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电力需求侧管理与决策技术
作者:浙江宁波电业局 徐永华 王州波 方云辉            来源:             发布时间: 2011-07-08
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    在建设坚强智能电网的大背景下,针对电力需求侧的用电管理技术开展深入研究,阐述了相关技术的研究现状,分析和介绍了其架构与工作原理,从而为电力用户提供优化的用电策略并进行智能的用电控制,最终实现智能用电,提高用电效率,节约电能。
   近年来,在“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化”的战略架构指引下,我国电力系统的信息化建设取得巨大的进展,电力系统发电、输电、配电和用电等各个环节的信息化和智能化程度不断提高。建设智能化的电网已成为未来电网发展的方向,其中电力需求侧分布面广、设备多,是智能电网建设的一个重点。而电力需求侧管理与智能化的重点包括用户信息采集、用户信息双向传输、智能化用电装置研究以及用电智能决策等。
    电力需求侧管理与智能决策技术现状
    1.电力需求侧远程用电监测技术研究现状
    电力需求侧的用电监测是实现电网自动化的一个重要组成部分,目前对电力需求侧的用电监测包括:远程抄表、负荷监测及线损监测等。电力厂网分离后,需要对关口计量和大宗用户不同类别用电进行负荷监控及基于负荷监测实现优化控制。解决这些问题需要开发基于远程集抄的新一代用电监测控制系统,为供电企业由行业管理转为信息化管理提供技术支持。同时,虽然两网改造新增了不少配变和线路,但用电结构和时段差异的增大,使区域性配网在高峰时段满载甚至超载,低谷时轻载,同时降低了供电可靠性,在加强移峰填谷负荷控制的同时,也需要加强线损监测管理工作。此外,不少传统工业对电网产生很强的谐波干扰,抑制谐波干扰,减小电力污染,需要加强远程谐波监测。
    电力部门已采用了诸如远程负控、集抄、配变监测、电能质量监测与控制或者调度等电力自动化系统等办法,但不少系统已不能有效满足电力需求侧管理发展需要,主要体现在:
    1)通信技术不能有效适应电力发展需要。主要体现在通信误码率高,环境适应性差。无线电台等专线远程传输通信投入资金大,建设周期长,运行维护成本高,系统通信实时性不强,不能适应点多面广的用电监测需要。传统低压电力载波等近距离传输技术通信成功率与长期可靠性有待提高。
    2)信息共享性差。供电管理专业分工明确,但在涉及全局的领域跨专业技术协调方面有待加强,电力自动化、系统开发中各种专业软件并存,数据规划不统一,信息孤岛现象严重,既造成无形的重复投资,又不利于从全局角度有效处理与利用数据资源。目前,在配变监测与负荷监测、远程集抄等系统中,关于实现一体化集成以提高综合效益方面的工作开展甚少。
    3)信息获取实时性与同步性差,因而可用性差。由于数据不能同时、及时获取,难以进行科学的线损分析、负荷预测等数据处理,不能为生产经营提供科学的决策依据。
    4)信息分析处理等二次利用效率不高。不少现有系统重视信息采集、传输,忽视信息的综合处理与利用,未能将数据资源有效变为数据资本。
    5)信息的传输基本为单向。在现有的系统中,信息的流向基本上是从电力需求侧到管理中心(如电力公司),而无管理中心的用电方案反馈回电力需求侧。
    因此,电力需求侧的用电监测与管理系统应具有负荷控制与管理、计量回路监测与防窃电、远程抄表和电能质量监测等功能。利用负荷管理系统丰富的数据资源,与用户共享相关用电数据信息,为客户合理安排生产用电计划提供科学依据,帮助客户做好计划、节约用电和安全用电。引导客户参与电力市场,让用户在实际运用中获益。
    2.电力需求侧管理现状
    目前,电力需求侧管理实施侧重在政府部门推动,电力企业和用户实施,电价等经济政策配套,技术创新推广等几个方面。管理重点多在宏观政策面,决策依据多为静态的统计数据及相应趋势定性判断,管理措施细化落实及动态调整有待加强。然而,在技术方面多侧重于局部环节,从系统、全局角度着眼有待加强。如何将技术手段与管理措施有机地结合起来,以技术手段获取实时准确的需求数据并及时统计分析,同步优化负荷控制,同时为管理决策及措施细化落实提供科学依据,值得深入研究。同时,这也有利于技术进步、用电管理、客户服务和社会发展互相促进,微观与宏观管理相结合,即时动态与过程静态管理相结合,真正实现供用电全过程优化控制。
    系统架构及工作原理
    1.系统架构
    电力需求侧管理与优化决策系统架构如图1所示,该系统由多个电力需求侧终端和1个电力监控中心组成,共包含4个子系统:需求侧综合信息采集与控制子系统,电能质量优化与智能补偿子系统,智能电网通信子系统,需求侧信息管理与智能决策子系统。
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    图1  电力需求侧智能控制与优化决策系统框架
    2.工作原理
    该系统首先通过需求侧综合信息采集与控制子系统对电力需求侧的电流、电压、功率和谐波等各种信号进行在线实时采集。然后,该子系统所采集的信息一方面通过电能质量优化与智能补偿子系统,采用无功补偿和有源滤波相结合的方法,对电力需求侧的电能质量进行优化。另一方面,需求侧综合信息采集与控制子系统把所采集到的信息通过智能电网通信子系统传送到电力监控中心。在电力监控中心,系统通过用户信息管理与子系统对从电力需求侧传送过来的信息以及电力监控中心所获得的电力价格信息、负荷信息、电源信息和电网潮流状况等各种综合信息进行数据挖掘与智能决策。用户信息管理与智能决策子系统根据分析决策的结果,通过智能电网通信子系统向需求侧综合信息采集与控制子系统发送智能用电方案,进行负荷控制、远程抄表控制以及电能质量优化控制等智能用电控制。
    为了实现系统的功能,研究将包括以下4部分内容。
    (1)需求侧综合信息采集与控制子系统
    需求侧综合信息采集与控制子系统的主要功能是对电力需求侧的频率、相位、电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、谐波分量及设备用电状态等各种电能信息进行在线实时采集。该子系统根据采集到的信息,一方面进行电能质量实时优化,另一方面,所采集到的信息通过通信子系统传送到电力监控中心。该子系统还执行来自电力监控中心的智能用电控制命令。
    (2)电能质量优化与智能补偿子系统
    电能质量优化与智能补偿子系统的主要功能是根据需求侧综合信息采集与控制子系统检测到的电量谐波信号状态,采用有源和无源相结合的滤波方法对电力需求侧的电能质量进行自适应补偿与优化。电能质量优化与智能补偿子系统包括无源滤波、无功补偿和有源滤波三部分,可以根据需要分别选择配置。无源滤波应具有可选择消除多次谐波的功能,通过无触点交流开关实现切换选择。无功补偿有两种结构,一是可投切的补偿电容器组,二是可控制的电感组合,通过电容器投切控制或电感电流的控制来实现无功补偿量的多少。有源滤波实际是采用高频电力电子技术来解决谐波治理的问题,它可以根据控制命令来实现特定的滤波作用和效果。
    (3)智能电网通信子系统
    在本系统中,智能电网通信子系统的主要功能是实现需求侧综合信息采集与控制子系统与电力监控中心之间的双向数据交互。该子系统包括电力需求侧通信模块和电力监控中心通信模块两部分。
    1)电力需求侧通信模块:该通信模块接收从需求侧综合信息采集与控制子系统传递过来的参数与状态信息,并封装成特定格式的数据包发送到电力监控中心,同时接收来自电力监控中心的决策与控制信息数据包,把控制数据送到需求侧综合信息采集与控制子系统进行远程控制。
    2)电力监控中心通信模块:该通信模块接收来自需求侧综合信息采集与控制子系统的数据,然后送至需求侧信息管理与智能决策子系统进行数据挖掘与智能决策;同时,接收需求侧信息管理与智能决策子系统的控制命令数据,并封装成特定格式的数据包发送到用户端。
    智能电网通信子系统为了能够提供高速、灵活及可靠的通信功能,必须具有多种通信接口,能够兼容以太网、无线通信及电力线载波通信等多种通信技术。
    (4)需求侧信息管理与智能决策子系统
    在本系统中,需求侧信息管理与智能决策子系统的主要功能是:首先对来自电力需求侧的各种电能信息以及来自电网的综合信息进行数据挖掘,然后进行系统分析与智能决策,最后得出电力需求侧的智能用电方案、负载控制策略和电能质量优化控制方案,并可通过通信子系统向需求侧综合信息采集与控制子系统发送智能用电控制指令。为了实现上述功能,需求侧信息管理与智能决策子系统应该包括:通信接口、需求侧综合信息数据仓库、综合信息处理、需求侧用电信息数据挖掘、需求侧用电分析与智能决策和需求侧集成管理接口等6个主要模块,其框架如图2所示。
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    图2  需求侧信息管理与智能决策子系统框图
    结束语
    电力系统包括“发、输、配、供、用”五个环节,其中“用”是最终目的。因此,电力需求侧是电力系统的基础和服务目标,电力需求侧管理与智能化是我国坚强智能电网建设的重点。本文以电力需求侧为研究对象,以实现电力需求侧管理与智能化为研究内容,有力支撑了我国坚强智能电网建设的战略,为我国建设智能电网起到示范作用。
 
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