)、電

壓水平等用電信息進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理，并在此基礎(chǔ)上完成抄表收費(fèi)、用

電申請(qǐng)、業(yè)務(wù)擴(kuò)充、故障報(bào)修等用戶服務(wù)和用電管理功能。

自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)可用于不同層次：適應(yīng)電力市場(chǎng)交易，滿足發(fā)電、

輸電、配電及轉(zhuǎn)供等需要的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；適合于不同發(fā)電企業(yè)、供電公

司的計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；還有直接記錄各家各戶的自動(dòng)抄表系統(tǒng)。以上系

統(tǒng)都涉及計(jì)量設(shè)備、數(shù)據(jù)通信和計(jì)費(fèi)，甚至涉及與費(fèi)用結(jié)算部門(銀

行)之間的信息交換。

業(yè)務(wù)擴(kuò)充是指用戶報(bào)裝、接電等一系列用電業(yè)務(wù)服務(wù)，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)操作，以提高處理速度，節(jié)省人力，改善勞動(dòng)條件，提高服務(wù)

質(zhì)量，也便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和管理。

停電管理系統(tǒng)(電話投訴熱線)負(fù)責(zé)用戶電話投訴處理、故障定

位、事故搶修調(diào)度等故障管理功能以及停電計(jì)劃管理功能，對(duì)用戶來(lái)

說(shuō)，非常關(guān)心的是：①某處停電了，電力公司是否知道；②電力公司

采取了什么措施，什么時(shí)候能恢復(fù)供電；③停電范圍有多大；④計(jì)劃

停電的預(yù)先通知。這些信息幾乎全能從調(diào)度員那里獲得。另外，調(diào)度

員也需要從用戶的電話中知道配電網(wǎng)哪里出現(xiàn)了故障。

電話投訴熱線系統(tǒng)由程控電話交換機(jī)和計(jì)算機(jī)分析顯示組成，程

控電話交換機(jī)的主要功能是自動(dòng)錄音回答：計(jì)算機(jī)分析主要是進(jìn)行電

話分類。每個(gè)電話打進(jìn)來(lái)，計(jì)算機(jī)應(yīng)判別這個(gè)用戶的停電地點(diǎn)是否屬

于已知故障影響的用戶。若是，則調(diào)出該故障相應(yīng)的用戶關(guān)心的信息

自動(dòng)放音：若不是，一方面通知調(diào)度員可能的新故障，一方面告知用

戶所需要采取的措施。由于使用了電話號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)和

語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)，已不需調(diào)度員或電話員干預(yù)。歷史上，很多電力公

司的電話熱線和用戶系統(tǒng)是使用大型機(jī)及字符終端顯示，現(xiàn)在的發(fā)展

趨勢(shì)則是使用圖形顯示并與其他系統(tǒng)集成。

1.83需方發(fā)電管理

有的工業(yè)用戶出于可靠、經(jīng)濟(jì)等方面考慮，裝有各種自備電源,

如柴油機(jī)發(fā)電，太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電，自備熱電站和小水電站等。這些

自備電源保證用戶用電可靠性，還可對(duì)電網(wǎng)削峰填谷起調(diào)節(jié)作用。但

它們有時(shí)會(huì)有部分電力注入配電網(wǎng)，如在晚間則可使電網(wǎng)運(yùn)行惡化。

把這些電源置于控制或管理之中，將有利于配電網(wǎng)的運(yùn)行，增加供電

的可靠性，并有可能提高電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

總之，需方用電管理（DSM）則從更大的范圍來(lái)考慮負(fù)荷曲線這

一問(wèn)題。它通過(guò)發(fā)布一系列經(jīng)濟(jì)政策以及應(yīng)用一些先進(jìn)的技術(shù)，來(lái)影

響用戶的電力需求，以減少電能消耗，推遲、甚至少建新電廠，是一

項(xiàng)充分調(diào)動(dòng)用戶參與的積極性，充分利用電能，進(jìn)而改善環(huán)境的系統(tǒng)

工程。例如，采用分時(shí)（峰谷）電價(jià)、分季電價(jià)、地區(qū)電價(jià)、論質(zhì)電

價(jià)、需量電價(jià)等多種電價(jià)形式，使電價(jià)隨需求變化，刺激用戶從經(jīng)濟(jì)

角度出發(fā)，自行安排廠用電時(shí)間，給電網(wǎng)帶來(lái)削峰填谷的效果；用戶

還可按電費(fèi)支出最小的原則用微處理器制定用電策略，實(shí)施自我控制;

供電部門也可用先進(jìn)技術(shù)手段傳送實(shí)時(shí)電'介，用戶接收后再根據(jù)預(yù)定

的用電策略自我控制用電。顯然，多種電價(jià)的使用，必須由各種新型

的電表配合。有關(guān)內(nèi)容參見表3。

表3需方用電管理（DSM）項(xiàng)目及各方利益

由力公司

項(xiàng)H手段和效果用戶利益

利益

手段：直接注制用戶電氣設(shè)備抑制投資

負(fù)荷曲線效果：減少負(fù)荷用電量；節(jié)約峰荷用保持生活質(zhì)量不變節(jié)費(fèi)用

削峰的高價(jià)燃料；推遲新擴(kuò)增發(fā)、供電設(shè)省電費(fèi)支出節(jié)省燃料

備及其費(fèi)用

提高綜合

手段：夜間蓄能式電熱水器

負(fù)荷曲線保持生活質(zhì)最不變節(jié)利用率

效果：增加發(fā)電設(shè)備利用率，降低成

填谷省電費(fèi)支出增加電費(fèi)

本

收入

手段：引人蓄冷式空調(diào)；推行峰谷分

時(shí)、分季電價(jià)

負(fù)荷曲線保持生活質(zhì)量不變節(jié)提高綜合

效果：減少負(fù)荷用電量；節(jié)約峰荷用

錯(cuò)峰省電費(fèi)支出利用率

的高價(jià)燃料；推遲新擴(kuò)增發(fā)、供電設(shè)

備

提高供電

手段：引入可停電電價(jià)提高負(fù)荷