（电力系统及其自动化专业论文）中小型电力用户负荷管理系统的研究.pdf

东南大学顾士学位论文 中小型电力用户负荷管理系统的研究 a b s t r a c t p o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi st h ea p p l i c a t i o no fs e v e r a ls u b j e c t ss u c ha sm o d e r nm a n a g e m e n t ， a p p l i c a t i o no fc o m p u t e r , a u t o m a t i cc o n t r o la n di n f o r m a t i o n ，a n di sac o m p l e t em u l t i - f u n c t i o n a ls y s t e m w h i c hi n t e g r a t e sp o w e rb u s i n e s ss u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n t ，b u s i n e s sc o p y , d a t aa c q u i s i t i o na n dn e t w o r k c o n n e c t i o n b yl o a dm a n a g e m e n ts y s t e me l e c t r i cl o a dc a nb ee f f e c t i v e l ym a n a g e da n dc o n t r o l l e dt or e a l i z e i m p r o v i n gl o a dc u r v e ，a d v a n c i n gu s i n gr a t eo fp o w e rs u p p l ye q u i p m e n t ，p r e v e n t i n gp o w e rc u ta n da v o i d i n g t h ei n f l u e n c eo np r o d u c ea n dl i f e t h e ；v i d ea p p l i c a t i o no fl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e c o m eat r e a do f a u t o m a t i ct e c h n o l o g yo f e l e c t i v i t ye n t e r p r i s eb e c a u s eo fi t si m p o r t a n te f f e c to np r o d u c ea n dm a n a g e m e n to f c u r r e n te l e c t r i cc o m p a n y i nr u r a lp o w e rn e t w o r k ，m e d i u ma n ds m a l l s i z e dc u s t o m e rh a sc h a r a c t e r i s t i c so fs m a l lc a p a c i t y , d i s p e r s e dd i s t r i b u t i o na n ds m a l la m o u n to fd a t aa c q u i s i t i o n a i m i n ga tt h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ，an e wl o a d m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) n e t w o r ki sp r e s e n t e di nt h i s p a p e r t h em a i nw o r k so f t h i sp a p e ra r ea sf o l l o w ： 1 ，an e wm a n a g e m e n tm o d eo fl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi nm e d i u ma n ds m a l lp o w e rs u p p l ys y s t e m ， e s p e c i a l l yi n r u r a ln e t w o r k ，i sp r o p o s e di n t h i sp a p e ro nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so ft h ec o m p o n e n t s ， c h a r a c t e r i s t i c s ，f l m c t i o n sa n dm a n a g e m e n tm o d eo fp r e s e n tl o a dc o n t r o ls y s t e m ，a n dt h ep r a c t i c a ld e m a n d s o f t h el o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi nr u r a lp o w e rn e t w o r ka n dan e wl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi nd i s t r i b u t i o n n e t w o r ki sd e s i g n e db a s e do r lg s mc o m m u n i c a t i o n 2t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e o fr e m o t el o a dt e r m i n a li nt h en e wl o a d m a n a g e m e n ts y s t e ma r e d e s i g n e df o rm e d i u ma n ds m a l l s i z e dc u s t o m e r , i n c l u d i n gd a t aa c q u i s i t i o n ，t h ea cs a m p l i n ga r i t h m e t i c ， c o m m u n i c a t i o nm o d u l ea n di n t e g r a t i o no f l o a dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e r m i n a l 3 al o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi s d e s i g n e db a s i c a l l yf o rm e d i u ma n ds m a l ls i z e dc u s t o m e rt os a t i s f y d e m a n d so fr u r a ln e t w o r km a n a g e m e n t t h ep r i n c i p l ef l o wd i a g r a mo fm a n a g e m e n tf u n c t i o n si n s u p e r v i s o r yc e n t e ri sd e s i g n e di nd e t a i la sw e l la sp a r t so f s o f t w a r e 4 t h ed e f i c i e n c i e so fp r e s e n tl o a dm a n a g e m e n ts y s t e ma r ea n a l y z e d a n dt h ed e v e l o p m e n to ft o a d m a n a g e m e n ti sd i s c u s s e d t h ei n t e g r a t i o np l a no fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi sp r o p o s e dt op r o m o t e t h ed e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to f t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo f d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m k e y w o r d s ：l o a dm a n a g e m e n ts y s t e m ( l m s ) ，g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ( g s m ) ，d a t aa c q u i s i t i o n ，e l e c t r i c i t yl a r c e n yp r e v e n t i o n ，r e m o t el o a dt e r m i n a l 第1 i 页 东南大学学位论文独创- 陛声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名埤! 日期! ：；! ! 兰 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电于文档 的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借 阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。沦文的公布( 包括刊登) 授权东 南大学研究生院办理。 研究生签名二单导师签名辇日期! 兰2 ：三， 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电五个基本环节构成的一个有机系统。电力系统的 自动化管理系统可分为能量管理系统e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 和配电管理系统d m s ( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 两部分。其中，能量管理系统e m s 主要用于对发电、输电部分 的管理：配电管理系统d m s 主要用于对配电、用电部分的管理m4 1 。e m s 与d m s 在电力系统中的 关系如图1 1 所示。 图1 1e m s 与d m s 在电力系统中的关系 配电管理系统d m s 的内容包括配电自动化系统d a s ( d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ) 、网络优化 和运行分析n a ( n e t w o r k a n a l y s e s ) 、工程管理系统e m s ( e n g i n e e r i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、故障管 理系统f m s ( f a u l tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、计划管理系统p m s ( p r o j e c tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 和调度 员培训仿真d t s ( d i s p a t c h e r t r a i n i n g s i m u l a t o r ) 等功能。 配电自动化系统d a s 是实现远方实时监视、协调和控制配电设备的自动化系统，是配电管理系 统的主要内容之一。其内容包括配电网数据采集与监控s c a d a 、地理信息系统g i s ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和需方管理d s m ( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 儿部分，其中需求侧管理d s m 包括负荷监控和管理l c m ( l o a dc o n t r o la n dm a n a g e m e n t ) 和远方抄表与计费自动化a m r ( a u t o m a t i o nm e t e rr e a d i n g ) 等功能。 配电管理系统d m s 和配电自动化系统d a s 的涵盖关系如图1 2 所示。 配 电 管 理 系 统 d m s 配也自动化系统凸峪 _ t _ j 数据罪集和监控s c d 竺竺旧匦 。1 。一。_ + _ 。+ 一 配电工程管理系统i 面i 面面孑i 运泵i 一：11 兰竺! _ j ! 配电计划管理系统l 渊度员培训仿真 电压管理和无功控制 变电站自动化s 馈线自动化f 缸荷监控与管理 远方抄表与i 十费自 幽1 2d m s 和d a s 的涵盖关系 配电自动化系统可以有效提高配电网的运行可靠性和效率，提高电能的质量，降低劳动强度 充分利用现有设各的能力，为用户和电力公司带来可观的效益。 第1 页 东南大学硕士学位论文中小型电力用户负衙管理系统的研究 负荷管理系统是配电自动化系统的重要组成部分，是实现计划用电、节约用电和安全用电的技 术手段。负荷管理系统的前身是负荷控制系统，其主要功能是限电，平缓负荷曲线。随着现代通信 技术、计算机技术及自动控制技术的发展，负荷管理系统的功能已得到很大扩充，除限电外，还具 有数据采集、远方抄表，自动计费、信息发布、小火电上网监测、负荷预测、线损分析等功能，还 为供电企业的营业、用电管理、生产计划、计量等部门提供实时数据服务，成为一个实时的综合管 理系统呻】。 1 2 配电自动化系统的发展及现状 配电自动化系统在国外和国内都经历了一个由分散到集中、从单一功能到综合功能的发展过程。 1 2 1 国外发展及现状 2 0 世纪6 0 年代初，配电自动化系统首先在欧、美、日等国家得到较大的发展。8 0 年代后期兴 起了配电自动化系统的发展热潮，其中美国、日本发展较快。到t 9 0 年代，这些国家在配电自动化 的设备配置、网络结构、自动化通道、计算机网络、操作电源和操作机构等方面都取得了较人突破， 其中供电可靠性、供电质量、供电量及节能等方面得到了较大的提高。 总的来说，国外配电自动化系统的发展大致经历了三个阶段： 第一阶段是局部馈线自动化阶段。在2 0 世纪6 0 年代中厉期，应用重合器和分段器，在重要线路 故障时通过自动化开关设各相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电提高了供电可靠性。这一 阶段以日本东芝公司的重合器与电压时间型分段器配合模式和美国c o o p e r 公司的重合器与重台器配 合模式为代表。这类系统的自动化程度较低，仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，因 而不能优化运行方式；调整运行方式后，需要到现场修改设定值：恢复健全区域供电时，无法采取 安全和最佳措施：隔离故障时需要经过多次重合，对设备的冲击较大。 第二阶段是监控自动化阶段。2 0 世纪7 0 年代，主要基于通信网络、馈线终端单元f t u ( f e e d e r t e r m i n a lu n i t ) 和后台计算机网络构成配屯自动化系统。它在配电网正常运行时也能起到监视配电网 运行状况和遥控改变运行方式的作用；在故障时，它能及时发现，并由调度员通过遥控，隔离故障 犀域和恢复健全区供电。同时配电线自动化、营业自动化和负荷控制自动化等自动化系统也有大龟 使用。但由于当时计算机发展水平较低，未能形成系统，故未能使配电自动化形成一个完整的计算 机系统。 第三阶段是运行、管理综合自动化阶段。2 0 世纪8 0 年代后期以后，微机和光纤技术的发展和进 步，为形成综合配电自动化系统提供了可能，使配电自动化系统基本形成了先进的通信技术和微机 技术相结合的综台自动化系统。它的主要特点是在第二阶段的配电自动化系统的基础上，增加了闭 环自动控制功能、由计算机自动完成故障处理等功能。 可见国外配电自动化系统的发展经历了从各种单项自动化林立，号称为“多岛白动化”的配 电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目前已经具有相当的规模，而 且从提高配电网运行的可靠性和效率，提高供电质量、降低劳动强度，充分利用现有设备的能力， 缩短停电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的经济效益和社会效益“。 第2 页 第l 章绪论 1 , 2 2 国内发展及现状 我国的配电自动化开始于2 0 世纪8 0 年代初期，但由_ 丁各种因素的影响进展较慢。九十年代以来， 随着我国国民经济的飞跃发展和人民生活水平的不断提高；同时随着供电部fj 逐渐进入市场经济火 环境，电力供方和需方都已经充分认识到配电自动化可以提高供电可靠性、保让电能质量，提高经 济效益。因而，国内电力部门和部分制造厂家积极台作，研制并生产了适合于我国国情的枉上开关、 远方监控装置等配电自动化设各。 目前，我国从设备制造水平和技术上实现配电自动化已没有任何困难但要在全国配电网中全 面实现配电自动化面临着以下两方面问题：一是供电企业应根据自身实际情况，对配电系统自动化 实行总体设计和统一规划。寻求一种“性价比”较好，符合长远发展方向，可以分步有序实施的系 统；一是虽然输电网自动化的许多成熟经验和国外配电网自动化的一些成熟经验都可以借鉴，但我 国配电网存在自身的特点如容量大、网络结构复杂而缺乏标准化、管理功能分散等，对配电自动 化的实施带米很大的困难。所以实现标准化是非常重要的，尤其是自动化设备和通信规约的标准化。 对制造部门米说，可通过扩大生产规模来降低制造成本和售价而争取更多市场和利润；对电力部门 来说，可减少购置设备费用，简化殴计，加速建设进程，降低人员培训费用，从而提高供电质量和 服务质量”j 。 1 3 负荷管理系统的发展和现状 负荷管理系统是配电自动化系统的重要组成部分，是一个集现代化管理、计算机应用、自动控 制和信息等多学科技术于一体，实现数据采集、电力营销监控、电力营销管理、网络连接等多种功。 能的综合系统【”。对电力生产、电力营销具有十分重要的意义。 1 3 1 国外发展及现状 负荷管理系统的前身是负荷控制系统，其主要功能是限电、平缓负荷曲线。电力负荷控制最早 起源于1 9 世纪末和2 0 世纪初在1 8 9 7 年，约瑟夫若丁就提出用不同电价鼓励客户均衡用电：1 9 1 3 年， 都德尔发表论文，论述了将一个2 0 0 h z l l 0 v 的信号叠加在电力线路上用来控制路灯和热水器，这是最 早的负荷控制方案。到2 0 世纪3 0 年代，英国就应用了音频技术对负荷进行集中控制及分敞定时控制， 并很快地传播到欧洲各国。 到3 2 0 世纪6 0 年代初，信号发生器、接收器开始电子化，并逐步采用计算机技术，音频控制技 术得到迅速的发展。在欧洲应用最广泛的有法国、德国、瑞士、比利时等国，与此同时澳人利亚、 新西兰等国也大量采用。 英国在多年使用分散型定时开关控制方案后，深感其不灵活性，在1 9 8 5 年开发使用无线电台发 射集中控制信号的方案，h 省了大阜人力。并在欧洲其他各国相继采用。 日本和美国自2 0 世纪6 0 年代开始关注负荷控制技术，对欧洲进行考察，引进技术，并组织大量 人力、物力进行改造，由单向控制向双向数据传输系统，由电力负荷控制应用向多方面控制应用发 展。 经过一个世纪的发展，国外发达国家的负荷管理装置已经趋于完善和成熟，在节约能源，经济 并有序用电方面发挥了重人的作用。 第3 页 东南人学硕士学位论文中小型电力用户负荷管理系统的研究 1 3 2 国内发展及现状 我国的负荷管理系统也已有2 0 多年的发展历史。2 0 世纪7 0 年代末由于当时电力供应处于紧张 状态，电网的结构也比较薄弱。为了保证电网的安全，减少丈面积拉闸限电，减少由，丁减负荷给企 业造成的经济损失，也为了加强有序计划崩电的管理，削峰填谷，平滑整个系统的负荷曲线，于是， 借鉴欧洲负荷控制装置的技术，自主研制分散型负荷控制装置和集中控制装置，并投入运行。实现 的功能主要是限电、保证重点用户为主，在当时用电紧张时，发挥了积极的作用。 进入2 0 世纪9 0 年代中后期，我国电力供需矛盾趋于缓和，有些地区甚至出现电力过剩现象负 荷控制装置不能发挥作用了，许多地区将负控装置完全退出运行。因此，负荷控制装置的局限生成 为人们议论的焦点。如何扩充负控系统功能，使大鼍投资建设的负控系统继续发挥作用，创造更多、 更大效益是迫切需要解决的问题。 随着现代通信技术、计算机技术和自动控制技术的发展，负控系统功能已经得到扩充，不仅局 限丁传统意义上的限电功能，还可以实现数据采集、远方抄表、自动计费、信息发布、防窃电、负 荷预测、线损分析、小火电上网监测等功能。 自去年以来，随着国民经济的飞速发展， 置的运行又成为热点，并担负起削峰、填谷、 大的作用。 全国范闱内又出现了新一轮的电力供应紧张。负控装 移峰的功能，为电力系统安全并有序地运行发挥了重 目前大中城市中配电网( 城网) 由于投资力度较大，比较重视，因而包含负荷管理系统在内 配电自动化系统的使用面较广、技术也较为成熟。而农村配电网( 农网) 中由丁财力、技术等因素， 仅有少量大、中型用户装有负荷管理系统。以江苏为例，目前仅在容量为3 1 5 k v a 及以上的用户装有 数字化负荷监测与管理系统，对大量的、分散的、容量在3 1 5 k v a 以下的小型用户仍是一片空白，严 重阻碍了建设统一的t 电力负荷管理系统”的步伐，限制了配电系统自动化水平的进一步提高1 9 1 ”。 1 4 负荷管理系统常用的通信方式 通信系统的建设是配电系统自动化的关键技术之。与输电网自动化不同，配电自动化要利在 数量上火一个数量级以上的远方终端通信，如何降低通信系统的造价，同时满足配电系统自动化的 要求，是当前面临的重要问题。 随着通信技术的发展，目前，配电系统自动化包括负荷管理系统中，采用了多种通信方式，但 各种方式均有其技术特点和优缺点1 2 】。负荷管理系统的通信方式主要有两大类：一类是有线通信， 如：配电线路载波通信、电话拨号通信、有线电视通信、光缆通信和现场总线通信等：另一类是无 线通信，如电台通信、无线扩频通信、调幅调频广播通信、微波通信和卫星通信等。各种方式均有 自身的长处和不足：性能及可靠性高的方式价位高、价位低的性能及可靠性义稍逊一筹。冈此，如 何因地制宜地开发出高性能、低投资、高可靠性的通信手段对负荷管理系统的运行具有重大的意义 1 2 1 6 a 下表是对几种典型的通信手段的分析。 第4 页 第1 章 绪论 表1 1配电自动化主要的儿种通信方式 传输速率传输距离 通信方式传输媒介优缺点 ( b i t s ) ( k m ) 直接利用电力线路加装载波设备特别适 高压配电线路 5 0 3 0 0 l o 电力线载波用于非通信干道的电缆线路载波或低j 托集中 低压配电线路5 0 3 0 0台区内 抄表，但数据传输速乖较低容易受到干扰。 屯话专线公用电话阿3 0 0 4 8 0 0较长 传输速率较低，抗干扰、抗过电流能力也 有较差运行费用高 线电信本地网公用电话网3 0 0 4 8 0 0较长拨号时间长，运行费用高 现场总线和开放式结构- 便十设g t i q 连接传输距离 屏蔽双绞线 1 9 2 k 2 r s 4 8 5较为有限。 多模光缆 5 通信容量大，速率高，抗电磁干扰能力强， 光纤通信西兆级 单模光缆 5 0 敷设方便但造价较高。 特别适用十偏远山区和地理环境复杂，难 无线扩频自由空间 1 2 8 m 5 0 以架设线缆的地段。 无使用专用频段，频率资源有限频占费用 数传电台白由窄问 1 2 8 m 5 0 线 较高t 必须克服互相十扰。 多址微波 自由空间 1 2 8 m 5 0 抗干扰能力差，且必须直线传输 卫星自由空间 1 2 0 0 m全球运行维护费用较岛 1 5 本文的i f l 的和主要工作 本课题正是基于上述背景而提出的，主要针对广人农网中的小型用户，研究一种基于公用移动 通信网络( g s m 或g p r s ) 的配电网负荷管理系统。将通过采用先进的计算机技术、现代通讯技术 对电力用户以实时方式进行集中监测和控制，对电力负荷进行合理地调度和科学地管理，以达到合 理使用资源和整体住能的目的。 通过对负荷管理系统各项功能和要求的较全面的了解，考虑到我国负荷管理系统发展的实际情 况，本文在对现有运行的负荷管理系统分析的基础上，对新型负荷管理系统的发展方向及中小型用 户的负荷管理系统的组成、原理和设计，进行了较为深入的探讨。 1 对配电自动化系统的发展概况和研究现状、负荷管理系统的发展历程和应用现状进行了分析。 2 在对现有的负荷控制系统的组成、功能及管理模式进行剖析的基础上，探讨了新管理模式的 负荷管理系统方案。 3 对新型负荷管理系统的中小型电力用户的远方负荷终端进行了软硬件设计，包括：数据采集 量的设计、交流采样算法分析和设计、通信模块的设计与控制及负荷测控终端的集成。 4 对监控总站管理系统进行了设计与功能拓展，包括负荷管理中心监控总站中数据库的殴计、 管理软件的设计与开发。针对中小型电力用户，特别是农网运行管理需求，探讨了负荷管理系统在 电压管理与负荷预测等方面的功能拓展。 第5 页 东南大学硕士学位论文 中小型电力用户负荷管理系统的l i j f 究 5 提出了一种配电自动化系统的赘合方案以利于配电自动化系统软硬件环境的发展与优化。 1 6 本章小结 本章分析了配电自动化系统和负荷管理系统的概念，分析了配电自动化系缆 【l 负荷管理系统的 发展概况和研究现状。最后，对本文的研究意义和主要工作进行了概述。 第6 页 第2 章负荷管理系统的实现原理及设计 第2 章负荷管理系统的实现原理及设计 最初，负荷管理系统的应用是基于在缺电形势下作为计划用电的技术限电手段，对于缓解电力 紧张起到了“限电不拉路”的积极作用。而在当今电力市场逐步由卖方市场转向买方市场的新形势 下，负荷管理系统如何以经济效益为中心，适应市场变化成为当务之急。而且，在电力需求侧管理 飞速发展的今天及时调整和拓展负荷管理系统的新功能，充分挖掘装置的潜能，利用负荷管理系 统实现用户侧参与负荷管理，将供求双方进行有机地结合，是负荷管理系统发展的方向，也是本文 研究的内容。 2 1 负荷管理系统的组成 电力负荷管理系统原称为电力负荷控制系统，其主要目标是改善电网负荷曲线形状，使电力负 荷较为均衡地分级用电，以提高电网运行的经济性、安全性和投资效益。 2 1 1 负荷控制方式的分类 对负荷控制的方式主要有两大类l z jj ： 一类是间接控制方式，是指通过一定的行政和立法手段，发布电价政策、用电法规锊，用经济 措施约束控制用户的削电情况。这种方式从电力工业发展开始，盲到现在仍然还在使_ j ，并且随着 配电自动化系统的发展，间接控制方式将会得钊更完善的应用。 另一类是直接控制方式，是指直接对电力负荷进行控制的方式。又可分为“分散型控制”和“集 中型控制”两种。分散型电力负荷控制是指在用户端安装不同功能的控制装置分别控制用户的用 电量、最大负荷和用电时间等。这些控制装置既独立地发挥各自的控制作用，又相互联系。例如带 时钟的定时开关和电力定量计等。在负荷控制装置发展的初期，分散型电力负荷控制装置发挥了很 大的作用。集中型负荷控制是指布置在负荷控制中心的中央控制机通过通道设备将控制指令传送到 安装在用户端的接受装置，来对用户负荷进行控制。与分散型负荷控制装置比较，集中型负荷控制 装置具有运片j 灵活、功能易扩展、适应负荷变化能力强等优点，是实现配电自动化和负荷管理现代 化的重要手段。 2 1 2 负荷管理系统的组成 目前，负荷控制系统已从负荷分散控制系统发展剑负荷集中控制系统。以r 分析现有负荷集中 控制系统的组成f 2 “。 集中型电力负荷管理系统，一般由一个负荷管理中心( 主站) 、传输信道和远方负荷终端( r e m o t e l o a d t e r m i n a l ，简称r l l l l 三部分所组成。其中远方终端数嚣特别多，儿_ 白个以至上万个，而且分布 广，但每个终端的实时信息量并不大。 目前电力负荷控制管理系统的通信方式主要以无线2 3 0 m h z 电台方式为主。 第7 页 东南大学硕士学位论文中小型电力用户负荷管理系统的研究 以下为一个以无线2 3 0 m h z 电台为通信方式的电力负荷控制管理系统结构示意圈，如图2 】所 示。 图2 1 电力负荷控制管理系统结构示意图 2 1 3 远方负荷终端的基本组成 辅 斛枯 三困 用户铡控终端 电力负荷监控终端装丁用户侧，由主控单元、屯参数采样单元、监控单元、通信单元、r s 4 8 5 接口、遥信输入及遥控输出单元组成，见图2 2 所示。 图2 2 监控终端构成图 数据采集单元通常采用具有r s - - 2 3 2 或r s - - 4 8 5 通信接口的电子式多功能仪表。可实时采集配 电网中各用户侧进线端的三相电流、电压、瞬时有功功率、瞬时无功功率、有功电能、无功电能及 功率因数等数据。仪表采集的运行数据可由r s - - 2 3 2 或r s - - 4 8 5 通信接口送至监控单元。 监控单元是由通信规约转换模块、监控模块及外部接口电路组成。监控单元通过r s 4 8 5 接口读 取多功能电能表的功率、电量、最大需量等数据和信息，并通过通信单元定时或按主站要求向主站 发送数据。监控单元负责监视各类异常情况( 如失压、计量箱门被非法关闭等) ，并及时通知主站、 报警及发信通知有关人员。 监控单元和数据采集单元共同实现对电力用户负荷的智能监控功能，如：数据采集、开关控制 任务继电保护异常状态报警及自诊断功能等。 电参数采样单元采样三相电压、电流，再由监控单元对其进行分析计算，并将结果同通过r s 4 8 5 接口读取的相关数据进行比较，若有异常则向主站报警；遥控输出单元负责跳闸输出；遥信输入单 元采样跳闸开关的状态。 第8 页 王王 a 蚴 、 十 一 王 一。匕 醺笋 第2 章负荷管理系统的实现原理及设计 2 1 4 传输通道的组成 通信单元负责监控终端通信模块与监控总站的通信模块之间数据传输，完成终端的数据接收和 发送任务。如果采用无线2 3 0 m h z 通信方式，通信单元为电台。 2 i 5 负荷管理中心( 主站) 的组成 负荷管理中心可以采用多前置机、双服务器组网结构，也可采用单服务器双数据各份。前置机 的多通道热各份互相监视运行状态，故障时报警并记录，进行必要的切换动作；双通信机系统热 备份，可全自动切换，亦可手动切换：对于通信条件比较差的地区，使_ h j 中继站来保证整个网络的 通信效果。常采用的结构如图2 3 所示。 负荷管理总站的软件分为通信部分和主体部分。通信部分是动态连接库文件，通过电台接受监 控终端上传的运行或报警数据，并按要求入库：主体部分是数据库管理软件，根据数据库的数据产 生相关的负荷管理界面。如曲线报表、报警窗口等。两部分结合在一起共同构成总站监控软件，包 括系统管理、实时监测报警、远程数据采集、远程开关量控制、数据查询与统计、故障诊断与测试 及打印等功能模块。 图2 3负荷管理中心结构图 2 2 负荷管理系统的现有功能和管理模式 2 2 1 负荷管理系统的现有功能 负荷管理系统已在全国绝大部分电网中县级以上的屯力企业中采用，目前在电力系统中担负着 重要作用。以下分别讨论当前负荷管理系统中负荷控制终端和负荷控制中心的主要功能。 第9 页 东南大学侦l 学位论文中小型电力用户负荷管理系统的研究 1 负荷控制终端的功能 ( 1 ) 现场数据的实时采集、记录，包括三相交流电压、电流，实现电压、电流、有功功率、无 功功率、功率因数、频率的测量与记录；开关状态信息的采集和记录：日、月分时电量的采集与记 录；最大需鼍、最火需量时间量的采集与记录；对电能表数据进行冻结等。 ( 2 ) 与负荷控制中心通信：采集井向远方发送状态信息，状态变位；优先传送实时控制利接受 并执行负荷控制中心的命令并产生跳闸记录；并具有接受主站校时功能。 ( 3 ) 具有装置故障和遥测越限报警功能。 ( 4 ) 能当地或远方进行系统参数设置和功率及电量的发定。 ( 5 ) 当地显示功能。 2 负荷控制中心的功能 负荷中心的主要任务是要能实时地监测各个用户的负荷，并且综合地了解各个地区的负荷总值、 实行监督并进行记录打印；异常情况下。r 给予报警处理，在紧急情况下能迅速地将系统的负荷水平 降下来。 具体功能有： ( i ) 遥测功能：通过定时和随机巡测，遥测电力用户的各种用电参数来了解其用电状况，这些 参数主要包括：有功电蓬、无功电量、有功功率、无功功率、最大需量、电压、电流以及某一时段 的有、无功电量( 如峰段、谷段等) 及其累计值( 如日累计、月累计) 。最大( 或展小) 功率及其发 生时间、负荷率、电压的偏移程度及时问、功率因数等。这些都可作为资料存档，以便分析应用。 ( 2 ) 遥信功能：通过巡测，对用户终端的状态、定值进行查询，包括被控开关的状态，各个时 段的电力，电最计划指标，日、月的电力，电量计划指标，分闸次数及时间，以及终端时钟、上月 表底数等。 ( 3 ) 远方设置功能：可以根据电网运行情况及用户州电情况随时调整用户终端的各种参数的设 置。包括终端时钟的校对；各个时段的电力、电趋计划指标的调整；曰、月的电力、电量计划指标 的调整；功率控制方式的调整以及时段的调整，允许浮动系数的调整等。 ( 4 ) 控制功能：电力负荷管理系统可以通过对点控、组控、统控等方式跳开用户的负荷开关， 进行拉闸、台闸等命令，达到调整系统负荷、保证系统安全可靠运行的目的。控制功能又分为紧急 限荷和计划限荷两种方式。紧急限荷控制方式是当电网发生事故，需要立即火量限制用电负荷时， 发出紧急限荷控制命令被控用户终端立即执行拉闸限荷。对_ 丁临时保电用户和用户的保安用电， 不执行紧急限荷控制命令。计划限荷控制方式又可分为方案控制和越限控制两种方式。方案控制方 式是根据用户的不同情况进行排列组合，生成各种方案进行控制。越限控制方式是对用户设定了功 率或电量指标，当用户使用的功率或电量越限后，发出警报，并经过一定延时后跳闸。 ( 5 ) 管理功能：管理功能主要包括信息的录入、查询修改等功能；档案管理功能：数据分析功 能：外延多机联网功能：报表打印、防误发命令等管理等功能。 ( 6 ) 通信功能：包括电力调度中心交换信息；与上级负荷控制中心或计划用电管理部门交换信 息；与计算机网络通信。 ( 7 ) 系统自诊断和自恢复功能等。 建立电力负荷管理系统是贯彻国家有关计划用电政策，实现片j 电负荷监控到户的技术手段，是 加强用电管理，搞好计划用电、节约用电，保证电网安全经济运行、提高电力资源社会敛髓的重要 第1 0 页 第2 章负荷管理系统的实现原理及设汁 措施。我国电力负荷管理系统已投入运行十儿年了，为保证电力系统的安全、经济运行发挥了巨大 的作用尤其是一年多来，全国电力供应的形势日趋紧张，负荷管理系统目前在各电力局中的重要 性也日趋体现。 但是目前负荷管理系统的功能，主要只体现在传统的遥信、遥测和遥控等负荷控制功能和远程 抄表两项基本功能上，没有最大程度的发挥负荷管理系统的功效。 2 2 2 负荷管理系统的现有管理模式 现有负荷管理系统由各市、区级供电局管理，机构为电力负荷管理中心，负责所辖区域范围内 的系统规划编制，设备安装管理，运行管理及违章处理等工作。另外，与供电局的其他部门配合。 如接受三电办下达的本地区电力客户的负荷限额及负荷平衡、调整计划和限电序位方案；向调度系 统提供电网负荷情况及限电信息并同时索取电网实时运行情况、紧急限电信息等；与用电计量营业 部门提供远方抄表数据，并实行峰谷电价、功率因数、最大需量等考核，r 发收费通知等。 负荷管理系统现已与供电局的用电管理信息系统( m i s 系统) 、局网络系统联网，可为局| 王= 室、 总工室、三电办及其他远程用户( 如市经委) 提供相关的负荷监测数据及各用户用电的统计数据。 目前，负荷管理系统与m i s 系统及局网络系统联网系统图如图2 4 所示。 2 3 负荷管理系统通信方式的设计 通信系统是负荷管理系统中负荷监控终端和负荷监控中心之间的连接纽带。负荷监控终端设备 成百乃至上千个，因而选择合适的通信方式，不仅关系到负荷管理系统的正常运行，而且对系统的 建设投资成本及运行经济性也影响甚大。 以下对几种配网自动化系统中常用通信方式各自的优缺点进行分析，以选择合适于负荷管理系 统的通信方式。 图2 4 负荷管理中心网络系统图 第1 1 页 东南大学硕士学位论文 中小型电力用户负荷管理系统的研究 2 3 。l 电力线载波通信 电力线载波通信( p o w e rl i n gc a r r i e r ，简称p l c ) 是指通过电力线传输信息的一种通信技术。 虽然在电力系统输电网中电力线载波技术己日趋成熟，但用在配电网运行监测方面还是存在一些技 术问题。 优点： ( 1 ) 现成的通信网络资源，需要进行电力负荷管理的地方就一定存在电力线，利用电力线路作 为通讯介质节省了通信网络建设的投资。 ( 2 ) 通信网和配电网结构完全一致，因此通信物理信道的可靠性与配电网的可靠性完全一致。 缺点： ( 1 ) 易受干扰，且存在信号盲区 配电网由于结构复杂，变压器、分支线、电容器等对载波信号产生较大的衰耗和失真：s c a d a 监控中心要通过电力线载波通信监测低压配电变压器的二次侧的电气参数，必须跨越变压器才能到 达监控侧，这样变压器就成了载波通信中的信号盲区，该盲区的存在引起配电线上的反射信号，抵 消了或大大削弱了入射信号的区域。目前的技术还很难很好地解决跨变压器的载波通信问题。 ( 2 ) 故障及运行方式对通信可靠性影响人 配变监测的主要目的之一就是要及时反映故障信息，而通过电力线载波通信时，一旦某一相出 现故障，例如传输线被剪时，配电线上的载波通信不能进行，就无法及时抓到偷线剪线的报警信息； 配电网运行方式灵活，用户负荷投切具有随机性和任意l 生，造成线路阻抗的不稳定性，因而影响电 力线载波通信的稳定性和可靠性，冈此，在配变监测特别是要求2 l b 报警的场合不适崩。 ( 3 ) 施工难度大 1 0 k v 以上载波系统施工时，须停电作业，般需要安装高压耦台电容器和l 载波机，体积较大， 价格也较高。当任一耦合电容器发生故障时会影响整个线路的正常远行。 可见，配电线载波通信方式在配电系统自动化中起i 较大作用，但不能作为唯一的通信方式， 很难全面满足各种要求。 2 3 2 电话线通信 电话线已被电力公司广泛应用于s c a d a 和继电保护中，长期的实践证明它是- - $ q 成熟的通信 方式，比较适合配电系统自动化中使用。电话线通信方式可分为租用电话专线和公州电话网拨号电 话两种方式。 优点： ( 1 ) 不需要投资建设专用通信网，开通费用低，使用方便。 ( 2 ) 可以达到较高的传输波特率，易于实现双向通信。 缺点： ( 1 ) 运行费用较高。 ( 2 ) 一般街区从市容的角度考虑不允许架线横跨马路，使架设电话线困难重重，且电话线很难 覆盖到许多区域。 第1 2 页 第2 章负荷管理系统的实现原理发殴计 ( 3 ) 电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其可靠运行。 ( 4 ) 传输距离受限制，不适合长距离传输。 2 3 3 光纤通信 光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维为传输介质的先进通信手段。目前光纤通信技术 已经成熟，并已广泛应用_ 丁电力系统中。与其他通信手段相比，光纤通信有以下特点： 优点： 传输频带很宽，通信容量大； 传输损耗小，适合于k 距离传输 体积小，重量轻，可绕性强，敷设方便 输入和输出间电隔离，不怕电磁干扰； 保密性好，无漏信号和串音干扰； 抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋地下。 缺点： ( 1 ) 强度不如金属线： ( 2 ) 连接比较困难； ( 3 ) 分路和耦合不方便： ( 4 ) 弯曲半径不宜太小。 光纤通信广泛用于输电网各变电站间和供电局内部的通信，而对于数目众多、范围分敞、数据 传输量又不大的电力用户配电站，如果采用光缆通信，造价太高，不现实，而且造成极大的频带浪 费。 2 3 4 传统无线通信系统 传统的无线通信系统有着传输范围广，不需要布线等特点。包括：( 1 ) 调幅( a m ) 广播【2 ) 凋频( f m ) 广播( 3 ) 无线寻呼网( 4 ) 甚高频( v h f ) 通信( 5 ) 特高频( u h f ) 通信( 6 ) 微波通信( 7 ) 卫星通信 调幅、调频、无线寻呼网由丁是一种单向的通信方式，因此，现己不适合于需要双向通信的配 电自动化系统和负荷管理系统。 甚高频通信是指采用频率在3 0 3 0 0 m h z 的无线电波段进行数据通信，这种方式需要无线电管 理委员会的许可而且覆盖面积较小，容易受到多路径效应和障碍物的影响建设费用也高，因此 对于需要在人范围内覆盖信号的负荷管理系统来说，甚高频通信也不合适。 频率在3 0 0 1 0 0 0 m h z 的无线电波段称作特高频，我国无线电管理委员会将8 2 1 8 2 5 m h z 8 6 6 8 7 0 m h z 作为无线通信频段，但是特高频通信的覆盖面积更小，而且更易受到多路径 效应和障碍物的影响，由于工作频率高，特高频通信又受到视距的限制，对于多