（电气工程专业论文）负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用.pdf

l o a dm a n a g e m e n ta n dr e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o nt e c h n i q u e a p p l i e dt os m a r tt e r m i n a li nr e g i o n a le l e c t r i cp o w e rb u r e a u b y l i ut i n g b e ( h u a ih u ac o l l e g e ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fp r o f e s s i o n a l e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f c s s o rz h a n gz h i w e n s e n i o re n g i n e e rz e n gw e i s h e n g m a y , 2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 蚕卜亍 日期： 沙1 1 年歹月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 导师签名： 日期：加i | 日期：矽77 日日 9 夕 ”夕 月月 r 队) 年年 l 。i f 1 ； lill1lj_j 1 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 摘要 在配电网中通过智能检测装置对配电变压器运行参数进行监测是提高电网安 全运行和供电可靠性的重要手段。负荷量和无功功率状况是变压器正常运行的两 个重要参数。本文研究如何将负荷管理及无功补偿技术应用于地区电业局智能终 端开发中。 本文首先概述了配电变压器监控终端的研究现状和发展趋势，介绍了负荷管 理的方法及无功补偿技术。调研了目前农村配电网运行现状和功能要求，研究了 针对农村配电网负荷管理和无功补偿的对策，提出了“电压”、“电压+ 无功 、“电 压+ 功率因数 三种无功补偿控制模式，并以电压为首要控制目标。 农网负荷管理的设计思想是在变压器过载时，以最简单且经济的方式对线路 实施轮流停电，通过限电措施防止变压器过载运行。无功补偿的设计思想是，根 据提出的无功补偿控制模式，对一组无功补偿装置进行自动投切，以实现所需的 无功需求。 综合以上软件设计的思想，本文介绍了基于# c o s h 嵌入式实时操作系统 的监控终端的硬件结构和软件功能，设计了负荷管理软件和无功补偿控制软件， 实现了负荷管理的基本功能，以及三种无功补偿模式的控制功能。硬件和软件已 联调通过。结果表明，本文所提的控制方案切实可行，能够满足智能监控终端对 负荷管理及无功补偿的控制要求。 关键词：配电变压器智能监测终端；农村配电网；负荷管理技术；无功补偿技术 i l 工程硕上学位论文 a bs t r a c t i ti si m p o r t a n tt om o n i t o rt h ep a r a m e t e r so fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rb ys m a r t m o n i t o r i n gd e v i c et oi m p r o v es a f eo p e r a i o na n dr e l i a b l ep o w e rs u p p l yi nd i s t r i b u t i o n v o l t a g en e t w o r k t h el o a da n dr e a c t i v ep o w e ra r et w oi m p o r t a n tp a r a m e t e r sf o rt h e n o r m a lo p e r a t i o no fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r s t h i st h e s i sr e s e a r c h e sh o wt oa p p l y l o a dm a n a g e m e n ta n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g yt ot h ee x p l o i t i o no f s m a r tt e m i n a li nr e g i o n a le l e c t r i cp o w e rb u r e a n f i r s t l y , t h et h e s i so v e r v i e w st h e r e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do f d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rm o n i t o r i n gt e r m i n a ld e v i c e ，a n di n t r o d u c e sl o a dm a n a g e m e n t m e t h o d sa n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nt e c h n o l o g y t h et h e s i ss u r v e y st h ec u r r e n t s t a t u sa n df u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fr u r a ld i s t r i b u t i o nv o l t a g en e t w o r k t h et h e s i s r e s e a r c h e sm e a s u r e so fl o a dm a n a g e m e n ta n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nf o rt h e r u r a ld i s t r i b u t i o np o w e rn e t w o r ka n dp r o p o s e s “v o l t a g e , v o l t a g e + r e a c t i v ep o w e r ”， “v o l t a g e + p o w e rf a c t o r ”o ft h r e er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nc o n t r o lm o d e s t h e t h r e em o d e sg e tv o l t a g ea st h ep r i m a r yc o n t r o lo b je c t i v e s t h ed e s i g ni d e ao fl o a dm a n a g e m e n ti sw h e nt h ed i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r o v e r l o a d ，i ti m p l e sr o l l i n gp o w e rf a i l u r ei nn e i g h b o r h o o db ys i m p l ya n de c o n o m i c a l l y i tp r o t e c t st h e d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rf r o mr u n n i n go v e r l o a db yl i m i t i n gp o w e r a c c o r d i n gt ot h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nc o n t r o l m o d ep r o p o s e d ，t h et h e s i s d e s i g n st h em e t h o do fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n i td e s i g n ss w i t c h i n ga u t o m a t i c f o rr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nd e v i c e st oa c h i e v et h ed e m a n do fr e a c t i v ep o w e r b a s e do nt h ea b o v es o f t w a r ed e s i g ni d e a s ，t h et h e s i si n t r o d u c e sm o n i t o r i n g t e r m i n a lh a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o f t w a r ef u n c t i o n sb a s e do nu c o s i ie m b e d d e d r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m a n dt h et h e s i sd e s i g n st h ec o n t r o ls o f t w a r e so fl o a d m a n a g e m e n ta n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n t h e yr e a l i z e s t h eb a s i cf u n c t i o no f l o a dm a n a g e m e n ta n dt h r e ec o n t r o lm o d e sf u n c t i o no fr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eh a sb e e nd e b u g g e djo i n t l y t h er e s u l to fd e b u g g i n gs h o w t h a tt h ec o n t r o ls c h e m ep r o p o s e di sf e a s i b l e i tm e e t st h er e q u i r e m e n t sf o rl o a d m a n a g e m e n ta n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o no f s m a r tm o n i t o r i n gt e r m i n a l k e y w o r d s ：s m a r tm o n i t o r i n g t e r m i n a lo fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r ；r u r a l d i s t r i b u t i o nv o l t a g en e t w o r k ；t h et e c h n o l o g yo fl o a dm a n a g e m e n t ；t h et e c h n o l o g yo f r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n i i i 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘 要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景与意义l 1 2 配电变压器监控终端的发展l 1 3 配电网负荷管理技术现状2 1 4 配电网无功补偿技术研究现状2 1 5 本课题研究主要内容4 第2 章负荷管理的方法及无功补偿技术5 2 1 负荷管理的基本方法5 2 1 1 避峰错峰用电5 2 1 2 需求侧管理5 2 2 可中断负荷管理5 2 2 1 可中断负荷管理的必要性及意义6 2 2 2 中断负荷管理基本模型6 2 2 3 可中断负荷合同8 2 2 4 可中断负荷电价9 2 2 5 可中断负荷管理的电力市场运作流程9 2 3 无功补偿技术介绍1 0 2 3 1 无功补偿意义1 0 2 3 2 并联电容器无功补偿原理1 0 2 3 3 并联电容器补偿方式1 1 2 3 4 无功补偿电容接线方式1 2 2 3 5 并联电容无功补偿控制原则1 4 2 4 本章小结15 第3 章农村配电网的目前现状及需求1 6 3 1 配电网及其特点1 6 3 2 农村配电网的概况1 7 3 3 农村低压配电网需求1 9 3 4 本章小结2 0 i v t 程硕十学位论文 第4 章农网台区变压器智能终端的结构及功能2 l 4 1 负荷管理终端功能要求2 l 4 1 1 负荷管理终端配置2 1 4 1 2 负荷管理终端技术参数要求2 2 4 2 终端硬件总体结构2 2 4 2 1 数据采集模块2 3 4 2 2c p u 模块2 5 4 2 3 控制电路模块2 5 4 2 4 显示模块2 5 4 2 5 其它模块一2 5 4 3 智能监控终端实物图2 6 4 4 本章小结2 7 第5 章智能终端负荷管理软件的设计与实现2 8 5 1 终端软件总体设计2 8 5 2 负荷管理软件设计2 9 5 2 1 农村台区负荷情况2 9 5 2 2 负荷管理软件设计思路介绍3 0 5 3 负荷管理软件功能的调试与实现3 3 5 4 本章小结3 4 第6 章智能终端无功补偿控制软件设计与实现3 6 6 1 电压控制模式3 6 6 2 电压无功控制模式3 7 6 3 电压功率因数控制模式4 0 6 4 软件功能调试与实现4 l 6 5 并联电容无功补偿优化研究4 3 6 5 1 并联电容器投切开关比较4 3 6 5 2 晶闸管控制电容器编码投切4 3 6 6 本章小结4 5 结论4 6 l 全文总结4 6 2 工作展望4 7 参考文献4 8 蜀c 谢5l 附录部分软件程序5 2 v 工程硕士学位论文 1 1 课题研究背景与意义 第1 章绪论 随着国民经济的发展和人民的生活水平的提高，人民的用电量的越来越大， 同时对电能质量也提出了更高的要求。这促使着我国的电网规模不断扩大，电力 技术飞速的发展。在我国低压配电网的终端都是直接面向用户供电的，属于电力 系统的末端。而目前我国配电自动化水平较低，在配电网中分布广泛且数量庞大 的配电变压器的运行工况的参数都是由当地的电力工作人员在指定的日期手工测 量的，这并不能反映配电网运行的实时情况，更不能解决实际问题。从而需要利 用高科技手段开发一款多功能的智能终端监控装置，对分布广泛的配电变压器的 运行情况进行实施监测，从而提高配电网的自动化和远动化水平。 配电变压器的运行数据是整个配电网基础数据的重要组成部分，对配电变压 器安装智能监控装置是体现配电系统自动化水平重要手段，为配电网稳定运行提 供了重要保障【l 五】。通过监控装置监测配电变压器低压侧的电压、电流、有( 无) 功 功率，功率因数等这些参数来放映配电变压器的运行情况，并针对运行中出现的 问题采取自动化措施消除运行异常情况，使配电变压器正常运行。 1 2 配电变压器监控终端的发展 配电变压器的监控系统大约从2 0 世纪7 0 年代开始发展了，在配电自动化领 域中对配电变压器安装智能监测终端系统监测其运行数据具有非常重要的意义。 国外电网公司的配电变压器的监控系统已经形成包括配变站自动化、馈线分段开 关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表系统于一体的配电网管理 系统【3 】。国外很多大型电力系统设备制造企业都已经在配电自动化领域投入了大 量的人力和财力并推出了具有自己企业特点的配电变压器的监控装置，如西门子 公司、a b b 公司、摩托罗拉公司等。 随着电力电子技术的发展，国内在配电网自动化技术方面也开始有了新的发 展阶段。尤其是近年来的集成芯片技术的飞速发展，旧的8 位机以逐步淘汰，取 而代之的是1 6 位甚至是3 2 位机，推出了的具有高性能、低功耗、高速度、高集 成的芯片。这促使着我国电力科研人员对智能监控产品的进一步研发，产品在参 数测量、数据处理及传输方式的设计上有了很大的改进，使得监控装置在性能和 功能上有了很大程度的提高与改善。产品相续的投入现场运行后取得了改善配电 网和配电变压器运行的明显效果，产品得了广大电力客户的认可。智能监控终端 产品已从功能单一、通信方式简单情况逐步发展到集多功能化、小型化、智能化 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 于一体并且具备多种通信方式的高性能产品。通过对配电变压器安装这种高性能 的监控设备，保护配电变压器的安全运行，从而提高整个配电网的运行的安全性 和可靠性，提高了我国配电网自动化和远动化水平。 1 3 配电网负荷管理技术现状 负荷管理是供电部门借助技术手段和经济手段通过对用户用电量的控制，使 用户避开用电高峰期并将用电时间移至低谷期，通过这种手段来达到调节负荷曲 线的目的，它是一种改善电力系统用电安全，运行经济的面向用户的自动控制技 术，是配电管理系统的一个子系统【4 - 5 】。负荷管理基本理念是在不影响正常生产和 基本生活需求的原则下，通过降压减载或实施可中断负荷的方式来降低负荷量。 虽然负荷管理的很多项目都已在进行，应用上大多是根据经验进行的，但各 国各地区的情况不仅相同，应用起来的效率不高，要切实解决这一问题，还有很 多理论方面和实践方面的工作要做。国内很多地区还没有较全面管理客户用电的 大规模实用系统，多数供电企业现行的传统方法较为简单，往往仅限于电量的计 算和功率因数的考核，而且计量和考核设备多为在负荷侧就地安置，极为分散， 供电企业为了了解负荷状况智能靠工人现场抄表，效率低下，无法及时掌握客户 的用电状况。 实施负荷管理技术，可以减小电网供电的压力，提高设备利用率，降低能源 消耗，将有限的电力资源发挥出最大的效用，极大的缓解了电力紧缺的局面【6 。7 1 。 为调整负荷曲线使每个时段的负荷量趋于平衡，可以通过技术手段、经济手段、 行政手段等对负荷进行管理。目前对高峰电力负荷采用了削峰填谷的技术，使用 户避开在高峰器用电，引导用户多在低谷期用电。对电网的日用电量进行统计调 查，可将电网的电力负荷分为高峰、平段、低谷三个时段，通过制定峰谷电价的 这种电价激励方式，来引导用户错峰用电。对于用电量具有季节性的特点，也可 以制定季节性电价，来减小电网负荷波动，平衡负荷曲线。利用行政手段，鼓励 人民发展优势低耗能环保产业，严格限制高耗能劣势产业，倡导人民环保节约用 电。在技术上，加大节能产品的研发力度，积极推出高效节能技术( 蓄冷蓄热技术、 变频调速技术) 的产品。 1 4 配电网无功补偿技术研究现状 国内低压配电网结构复杂存在大量的感性负荷，大量的无功功率在配电网中 流动，由于输电线路线径比较小，设备使用时间长使设备老化程度高，导致线路 损耗大，电压质量难以保证，配电网的自然功率因数偏低。通过上级电网输送无 功来补偿所需的无功和提高功率因数，会导致大量无功电流在线路中流动并且得 2 工程硕士学位论文 不到跟踪补偿，增加电网损耗，也使整个电网的经济效益降低了，因此，需要对 配电网安装无功补偿装置提供合理的无功补偿，减少线路的电能损耗，提高自然 功率因数，保证电压质量，提高整个电网的输电能力。 在早期的电网中，主要是应用同步调相机和电容器为主要补偿装置。早期的 同步调相机的原理是通过改变调相机的励磁状态，动态的补偿电网所需要补偿的 容性无功功率或是感性无功功率【8 】。同步调相机是属于一种成本较高的旋转设备， 其运行过程中肯定会产生很大的噪声，损耗也较大，维护复杂。这种装置已经不 适应电力系统的发展而静止电容器以其经济简单，灵活方便的优点在无功补偿领 域应用广泛。电力电子技术的发展也促使了并联电容器无功补偿装置的性能和功 能方面有了新的发展阶段，出现了静止无功补偿器( s v c ) 、静止无功发生器( s v 6 ) 等主流无功补偿装置。 静止无功补偿器( s v c ) 基本原理是以晶闸管为控制开关来控制电容器和电抗 器的投入量的比例从而改变电力系统中的无功性质，使无功平衡。s v c 技术按控 制对象和控制方式不同主要可分为晶闸管控制电抗器( t c r ) 和晶闸管控制电容器 ( t s c ) 。t c r 补偿装置通过快速改变投入电网中的感性无功功率，来调节电网中 的无功状况。而t s c 是指通过晶闸管控制投切多组并联电容器装置来调节电容器 的投入量，使电网无功平衡。在实际工程应用中为实现无功的连续动态补偿常将 这些补偿方式组合起来如：t c r + t s c 、t c r + f c 、t c r + t s c + f c 等。采用s v c 技术补偿电网所需的无功是保证电网电压稳定，防止电压崩溃的重要技术手段， 提高了电网运行的稳定性和可靠性。它不仅可以实现电网的调相和调压，降损节 能，还可以提高线路的输送能力和改善电能质量【9 。们。 静止无功发生器( s v g ) 是可看做一个即能产生基波电压又能产生谐波电压的 交流电压源的自换相的变流器，该补偿器通过控制基波电压大小和相位，可以改 变基波无功电流的大小和相位i l 。s v g 根据变流器中的基本电压和线路的交流电 源电压大小情况来产生感性或是容性无功电流。s v g 因其控制方式复杂，需用到 的全控器件价格昂贵，目前在我国应用的不多，此装置的推广运行还需要相当长 的一段时间。 目前我国低压配电网t s c 具有结构简单、体积小、重量轻特点，使其在就地 无功补偿中易安装且维护方便，故这种装置应用广泛。但在实际项目应用中这种 补偿装置也存在着一些问题：首先是电容器投切振荡问题，由于目前设计的补偿 算法不够完善会使电容器反复投切，产生投切振荡，影响电容器使用寿命。其次 是电容器经常受到电网谐波冲击也影响电容器使用寿命。再次是目前补偿装置的 设计的技术问题，一种补偿装置不能同时适用于集分组、接线方式、控制方式等 于一体的诸多补偿方案。还有些生产厂家考虑到运算速度和生产成本问题设计了 简单的单相采样方式。这种方式在电网三相负荷不平衡时计算出的无功功率不准 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 确，将会造成无功过补或是欠补等严重问题。无功补偿装置补偿速度较慢且由于 分组不合理使补偿精度不高。 1 5 本课题研究主要内容 本课题通过对农村某些地区的台区变压器运行情况进行调研后，针对农村配 电网中存在的问题开发一款多功能、低成本、高集成的配电变压器智能监控终端 系统。旨在对配电变压器的运行中的电压质量、无功状况、负荷情况、等情况进 行实时监测和控制，保护配电变压器正常运行，改善农村供电电压质量、提高农 村配电网运行的可靠性和安全性。 本文主要内容有： ( 1 ) 第1 章绪论概述了课题研究的背景和意义，阐述了我国配电系统自动化发 展的情况、低压配电网负荷管理及当前无功补偿技术发展情况。指出我国现阶段 配电变压器监控终端系统的不足，并针对当前农村配电网的配电变压器被损坏严 重的情况提出开发一款智能监控终端系统。 ( 2 ) 第2 章详细介绍当前用于电网降低高峰负荷的可中断负荷管理方法和无功 补偿常用技术。可中断负荷管理重点讲解了可中断负荷的基本数学模型、合同等； 无功补偿技术介绍了无功补偿基本原理、并联无功补偿方式、电容接线方式及控 制原则等。 ( 3 ) 第3 章主要概述了农村配电网目前的现状，重点讲述课题调研地区农村配 电网台区变压器在运行情况，并总结了改善目前农村配电网运行状况的功能需要。 ( 4 ) 第4 章对开发有控制功能的配电变压器智能监控终端的硬件需实现的功能 进行了硬件配置需求分析，继而本章重点讲述开发智能监控终端硬件结构总体框 图并简要的介绍了硬件的不同功能模块。 ( 5 ) 第5 章主要是负荷管理软件的设计，首先介绍了基于嵌入式实时操作系统 的软件总体设计情况，重点阐述防止配电变压器过负荷运行的负荷管理的方法。 在用电高峰期通过实时检测配电变压器的电流是否超标，如果超标就实行对不同 地区的负荷进行轮流停电的方式来错过用电高峰期，这种经济又简单的方式防止 配电变压器过负荷运行。软件已经通过实验调试实现了预定的功能。 ( 6 ) 第6 章主要内容是配电网无功补偿装置投切的控制方法的软件设计。针对 目前地区农村配电变压器只有一组电容器补偿装置的情况，设计了三种无功补偿 控制方式分别是：“电压”控制模式、”电压+ 无功”控制模式及”电压+ 功率因数”控 制模式以满足不同情况下无功补偿的需求。软件也已经通过实验调试实现了相应 的功能。接下来对当前农村应用的无功补偿装置的投切开关和分组问题设计不足 的地方进行优化研究。 ( 7 ) 最后总结了本论文研究的工作，并指出下一步工作重点及需改进的地方。 4 工程硕l 学位论文 第2 章负荷管理的方法及无功补偿技术 2 1 负荷管理的基本方法 目前国内电网建设速度滞后于用电量需求增长的速度导致电力供应紧张，在 目前情况下解决电力供应紧张的有效方法就是加强电网的负荷侧管理。通过对负 荷侧管理手段，优化配置电力资源，使电力资源利用率达到最大化，减小电网供 电压力。 2 1 1 避峰错峰用电 避峰是在用电高峰期中断部分电力用户用电，使电力用户的总用电时间减少。 这种方式通过有计划的减少负荷量从而控制用电单位可用负荷指标。 错峰用电是指通过一定的技术手段，将电网高峰部分负荷转移到低谷时期， 减小峰谷负荷落差，改善电网负荷曲线【1 2 1 。该技术的主要措施有：( 1 ) 国家通过行 政和技术手段调整企业的作业程序和轮休时间来实现错峰用电。( 2 ) 通过技术手 段，如蓄冷和蓄热技术使用户在低谷期低电价时用电而避免高峰期用电，用户的 生产量并没有减少，并获得了合适的收益。( 3 ) 利用开发的新能源如太阳能、燃气 互相替代来实现日负荷高峰和低谷时段的移峰填谷。通过移峰填谷的方式可以使 发电设备连续发电，提高电力设备的利用率，优化资源配置，使电网更安全经济 的运行。 2 1 2 需求侧管理 需求侧管理是负荷管理技术的重要内容，它以满足同样的用电功能的同时减 少电量消耗和电力需求为目标。它的运营管理模式是电力部门和政府部门通过技 术及行政手段制定合适电力的运作方式，来激励用户改变用电时段或方式，提高 终端用电效率，实现最低成本能源服务。可中断负荷管理是需求侧管理的一项重 要内容。随着我国电力事业的发展，需求侧管理技术在我国逐渐推广和应用并产 生了明显的社会效益和经济效益。 2 2 可中断负荷管理 目前负荷管理有多种手段，如避峰、错峰、安装节能装置、使用蓄能设备等。 可中断负荷作为需求侧管理的一个重要手段，利用用户的用电弹性，通过技术和 经济手段鼓励一部分电力用户避开高峰用电，降低高峰负荷需求量，减少因负荷 量增加而需要增加发电机的发电容量，从而减少了电力公司对增加发电量的投资。 可中断负荷管理实施的具体流程是电力公司给予电力用户优惠电价政策与用户签 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 订可中断负荷合同【1 4 。1 5 】。当电力系统处于用电高峰紧张状态时，电力公司给可中 断用户发出中断请求信号，当可中断电力用户响应后，电力公司再根据合同约定 的模式中断供电。可中断负荷电价、可中断负荷量、中断时间及提前通知时间、 违约惩罚条款等都应该在可中断负荷合同中详细说明。在大城市电网中，电力公 司广泛采用可中断负荷管理的技术手段来缓解高峰用电的紧张状态。 2 2 1 可中断负荷管理的必要性及意义 随着国民经济的发展及产业结构的调整，对用电的需求量越来越大，用电结 构也发生了很大的变化，高峰负荷在增长，峰谷差也逐年增大，因此调峰是我国 电力系统目前非常关注和亟待解决的问题。通过扩建电厂增加发电容量，但由于 受投资、建设周期、选址及环保等因素的制约不能马上解决问题也是不经济的方 式。通过实施可中断负荷管理这种相对快速经济的方法可降低电网峰值，减小负 荷峰谷差，调节了电网的负荷曲线使负荷曲线分布均匀，同时减小了发电机的发 电容量，减小电网供电压力，提高了电网系统的供电的安全性和可靠性，给电力 市场带来了显著的经济效益。 2 2 2 中断负荷管理基本模型 在电力市场环境下，在峰荷时要进行削峰降低负荷率时，同时还有考虑提高 用户的用电舒适度及电力公司的效益这三个方面来考虑寻找一个折中的方案，建 立一个多目标的决策支持模型。 ( 1 ) 高峰负荷削减模型 实施可中断负荷管理后，单位时间内的负荷需求量如下所示： 厶= ( 缸，m j k ) + | f = 1 , 2o $ 刀 ( 2 1 ) j k 各参数的含义：厶表示实施可中断负荷后时间段f 的系统平均负荷；血。表示 在时间段f 内，可中断负荷方案应用到负荷组，后的负荷水平与之前的差值；m 汝 表示组负荷实施可中断方案情况，当m 庸为l 时表示实施，当m 庙为0 时表示没 有实施方案；，表示f 时间段内的预测系统平均负荷。 当每个时间段的最大负荷需求量达到最小值时高峰负荷量达到最小值表达 式如式( 2 2 ) 所示： m i n m a x i q ，三2 ，l 。) ( 2 2 ) 我们制定一个电网峰荷削减量的决策变量用，来表示，为使可中断负荷方案 高效率的执行，则应使削峰量达到最大值时即：m a x ，假设预测高峰负荷量为尸 则每单位时段内同时还需要满足条件： 尸一厶一，0 ( f = l ，1 7 ；，0 )( 2 3 ) ( 2 ) 电力公司盈利模型 6 丁程硕士学位论文 在可中断方案实施中，电力公司的收益优化也即在每个时段实施中断方案最 大化时电力公司的售电收益之和。收益最大可用公式表示为： m , , x z ( 等咄m 弦w ) ( 2 4 ) j ki 其中，表示单位控制时段，以分钟计，w 。，表示电力公司在时间段，向负荷组， 取得的单位净收益。 ( 3 ) 用户舒适度模型 我们把能保持用户生活和工作质量的最低电力负荷指标叫用户舒适度。比如： 夏天室内空调使用户正常生活工作的最高温度，冰箱冷冻保鲜的最低用电指标； 热水器的最低温度所需的最低用电负荷等这些最低指标来保证用户的最低舒适 度。实时可中断负荷管理给用户带来的不舒适度，采用不舒适度指标来衡量。在 控制时段内，如果没有达到最低舒适度门限的负荷量越少则用户越满意，服务质 量就越高。用公式表达如下： m i n ( 洲肚+ 邱，i ) m 砖) ( 2 5 ) 一一 、 j j oj 、 在实施可中断负荷时每组负荷只能实施一种可中断方案， 低舒适度的负荷数是有限的，所以约束条件： 蚝l ( _ ，= l ，刀；k = 1 ，g ) k bj k m 承 v a r u o f f ) 且检测到电 容器是闭合状态，发出切除电容器命令；当检查电网三相电压最小值大于设定电 压下限值时( v v a r u o n ) 且检测到电容器是断开状态，发出闭合电容器的命令： 当电压处于上下限之间时( v a r u o n v v a r u o i f ) ，延时一定时间情 况仍然和延时前情况一样，则发出切电容器指令； c ) 2 、7 区检测到当前电压小于设定下限值( v ( v a r u o n + d e t a u ) ，无功功率小于容性无功( 为 负数) 下限( q v a r u o f f ) ，延时一定时间情 况仍然和延时前情况一样，则发出切电容器指令； c ) 2 、7 区检测到当前电压小于设定下限值( v v a r u o n ) ，延时一定时间情况 仍然和延时前情况一样，则发出投电容器指令； d ) 4 区检测电压正常且电压u e l s ei f ( ( f g l o c k s w 2 = = n o k ) & & ( f g l 2 s w = = s w o n ) ) f g l o a d s w = s w l ； ) i f ( ( f g l o a d s w ! = o ) & & ( f g d l y l o a d = = o k ) & & ( f g h i r d y = = n o k ) ) i f ( ( f g l o a d s w = = s w1 ) & & ( f g l o c k s wl = = n o k ) & & ( f g l is w = = s w o f o ) l 1 s w o n ； 5 3 负荷管理及无功补偿技术在地区电业局智能终端的应用 f g d l y l o a d = n o k ； f g e n d l y l o a d = o k ； i f ( ( f g l o c k s w 2 ；= n o k ) & & ( f g l 2 s w 2 2s w o f f ) ) f g l o a d s w = s w 2 ； e l s ei f ( ( f g l o c k s w 3 = = n o k ) & & ( f g l 3s w2 = s w o f o ) f g l o a d s w2s w 3 ； ) f u n l s w o n ( s wl ，m a c r e s w ) ； ) e l s ei f ( ( f g l o a d s w = = s w 2 ) & ( f g l o c k s w 2 = = n o k ) & & ( f g l 2 s w 。= s w o f f ) ) l 2 s w o n ； f g d l y l o a d = n o k ； f g e n d l y l o a d 2 o k ； i f ( ( f g l o c k s w 3 = = n o k ) & & ( f g l 3 s w2 = s w o f f ) ) f g l o a d s w = = s w 3 ； e l s ei f ( ( f g l o c k s wl = ：= n o k ) & & ( f g l is w2 = = s w o f f ) ) f g l o a d s w = s w l ； ) f u n l s w o n ( s w 2 ，m a c r e s w ) ； e l s ei f ( ( f g l o a d s w = = s w 3 ) & & ( f g l o c k s w 3 = = n o k ) & & ( f g l 3s w2 = s w o f o ) l 3 s w o n ； f g d l y l o a d = n o k ； f g e n d l y l o a d = o k ； i f ( ( f g l o c k s wl = = n o k ) & & ( f g l 1s w 。2s w