（电力系统及其自动化专业论文）基于负荷控制装置的需求侧管理应用.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t d e m a n ds i d em a n a g e m e n ti st h em a n a g e m e n to fc o n t r o l l i n gl o a da n de c o n o m i z i n ge l e c t r i c a l e n e r g yf o rc u s t o m e r , w h i c hr e l a t e dt op o w e rs c h e m a t i z a t i o na n dp o w e re c o n o m yo ft h es y s t e m i t p r o d u c e st h em a x i m u ms o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i ti n t e g r a t i n gs u p p l yw i t ha p p l ye l e c t r i c i t yt o e x p l o r ea no p t i m i z es c h e m ef o rt h em o s te f f i c i e n c y t h e s ey e a r s ，d e m a n ds i d em a n a g e m e n ta d o p t s t h em e t h o do ft e c h n o l o g ya d m i n i s t r a t i o na n de c o n o m y , w h i c hh a sb e e nc h a n g i n gt h ew a yo f a p p l y e l e c t r i c ：时, r e d u c i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na n dm i s i n gt h ea b i l i t yo f t h es o c i a ls u p p l ye l e c t r i c i t y 1 ta l s o r e l i e v e st h es i t u a t i o no f l a c ke l e c t r i cp o w e r l o a dm a n a g e m e n ts y s t e me x p l a i n e di nt h ed i s s e r t a t i o np o s s e s s e sf o u n d a t i o nt e r m i n a t o ra n d p a s s a g e w a y , e x p a n d i n gm a n ya d v a n c e du t i l i z a t i o n c u s t o m e r sc o u l d 仃yt oc h o o s et h ei n p l e m e n t i n g s c h e m eo ft h e p r a c t i c a lw h i c hi sa p p r o p r i a t ef o rt h e m s e l v e s t h er e s e a r c h e so fd i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o na n dt h el o a ds p e c i f i c i t yo fn a nt o n gr e g i o ni m p r o v e st h el o a dc u r v ea n dr a i s e st h e p r o p o r t i o no f a p p l ye l e c t r i c i t y i te n s u r e st h es a f eo p e r a t i o no f d i s t r i b u t i o nn e t w o r k k e yw o r d s ：d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( d s m ) ；l o a dm a g e m e n t s y s t e m ( l m s ) ； s o c i a ib e n e f i t ；e c o n o m i cb e n e f i t ；s a f eo p e r a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 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：奢毕生 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、 子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 缩印或其他复制手段保存论文。本人电 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。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 p 第一章绪论 第一章绪论 1 1 电力需求侧管理的基本概念 电力需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，简称d s m ) 是美国电力科学研究院( e p r i ) 于1 9 8 6 年正式提出的概念。e p r i 对d s m 的定义为：“d s m 是电力企业活动的计划和实施， 这些活动要影响用户对电力的使用从而使电力企业的负荷曲线发生所希望的变化。电力企业 的活动属于d s m 的有负荷管理、新技术采用，战略性的节能措施、电气化、用户发电站和市 场机制份额的调整。” 这是一个广义而模糊的定义，实际上，d s m 已经变成增加效率、负荷管理和节能的代名 词，它是在政府政策调整和市场经济驱动力双重作用下的一种有效的节能、节电、改善负荷 形状、降低电力生产成本和用户支出的方法和手段，它通过发布一系列经济政策，应用一些 先进的技术来直接影响用户的电力需求，以达到减少电能消耗【1 】【2 l ，推迟甚至少建新电厂的目 的，因而是一项在用户的有效参与下充分利用电能的系统工程。它将用电侧的管理与供电侧 管理( s u p p l ys i d em a n a g e m e n t ，简称s s m ) 相提并论，不仅包括负荷控制的削蜂，填谷，移 荷等方法口1 1 4 1 ，还包括政策性增减用电负荷、灵活改变负荷曲线形状、战略节电和战略负荷开 拓等方法。 下面我们将对其历史发展和在国内外的研究应用状况作一简单的回顾。 1 1 1 电力需求侧管理的产生 众所周知，1 9 7 3 年的石油危机对全世界尤其欧美发达国家产生很大的影响，致使能源价 格暴涨，发电成本上升，电力价格随之猛增。节能的任务迫切地摆在了人们的面前，消费者、 能源部门乃至全社会都意识到了其重要性，于是提出了“节能与负荷管理”( c & l m c o n s e r v a t i o na n d l o a d m a r i a g e m e n t ) 的概念，其目标是调整用户的用电方式( 用能效率、种类、 途径等) 研，从而节省能源服务的费用【6 】【刀。 电力公司也面i 临着一系列的问题。原来是一味地通过新增装机来满足需求、而此时由于 新增装机成本增加，燃料价格持续增长且具有不确定性，尤其是公众环保意识的日益加强， 使新建电厂选址受到很大限制，而且即使投资建厂，其投资回收的风险也逐渐加大。另一方 面，从用户角度看，科学技术的发展使能源的使用效率和电力负荷的优化管理确实有了很大 东南大学工程硕士学位论文 潜力可挖。用户已经意识到，可以通过改进能源的使用方式而达到既节省花费又满足能源服 务需求的目的。 于是，供应方与需求方取得了共识，“需求方管理”( d s m - - d e m a n ds i d em a n g e m e n t ) 应 运而生。这种思想及形成的初步概念在1 9 8 1 年由美国学者c l a r kw 。g e l l i n g s 首先提出，其主 要含义是，电力公司作为电力的供应方，可以采取各种有效的激励和诱导措拖，以适宜的运 作方式鼓励用户采用高效用能技术以提高效率，调整用能方式，在保持能源服务水平的前提 下，有效地减少电力和电量消耗。供应方可通过需求方管理达到减少或延缓新建电厂，节约 或推迟投资的目的，需求方则在保持用电水平的前提下节省了电费。 发达国家近2 0 年的实践证明，实施d s m 对提高能源利用综合效率和电力企业工效、抑 制用电负荷尖峰、减轻环境负担，都是一项极有效的措施。 1 1 2 电力需求侧管理的发展 需求方管理于八十年代初期产生于美国，并在世界各地得以推广。尤其近几年来，随着 世界各国经济的不断发展和人民生活的不断改善，对电力的需求不断提高。新建电厂投资费 用的增加，环境法规的日益完善，公众对生态环境保护要求越来越强烈，以及中长期燃料价 格的不稳定等，都促使各国的电业部门不断发展灵活多变的负荷管理战略，以应付各方面的 挑战。需求方管理d s m 就是这样一种非常有效的策略。 美国从8 0 年代初期开始推行d s m 计划，已取得明显效果，其它工业发达国家也根据本 国的具体情况，推广d s m 计划。一些发展中国家也在研究推广各种可能的d s m 计划。 它山之石，可以攻玉。国外推行d s m 的方法、经验及效果，本文将在后面相应章节专门 详细论述，以资借鉴。 1 1 , 3 电力需求侧管理的方法、手段 电力需求侧管理是一种对电力用户推行负荷与节电的管理方法。它突破了电力供应以满 足需求为目标的传统，将供方供电能力与需方用电能力和方式两种资源进行综合比较，按最 大效率的原则寻求优化方案，使其产生最大社会效益和经济效益。 近两年我国一些地区通过开展电力需求侧管理，按照市场规律，采用技术手段、行政手 段和经济手段，通过移峰错峰、削峰填谷，节能节电等各项措施，引导电力供需各个环节提 高设备利用率，改变用电方式，降低能源消耗，有效提高了社会供电水平，将有限的电力资 2 第一章绪论 源发挥出最大的效用，极大缓解了电力紧缺的局面。 i 实行峰谷分时电价是推进电力需求侧管理的核心技术手段 峰谷分时电价根据用户用电需求和电网在不同时段的实际负荷情况，将每天的时间划分 为高峰、平段、低谷三个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，充分发挥价格杠杆作用， 引导电能的生产和消费，以鼓励用户和发电企业在供，用电需求上削峰填谷，从而有效挖掘 低谷用电市场，缓解峰段用电紧张局面，提高电力资源的利用效率。通过电力需求侧管理， 将减少和延缓电力系统装机容量和电网的建设，减少一次能源消耗与污染物排放，缓解环境 压力，社会效益十分显著。 2 电价应成为调节电力供需有效的引导手段 无论从何角度说，我国能源都是紧缺的。我国目前大多数电力是消耗煤炭资源的火电， 电能的消费就是煤炭资源的消耗，而煤炭资源又是不可再生的稀缺资源。资源的稀缺性决定 了社会和个人必须做出选择。根据我国国情，我们必须从可持续发展的观念出发，积极引导 电能的合理消费，抑制不合理消费。对电能这种特殊商品，不能实行低电价政策。价格引导 消费，而合理的电价政策是引导电能消费最有效的手段。 3 政府制定电价政策时应保持一致性 峰谷分时电价和煤电联动电价政策是政府针对电力行业出台的两个电价政策，由于政策 出台的背景不同，解决问题的落脚点也不同。但两个政策汇集到发电厂，处理不好就可能产 生问题。近年来发电燃料的大幅涨价，给发电厂的生产经营带来了极大的困难。为解决发电 厂的燃“煤”之急，国家发改委去年出台了煤电联动电价政策。但从去年的情况看，年初煤 价己大幅上涨，而煤电联动电价政策到2 0 0 5 年5 月1 日才执行，发电厂承担了前4 个月煤炭 涨价增加的全部成本，同时还将承担全年煤炭涨价部分的3 0 。在发电企业经营严峻的形势 下，如果再由发电厂执行发电侧峰谷分时电价政策造成平均上网电价下降，无疑是雪上加霜。 同时，为了加强环境保护，政府增加了对发电厂排污费的征收标准，使发电厂上缴的排污费 大幅增加，而这一因素，政府在几次电价调整时都未考虑。因此，政府要充分考虑政策出台 的整体性、互补性。 4 建立能源公益基金，鼓励发展绿色能源和节能技术。 为落实科学的发展观，政府正在大力发展绿色能源和推进节能工作，如规定新增机组必 须要有1 0 的绿色能源，上海开展绿色电力认购活动，在全国大力开展建设节约型社会活动 等。但从长远看，要做好这项工作，必须运用好行政手段和经济手段。国家应建立能源公益 基金，用以鼓励发展绿色能源和节能技术。公益基金来源可多方面筹集，一个重要的方面， 3 东南大学工程硕士学位论文 可将实行峰谷分时电价售电收入增加的部分划入基金帐户，而不是通过降低销售电价 b c l l 用 户。对用户来说，可将实行峰谷分时电价多交的电费，按规定比例划入专项帐户，在用户进 行节能技术改造投入时予以适当返还，以鼓励电力用户开展节能工作的积极性。 推行电力需求侧管理，实施峰谷分时电价政策，其意义不仅限于在缺电情况下发挥其调 节作用，而应是符合我国国情和能源政策的切合实际的长远之计，是实现电力工业可持续发 展的战略选择。目前我国电力短缺的重要特征是负荷高峰时段缺口很大，峰谷差大，但最高 峰负荷从时段上看持续时间不长，采用增加调峰发电装机的方法来满足这部分高峰负荷很不 经济。而采用需求侧管理的方法削减这部分高峰负荷，则可以缓解电力供需紧张的压力。应 把需求侧管理工作纳入社会经济和能源发展的总体规划，加快建立强化电力需求侧管理的长 效机制，实现电力需求侧管理从以行政手段为主向以经济，技术手段为主转变，从以移峰填 谷为主向提高能效为主转变，逐步建立起法律政策配套，组织有力，机制灵活的长效机制。 1 2 综合资源规划和需求侧管理在世界范围内的运用 综合资源规划和需求侧管理于八十年代产生于美国，并在世界各地得以推广。 在美国西北太平洋地区，由于八十年代过于宏大的核电建设规划导致电价大增，地方电 力部门财政状况恶化而趋于破产。政府官员、电力部门及其相关团体开始寻求取代传统的电 力规划的方法，从而产生了综合资源规划。 有此先例后，综合资源规划在美国和加拿大迅速推广。到1 9 9 3 年，美国5 0 个州中的4 0 个州建立了综合资源规划机制。加拿大的各个大省和许多小省也实施了综合资源规划。拉丁 美洲的许多国家如墨西哥、哥斯达黎加、智利等国也开始考虑实施综合资源规划- 在美国，1 9 9 2 年有9 0 0 多个电力公司实施了需求侧管理。1 9 9 2 年的一项研究表明，电力 公司需求侧管理的费用有三分之二用于节能规划，四分之一用于负荷管理规划，其余不到百 分之十用于其他规划，如增加负荷等。过去的十几年中，美国电力公司在需求侧管理活动中 花费了一百多亿美元，其中1 9 9 2 年费用为二十四亿美元，电力公司通过需求侧管理活动节电 3 1 8 亿k w h ，减少峰荷3 2 9 0 万k w 。 在加拿大，大多数主要的电力公司已在近几年内实施了多项需求侧管理措施。到1 9 9 3 年 底，需求侧管理行动降低峰荷近5 0 0 万k w ，减少年发电量6 0 亿k w h 。加拿大电力公司计划 到2 0 0 0 年减少峰荷9 0 0 万k w ，降低年发电量2 5 0 亿k w h 。加拿大实施d s m 计划采取了五 个步骤( 阶段) ：调查、标准、宣传、激励、和立法。加拿大电力公司早在1 9 7 5 年就开始了 4 第一章绪论 前三个阶段的有关工作，1 9 8 8 年开始作激励阶段的积极准备。1 9 8 9 年正式开展激励用户进行 d s m 计划的工作。1 9 9 1 1 9 9 3 年，各个省陆续立法并生效，保证了以提高能源使用效率使耗 能需要降至最小的d s m 计划的顺利开展和切实可行。 在拉丁美洲，哥斯达黎加和墨西哥的电力公司也开始采取需求侧管理措施。墨西哥的行 动特别引人注且，在其规划中，两年内将在墨西哥第二，三大城市推广约1 2 0 万只节能灯。 在西欧，至少有十八个电力公司通过欧共体组织的示范项目取得了实施综合资源规划的 第一手经验，欧共体已经制定了能源合理利用初步规划，包括诸多经济可行的需求侧管理行 动计划。这一规划正在欧共体成员国中讨论。西欧1 0 0 多个电力公司实施了需求侧管理行动， 这些行动大多数都涉及到推广高效节能灯和提高照明效率措施。 在东欧，波兰、捷克、斯洛伐克等国也开始制定综合资源规划计划。捷克一项成功的需 求侧管理行动中，2 万只节能灯在降低价格后销售一空。波兰正在制定电力部门推动工艺和照 明节能的需求侧管理计划。 在亚洲，香港、泰国、印度、菲律宾等国的电力部门也在实施需求侧管理计划以降低峰 荷和节约用电，这些计划大都包括示范性项目，并正在积累大规模推广的经验。 中国也于近年来开展综合资源规划和需求侧管理等方面的工作，在海南省和深圳市进行 了实施综合资源规划的可行性研究，取得了一定的成果，引起了各方的注意。 1 3 电力需求侧管理在我国的开展 需求方管理在国外正日益成为研究应用的热点，它可以首先应用于电力、煤气、热力、 供水等公用事业部门，目前比较成熟的是应用于电力部门。 我国幅员辽阔、人口众多，是能源生产和消费大国，能源结构以煤为主，利用水平较低， 环境污染严重，实施d s m 就更有必要，而且随着电力部门新技术应用的发展提高。眼下进行 d s m 的研究应用并在我国开展实施的时机已经成熟。 1 3 1 我国电力工业的发展 据资料表明，1 9 9 5 年“八五”计划结束时我国电力工业发电装机总容量突破了2 亿k w 取得了辉煌成就。“八五”期间的五年里，全国发电装机每年增加1 4 0 0 1 5 0 0 万k w 和7 0 0 8 0 0 亿k w h 的发电量，支持了国民经济持续、快速、健康的发展。眼下在“九五”期间，电 力工业每年新增装机1 7 0 0 万k w 以上，新增发电量7 0 0 8 0 0 亿k w h ，到“九五”结束，全 5 东南大学工程硕士学位论文 国发电装机将达到3 亿k w 左右，发电量约为1 3 5 0 0 1 4 5 0 0 亿k w h 。如果以l 亿k w 的装机 作为步长，来度量我国电力工业的前进步伐，它迈出艰难的第一步( 第一个l 亿k w ) 用了3 7 年的时间( 1 9 5 0 1 9 8 7 年) ；之后，以巨人的步伐迈出强劲的第二步( 达到2 亿k w ) 仅用了 7 年的时间( 1 9 8 8 1 9 9 5 年) ；现在，它正蓄足劲加速前进，以更快的速度，即用5 年的时间 ( 1 9 9 6 2 0 0 0 年) 登上新的高峰，实现发电装机3 亿k w 。“九五”给电力工业提供了新的机 遇，使其步入一个更快发展的新阶段。 但电力工业的飞速发展仍然适应不了同样处于改革开放大潮中飞速发展的国民经济的需 求。我国人民生活水平的年年持续提高，更对电力的供应服务提出了更高的要求。电力工业 面l 临着许多问题和挑战。 1 3 2 我国电力工业面临的问题及挑战 我国电力工业总的说来仍然是摊子大、底子薄，一直处于电力严重短缺的地步；电力的 发展仍未能完全改善这种局面，只能说是有所好转。 具体地说，当前我国电力工业面临的问题及挑战有如下几点： l 、地区性的电力失衡和时段性的电力短缺仍很严重。尽管电力投资规模逐年扩大，电力 工业固定资产投资占全国国有单位的比重已由1 9 8 1 年的7 。1 2 提高到1 9 9 3 年的8 。2 。 但经济的持续快速增长，工业化进程中产业结构升级和技术装备的现代化，人民生活水平的 提高对电力的需求持高不下，特别是第三产业和城乡居民生活用电连年两位数的高速增长， 使电网的峰谷差加大，导致负荷率下降，加剧了季节性和时段性( 尖峰时段) 的电力短缺。 2 、我国以煤炭为主的能源消费结构：特别是大量的煤炭未经转换被工业与民用部门以效 率很低的炉、窖、灶等直接燃烧利用，造成了严重的环境污染，形成了很大的环境压力。 3 、重电源轻电网建设。由于大量的电力资金源于集资、自筹和外资，主要用于电源开发， 而国家预算内资金不足，电网的建设和运营又由国有单位负责，使电网建设相当薄弱。尤以 城网和农村电网的建设资金不落实，问题更多。与此同时，一些地方成立了电力开发机构， 发展地方电力。或因上网费的谈判不利，或因自身利益的导向，在大电网配送电地区重复建 网，浪费了建设资金。 4 、电力工业的发展，从资金和设备的短缺上均需扩大利用外资的规模。可利用的国际金 融机构、政府赠款和出e l 信贷已很有限，需要适当利用外商直接投资。但大中型项目谈的多， 成功的少，其主要障碍是担保、回报率、电价和外汇偿还。而成功的多为小型项目，如小燃 6 第一章绪论 油、气电和小热电。“九五”的电力资金缺口较大，毫无疑问地应坚持利用外资的政策，但需 要很好研究利用外资的规模以及直接、间接利用外资的合理比例，探索利用外资和国际融资 的最佳模式，并拟订相应的规范性文件。 5 、符合国家产业政策的煤电联营、大型热电联产项目，因利益的掣肘、部门、地方利益 的分割，进展缓慢，困难重重甚至建成投产的项目效益不好嗍【9 】。 6 、从长远的观点看，原始能源的开发利用终究有限，节能应该与发展摆在同样的地位上 来。由节能而带来的环保问题的好转，也是造福子孙后代的益举。我国的能源政策是“开发 与节约并重”，但在当前的市场经济摸索阶段，尤其是由于许多地方政府及电业部门的短视行 为，使得对此的认识并不够。 1 3 3 对策选择进行d s m 应用研究的必要性 电力工业面i l 缶的问题，就是为电力部门和电力工作者提出的挑战。从宏观的角度看，政 府及政策方面，有对电力工业发展的大的导向，如“九五”期间的电力发展，应进一步拓宽 投融资渠道，并使其规范化和相对稳定。电源的配置坚定地走大容量高参数的技术装备之路， 逐渐减少和淘汰小火电，积极开发水电、核电和风电。有条件地建设燃气蒸汽联合循环 电厂，鼓励和扶持煤电联营、热电联产项目，加强电网建设，改造、完善城网和农网等等。 具体地说，国家电力部门的决策机构已经拟定采取的对策有： l 、建立和完善电力投融资机制，以进一步拓宽和稳定资金来源。 1 ) 目前，电力投资构成中，国家资金越来越低，9 3 年仅为3 。8 ，与电力工业占国有单 位固定资产投资的比例7 8 以上相比，有相当大的距离。 2 ) 加快电价改革的步伐。应在最近的几年内逐步完成新电价制度的建设，以取代目前实 行的多种电价制。 2 、电力工业利用外资需要有大的进展。测算到本世纪末，电力资金短缺约l 3 ，利用外 资要达到2 5 。按现行政策，实现目标相当困难。设想由目前的不到1 0 提高到1 5 2 0 ， 也需要有相应的配套政策，才能突破外资利用的艰难局面。因此，今后电力工业利用外资仍 应以间接为主、直接利用为辅。目前，电力工业间接利用外资的比例占全国的1 0 左右。今 后不应降低，特别是要在国家大中型发电项目和大电网建设上使用。根据电力工业的建设经 营特点，国际商贷的利用一定要慎重，坚持少用，并要加强管理，严格审批。对外商直接投 资，由于担保、回报率和价格，还汇问题进展缓慢，需要调整政策。实际上担保、回报率和 7 东南大学工程硕士学位论文 价格彼此相关。回报率的高低不仅是经济因素。也是对政治风险的理解和信用的保证程度。 除了在外资利用上要加强宣传，使外商理解中国的国情和政治。经济制度外，在投资回报率 上，应采取灵活政策，不搞一刀切，可因项目所在地区以及重要性和先进性采取分别对待的 办法。如在经济发达地区可低些，内陆地区可高些，对中型水电高些，火电项目可适当低些。 不仅使中外资双方的项目谈判有了宽松的余地，还起了引导投资方向的作用。为了加强宏观 调控，可根据若干项目的后评估分析和国内外资金状况及电力工业的特定情况【1 0 】，测定一个 可供项目选用的回报率变动幅度和相应条件的规定，由国务院发布，公告天下，提高外资利 用的透明度。对外汇偿还，国家也应制定明确的规范性文件发布，使外商能找到还汇的法律 依据【i l 】。 3 、对电源开发以及电网建设薄弱问题的建议措施如下： 1 ) 除进一步加强产业政策和行政干预外，针对资金大部分来自地方以及决策的分散等情 况，应加强项目审批。除对确有稳定热负荷和煤源充足的地区，允许建设小熟电外一律停建5 万k w 以下的小火电，小热电应具备上网条件。 2 ) 电力部门现代企业制度的创新和公司化改组、商业化运营，要选择合适的省市电力公 司，构造新型产权框架和管理模式，以吸纳各方资金。集中资金，统筹决策，按合理布局、 规模效益的原则建设电源点。 3 ) 骨干电网的建设由国家电网公司主要以国家资金建设运营。配电网要独立经营，成为 电力公司的零售企业，其盈利应能使其具有改造和完善配电网的能力。 4 ) 打破部门、条块分割，组建独立的煤电公司、燕电公司，负责大型煤电、热电项目的 建设和运营，并制定鼓励其发展的配套政策，使其能合理盈利，滚动发展。 4 、火电站的建设应能严格控制和减少对环境的污染，尤其是煤电基地，大型火电群和人 口密集地区，应配备高效除尘、脱硫脱硝设备，积极发展煤的洁净燃烧技术，把燃煤气化的 燃气蒸汽联合循环电厂提到日程上来。 5 、对有良好环境效益并有巨大发展潜力的清洁能源发电1 1 2 】【”1 ，如水能、风能发电，应制 订合理的支持其发展的政策。法规框架，为其创造在竞争中发展的必要条件。如税收上的优 惠，水和风电均无资源的进项税，不应以统一的电力产品增值税率对待。以及风力发电设备 税的减免，亟需给以鼓励扶持的政策优惠。 以上种种对策，实际上已经包含d s m 方面的许多宏观内容，这也为从微观上具体进行 d s m 应用的研究提供了政策方面的保障和实际指导。在我国针对d s m 的全面应用研究，已 变得刻不容缓。 8 第一章绪论 加强用电需求方管理、开展广泛性的节电工作，是电力用户和电力生产、供应部门的共 同利益所在，它是以社会的最小成本为目标。力图降低社会付电力的需求，以达到降低电力 部门投资需求和用户电费支出的目的，既节约了能源总量又有利于生态环境的保护，这是一 项利国利民的大事。我国过去广泛开展的调荷节电工作，就是需求方管理的一个重要内容。 它包括推行节电技术、降低最高电力需求技术、发展热电联产、推行峰谷电价等多方面经济、 技术措施和经验。随着管理经验的积累，在我国广泛开展这一管理活动，减少过量的行政性、 强制性手段，进一步增强必要的经济性、技术性手段，其时机和条件均已日渐成熟1 1 4 】，这将 是彻底缓解我国电力供需矛盾、提高供电服务水平的一个十分重要的方面。 1 4 本论文主要工作 需求侧管理技术是涉及电力规划、电力经济、用配电等整个电力系统的全面技术手段， 实施d s m 是一项庞大的系统工程。 本论文涉及d s m 的方方面面，重点在于对d s m 所涉及的技术手段、技术设备等进行较 为详细的讨论，对当前d s m 中最具活力也是在国内正广泛推行的电力负荷管理技术进行详细 论述。限于篇幅，仅对诸如电力规划、经济政策等非技术性的方法手段进行归纳说明，而不 深入讨论，这是为了保证本论文对d s m 研究的完整性。 本文提出基于d s m 促进用户与电力部门互利共赢的思想，对负荷管理系统的管理模式进 行深化改进，让装设在用户处的负荷管理终端系统更加有效而且可以主动地为用户所用、为 用户服务，而不是仅仅让它完全被动地接受电力部门单方面的控制。它增加了用户对自身的 负荷管理的自主权，调动用户有效地参与负荷管理的积极性，与用户共同实旌用电管理，这 也正是d s m 的核心所在。文中所阐述的具有用户侧管理功能的电力负荷控制管理型终端系统， 具备用户内部管理功能，用户在负荷控制过程中可以主动地选择适于该用户实际情况的负荷 控制实施方案，完成供电企业的负荷控制指标，而且系统本身也是一个完整的电力负荷监控 管理小系统，可以实现用户内部的全部电力工况监测、电量使用记录及电力调度控制等自动 化的管理功能。为电力负荷管理系统在国内的大力推广普及，提供更新的且为用户所乐意接 受的技术装备。 作为论文的重点，负荷管理是需求侧管理的有机组成部分，也是实现需求侧管理的重要 工具，它由主站( 硬件和软件) 、终端( 管理型终端与小终端) 、通道组成。负荷管理系统与需求 侧管理的关系如下图所示： 9 东南大学工程硕士学位论文 图1 - 1负荷管理系统与需求侧管理关系图 论文共分为五章，第一章绪论、第二章系统设计、第三章功能扩展、第四章南通负荷管 理系统、第五章总结与展望，其中第二至第四章为论文的核心所在，阐述了论文的主要工作。 10 第二章新型电力负荷管理系统设计 第二章新型电力负荷管理系统设计 负荷管理是电力需求侧管理d s m 的一项主要工作，在我国推行d s m ，必须首先搞好电 力负荷管理的推广工作，这是当务之急，也是脚踏实地的行动。作为电力负荷管理技术的科 研人员和工程技术人员，在负荷管理系统的推广工作中，我们感到，更多地为电力用户着想， 考虑用户用电、管电的自身利益，会使负荷管理装置的安装和推广应用具有更广阔的前景， 也更会受用户的欢迎，然而我国现有的负荷管理系统装置，包括其控制思想，对用户的利益 都鲜有考虑，以d s m 的思想指导出发，要求负荷管理要综合考虑供需双方的共同利益、调动 用户参与负荷管理的积极性，让用户主动地、直接地、有效地参与到负荷管理工作中来，这 是d s m 中重要而关键的一环，但是国内已有的负荷管理在这一环上还做得不够，所采取的控 制管理模式存在着控制固定、不能满足用户变化的要求的缺陷，这为新型负荷管理系统的研 制提供了可行的客观环境。 随着电力负荷管理技术在我国的大力推广和应用，用电单位的电力负荷控制意识不断加 强，这是可喜的结果，同时用电单位也产生了许多的要求，其中较普遍的一种是一些大中型 企业不满足于只是受控与主站的集中管理，在这种管理方式中，企业本身没有任何主动权， 完全受主管电力部门的控制。电力部门对企业的具体情况了解得并不详细，所实施的控制有 可能给企业带来完全可以避免的损失。另外，随着市场经济的发展，企业的经营管理机制也 在不断改进，越来越多的大中型企业内部实行了经济独立合算，各个分厂车间实行自负盈亏， 在电能的使用上，企业也必须有一套完善的管理方法，以进行有效的负荷管理，实施合理的 电费管理，这是企业需要内部负荷管理系统的另一个原因。因此，顺应用户的利益要求，同 时也使电力部门拥有更多、更广、更好、更受欢迎的推广负荷管理的技术手段，电力负荷管 理中需要有一种新的控制方式，一种更深入、更细致的管理模式，它是原有电力负荷管理系 统的扩展。 本文创新之处在于： l 、基于互利共赢的思想，提出一种新型的负荷管理系统架构，在原有的管理方式方式下。 向下增加一级管理功能，这可以说是负荷管理思想的一种先进的变革，并进行了研发实施。 2 、研制开发了新型的负荷管理终端装置，充分满足需求侧管理的需要。 3 、在上述指导思想下建设成一套综合负荷管理平台，包括主台软件、通信通道、用户侧 终端，实现了需求侧管理。 东南大学工程硕士学位论文 4 、在管理平台上实现了抄表、购电、防窃电等扩展功能，为电力企业现代化建设作出了 贡献。 2 1 新型电力负荷管理系统 本文研制和开发的是一套新型的完整的电力负荷管理系统，在原有的管理方式方式下， 向下增加一级管理功能，增加的一级管理可交予用户灵活自动的执行。这可以说是负荷管理 思想的一种先进的变革。整个系统包括：完全负荷部颁新标准的无线电电力负荷管理主站( 以 下简称为主站) ，带有用户内部电力负荷管理功能的无线电电力负荷管理终端( 以下简称管理 型终端) ，以及构成用户内部负荷管理系统的配套小终端( 以下简称为小终端) 。 新的电力负荷管理系统包含有两层管理，即主站对管理型终端的管理和管理型终端的内 部管理功能。其中，对各层的要求是： 对主站层的要求是： 1 ) 通用性主站作为一个城市或地区的电力负荷管理系统的核心，最重要的是 要符合最新的部颁标准，完成其规定的全部标准功能，使用标准通信规约。这 样能够保证该主站的通用性。 2 1可行性主站作为整个系统的核心，要管理大量数据，应拥有良好的数据管 理功能，海量的数据存储媒体和足够快的运行速度。 3 ) 操作性主站作为整个系统的操作台，必须拥有良好的人机交互界面，操作 简便，容易掌握。 4 1扩充性主站处理能力要保留余地，以满足一定时期内可能出现的系统容量， 并要为将来可能进行的主站联网提供方便。 对管理型终端层的要求是： 1 ) 通用性保留传统无线电电力负荷管理终端的全部功能，包括各种数据采集 及控制，但是控制回路数要增加，与主站有关的功能及通信规约要完全符合部 颁标准。从主站来看，管理型终端就如同一台大型的普通终端，这保证了其外 特性符合标准，不需额外扩充部颁标准，以使这种终端具有较强的通性。 2 1 先进性具有内部电力负荷管理功能，能够实现企业内部各单位进行基本的 负荷管理，包括参数设置、数据采集、手动及自动闭环控制等。在此功能下， 管理型终端就是一个负荷管理二级主站，有完善的数据管理功能，并新开发设 l2 第二章新型电力负荷管理系统 计出为管理型终端的内部管理功能配套的底层控制设备( 小终端) 。 3 ) 操作性作为内部管理的操作台，管理型终端也需要有一个良好的人机交互 界面，操作简便直观。小终端需实现简单的本地数据显示操作。 4 )可靠性整个系统的性能要符合部颁电力负荷控制产品的各项指标，要通过 电力部电力科学研究院负控检测中心的新产品例行实验。 2 2 系统总体方案设计 2 2 1 通信方式选择 对于一个完整有效的集散控制系统，其通信部分起着十分重要的作用。电力负荷管理系 统，从网调一直到用户的终端有许多层控制，所有这些控制层次之间的联系都依靠可靠的通 信来完成。不言而喻，通信在电力负荷管理系统中起着重要作用。欲设计电力负荷管理系统， 需先设计好各级之间的联系纽带。 我们要设计的新型控制系统是从市( 地区) 负荷管理主站向下的基本系统，是全国负荷 管理系统的基础。该系统包含有三层控制设备，完成两个层次的管理，第一层为负荷控制主 站到管理型终端的控制，第二层为管理型终端到小终端的控制。这两个层次具有不同的特点， 因此区别选择使用不同的通信方式。 第一层，主站与管理型终端之间采用无线通信。 这是目前我国在负荷管理系统中使用最广泛、技术最成熟的通信方式，它使用专用电台 进行主站与终端的无线通信，该无线方式采用： 频率范围为2 2 3 2 4 0 m h z 专用频段。 调制方式为2 f s k - f m 调制，b p _ - - 进制频率键控和调频双重调制。 调制频偏为5 k h z ，允许带宽为1 6 k h z 。 发射机( 电台) 功率一般为5 2 5 w ，特殊情况允许到5 0 w 。 接受机典型灵敏度1 4 p v 。 无线电电力负荷管理系统的通信硬件组成如下图所示： l3 东南大学工程硕士学位论文 r s 2 一 图2 - 1 无线电电力负荷管理系统的通信硬件组成图 第二层，管理型终端与小终端之间采用有线通信 管理型终端到小终端的管理方式主要是针对用电大户的管理层次，实现用电大户的内部 电力负荷管理功能。因此，要根据实际使用环境特点考虑这一控制层的通信方式。 对用电大户的内部电力负荷管理，需要找一种成本低并且有效的通信手段。我们从无线 通信转到了有线通信，有线通信有电力线载波通信、复用电话线通信和专用电缆线几种方式。 在低压电力线上进行载波通信载波设备价格高，目前国内技术还不成熟，通信可靠性较 差。复用电话线通信节省线路费用( 与专用电缆线方式比) ，但需加专用调制解调器，并且会 受到电话的干扰和耽搁。专用电缆线方式主要需要铺设电缆的费用，其它费用很少，但是受 信号传输距离的限制，其中，r s 2 3 2 接口通信可靠信号传输距离仅几十米，工业中常用的r s 4 8 5 接口可靠信号传输距离为l 。2 公里。 r s 4 8 5 通信接口是一种新型的串行通信工业标准，其特点是： 1 1采用差动信号传输，使得这种通信具有较强的抗干扰能力，并且可靠信号传输距离 远。 2 ) 允许多对通信，如同总线型网络，所有通信节点均直接联在信号线( 双绞线) 上。 一个r s 4 8 5 驱动器最多可以带3 2 个接收器。 对于大部分中型企业和一部分大型企业来说，其占地最大直径一般在一两公里以内，这 样的距离很适合r s 4 8 5 接口通信。使用这种方法，通信费用主要专用电缆线上，而接1 ：3 电路 十分简单和便宜。 这样，整个系统中采用两种通信方式：管理型终端与主站的通信采取传统的无线方式， 使它与传统系统兼容；内部管理采用有线串行通信方式，经济实用。 14 第二章新型电力负荷管理系统 2 2 2 系统总体方案 于是，整个系统的构成设计如下图所示 1 ) 主站采用现成的硬件，微机采用p e n t i u m ( 奔腾) 微机，通信硬件包括电台、天线、 调制解调器、电源、麦克及喇叭；软件开发是主站设计的关键，使用w m d o w s 环境 下的c + 斗程序开发平台，采用面向对象的程序设计方法。 2 )管理型终端选用3 8 6 微机主板作为控制核心，1 4 英寸彩色c r t 显示器为信息显示设 备，标准计算机多功能卡作为通信信号处理部件，半导体电子盘作为系统的存储体， 选用同主站一样的电台及调制解调器组件，自行设计输入输出控制接口板，负责无 线和有线的通信控制、信号采集以及控制输出，编程采用c 语言。 3 )小终端作为实现电力负荷内部管理的基本控制单元，主要完成最基本的负荷管理功 能，采用8 0 3 l 单片机作为中央处理芯片，使用5 l 汇编语言进行编程。管理型终端 与小终端之间采用有线方式的串行r s 4 8 5 接口通信，采用双绞线电缆连接。 无缝通信 丫中丫 圜l 固 有线超信j 占| 星 i _ 0 控制 图2 - 2 新型电力负荷管理系统构成图 此次研制任务的中心思想是设计一种能使负荷控制更加全面和深入的管理系统。提出了 一种新的管理模式。因此，任务的核心是研制出全新的管理型终端，以及所有为该种终端服 15 东南大学工程硕士学位论文 务的小终端，从而在负荷终端标准功能基础上实现企业内部负荷管理功能。主站任务主要是 在满足新的部颁标准基础上，为管理者提供更加友好的人机交互界面。其中，管理型终端及 所带的小终端的研制设想是本次设计的关键也可说是精华所在，它们可构成一个子系统，称 为管理型用户终端系统，通过统一的部颁通信规约，联入电力部门已有的或新建的任何负荷 管理系统。 2 3 主站设计 2 3 1 主站硬件 主站的硬件是现成的计算机和通信套件，计算机与通信设备之间用标准的r s 2 3 2 接口连 接。它使用的硬件比较少，最小配置是一台计算机和一套通信设备就可以了。通常使用一套 硬件备份，由于负荷管理对实时性的要求并不高，可使用冷备份，即若发现硬件有问题由操 作人员接入备份设备并重新开启就可以了。主站硬件组成如下图所示： 圈圈 图2 - 3 主站硬件组成 主战的硬件不用设计，只做系统的集成，但需要掌握各部分的原来及性能，以便将自行 开发设计的软件与这些硬件有机的结合起来。 2 3 2 主站软件设计 主站的软件设计选用流行的w i n d o w s 平台作程序开发环境，采用软件工程中的由底向上 进行软件编制。软件设计总体结构示意图如下： 16 第二章新型电力负荷管理系统 圉圈圈圈 卜习 i _ j 图2 4 软件总体结构示意图 编程方法使用o b j e c tw i n d o w s 编程，这是一种面向对象的编程方法，开发软件使用 b o r l a n dc + + 。该软件开发平台提供给编程人员大量现成的基本的类，编程时直接使用并扩展 这些类，就可完成许多标准的功能，如窗口、菜单、对话框、屏幕输出等界面程序，大大简 化了编程的任务量。 在w m d o w s 环境中编程，获益最多的是界面编程。w i n d o w s 是一种图形化的界面，十分 友好，并为应用程序提供了全套的编写w i n d o w s 风格界面的标准函数。使用中文w i n d o w s ， 全面支持汉字方式，主站软件的界面宜接使用汉字显示与输入。这样，主站设计成为全汉化 的w i n d o w s 风格图形界面。 2 4 管理型终端设计 在整个系统研制任务中，管理型终端的研制起着承上启下的关键作用，它是设计任务的 焦点。管理型终端向上可与任何标准负控管理主台通信联络，向下可实现本身的内部负荷管 理，即通过操作控制管理型终端自身众多的输入输出端口火与接入的小终端进行通信，从而 实现电力负荷的用户侧管理。因为作为研制的初衷，设计的重点即是管理型用户终端系统， 它是可以接入任何采用部颁标准规约的主站系统的，可作为单独的产品推向市场。 2 4 1 管理型终端硬件设计 管理型终端的硬件设计包括3 8 6 计算机主板、微机电源、c r t 显示器、显示卡、多功能 卡、半导体电子盘、打印机、电台、调制解调器、天线、输入输出控制卡、输入输出端子板 l7 东南大学工程硕士学位论文 等。从功能上可以分为四部分： n3 8 6 微机系统 2 )外围输入输出设备 3 )输入输出控制电路 4 )电源系统 其中。前两个和最后一个都采用现成的产品，第三部分需要自行设计。整个管理型终端 的硬件构成如下： 内部电路一 匝圈臣亘互 _ 屯田 外部电路一 图2 - 5 管理型终端的硬件组成 下面，对各部分作简要的介绍： 1 3 8 6 微机系统 管理型终端的控制核心由一整套标准计算机部件组成，其组成部件见上图。 3 8 6 主板上包括c p u 、固化基本程序( b i o s ) 、动态r a m ( 计算机内存) 、c p u 外围 接口电路、标准扩展插槽等部分，联合完成计算机的主要功能。 多功能卡上包括软硬盘驱动器控制电路以及两个独立的r s 2 3 2 串行通信控制器。两个串 行控制器，分别用于无线通信和有线通信；软硬盘驱动控制器虽最终在终端上并不使用，但 为调试工作带来极大的方便可直接连上软硬盘进行调试。 管理型