主動(dòng)配電網(wǎng)下需求側(cè)信息采集系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

李鴻儒，李子杰，張宇亮，王 暉

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.智能配電網(wǎng)測(cè)控與安全運(yùn)行技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

電力用戶和電網(wǎng)公司獲取的用電信息是相應(yīng)需求響應(yīng)的基礎(chǔ)，為供電側(cè)和需求側(cè)的發(fā)展計(jì)劃提供精確的數(shù)據(jù)，從而合理規(guī)劃用戶的用電結(jié)構(gòu)和習(xí)慣，減少電能的浪費(fèi)[1]。對(duì)需求側(cè)進(jìn)行管理需要大量的數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)需要有相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，方便后續(xù)通過(guò)設(shè)計(jì)算法來(lái)進(jìn)行分析。通過(guò)設(shè)計(jì)電力需求側(cè)管理系統(tǒng)能滿足管理方對(duì)需求側(cè)信息的需求，了解分析用戶用電狀況，提前預(yù)知進(jìn)展情況，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整用電管理規(guī)則[2]。同時(shí)讓用戶對(duì)自己的用電習(xí)慣有詳細(xì)的了解，不僅能減少電能的浪費(fèi)，還能讓用戶自主選擇就近的分布式電源，有效提高資源的分配效率和質(zhì)量[3]。

1 電力需求側(cè)管理

需求側(cè)管理工作是通過(guò)采取相應(yīng)的激勵(lì)手段促使供電用戶轉(zhuǎn)變供電的行為習(xí)慣、提升終端的供電效能并使資源配置最優(yōu)化的一種供電管理行為，對(duì)電力工業(yè)的發(fā)展具有促進(jìn)作用。

需求側(cè)管理通過(guò)對(duì)于電能的規(guī)劃，在滿足能源需求服務(wù)的同時(shí)節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。目前，市場(chǎng)規(guī)劃管理方法和電費(fèi)計(jì)價(jià)體系不夠完善，暫時(shí)無(wú)法通過(guò)財(cái)政措施改變市場(chǎng)供求，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。在基于需求側(cè)響應(yīng)的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度過(guò)程中，通過(guò)分析電力系統(tǒng)波動(dòng)參數(shù)、了解供配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方法、構(gòu)建配電系統(tǒng)綜合運(yùn)行體系，從而提高電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化工作的效果[4]。

2 需求側(cè)信息采集系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)使用Java控制并采集需求側(cè)的使用電量，將數(shù)據(jù)傳輸至位于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的PC機(jī)進(jìn)行分類并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)更新操控的功能[5]。采集系統(tǒng)框架如圖1所示。

需求側(cè)信息采集管理系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)設(shè)定的抄表計(jì)劃和時(shí)間點(diǎn)獲取相關(guān)電力數(shù)據(jù)信息，實(shí)行分級(jí)信息管理，審核并解析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的安全完整性、正確性。對(duì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確事項(xiàng)記錄并進(jìn)行告警提示，具備完整的數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制。采集平臺(tái)匯集并分析預(yù)測(cè)用電設(shè)備的動(dòng)態(tài)狀況，輔助分析線損情況和計(jì)算電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過(guò)手機(jī)短信等渠道推送給用戶。需求側(cè)管理需要掌握各行各業(yè)的電力需求，幫助客戶進(jìn)行用電成本的精準(zhǔn)分析，促使用戶能對(duì)電費(fèi)有一個(gè)詳細(xì)的了解[6]。

電力需求側(cè)管理數(shù)據(jù)分類如圖2所示。采集電能數(shù)據(jù)，包括總電能數(shù)值、總使用電量、峰值需求量、不同時(shí)段電能使用量等。與此同時(shí)，對(duì)于機(jī)器的開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)作時(shí)的狀態(tài)、交流模擬量等數(shù)據(jù)也需要記錄和采集。

將軟件編程與上位機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力數(shù)據(jù)信息的收集和數(shù)據(jù)信息檢索的響應(yīng)。創(chuàng)建記錄用戶基本信息、用電數(shù)據(jù)和規(guī)劃管理結(jié)果的可視化數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建模型并使用智能算法優(yōu)化。除此之外，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中的分布式電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)[7]。

3 需求側(cè)信息采集實(shí)現(xiàn)與界面設(shè)計(jì)

按照用電時(shí)間實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)信息，如電流、電壓以及負(fù)載狀態(tài)。對(duì)于后續(xù)的需求側(cè)管理，需要采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、日凍結(jié)數(shù)據(jù)、月凍結(jié)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)以及光伏電源輸出數(shù)據(jù)等。對(duì)于DC-DC逆變柜，需要采集的數(shù)據(jù)包括低壓側(cè)電壓和電流、高壓側(cè)電壓和電流、高壓側(cè)功率、工作開關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行模式正向與反向總電量以及器械溫度等。將需求側(cè)管理查詢分為用戶查詢和管理查詢兩部分，其中用戶查詢可以讓用戶了解到電卡的最新情況等，管理查詢提供歷史負(fù)荷查詢、相關(guān)影響因素查詢等。制作相應(yīng)App或小程序，讓用戶能夠隨時(shí)查詢用電情況與用電時(shí)間分布。后續(xù)還可以將智能電器與電表全面關(guān)聯(lián)，根據(jù)需求側(cè)的指令進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)。采用超文本標(biāo)記語(yǔ)言（HyperText Markup Language，HTML）編寫靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，顯示低壓側(cè)電流和電壓、高壓側(cè)電流和電壓等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

由于LabVIEW與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)域名系統(tǒng)（Domain Name System，DSN）進(jìn)行鏈接，因此先對(duì)開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（Open DataBase Connectivity，ODBC）進(jìn)行必要的配置。配置Data Source Name、TCP/IP、Port、User、Password，其中 User和 Password使用前面安裝時(shí)設(shè)置的賬戶和密碼，配置好后點(diǎn)擊Test按鈕進(jìn)行連接測(cè)試[8]。對(duì)于LabVIEW連接MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，本文選用LabSQL工具包。首先在Execute控件配置ODBC中用戶的DSN，然后通過(guò)Connection Open打開Connection對(duì)象。其中，將數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)源表名設(shè)為字符串輸入控件，從而進(jìn)行不同表數(shù)據(jù)的查詢。刪除數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)的程序與查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的程序類似，數(shù)據(jù)庫(kù)的連接與關(guān)閉和整個(gè)程序所用的控件都相同，不同的只是所執(zhí)行的SQL語(yǔ)句。

整個(gè)過(guò)程中使用事件結(jié)構(gòu)，降低錯(cuò)誤率。一次事結(jié)束，使用Connection Close控件將數(shù)據(jù)庫(kù)連接斷開。在while循環(huán)結(jié)束后，所有對(duì)數(shù)據(jù)的操作完成，點(diǎn)擊while循環(huán)條件接線端所連接的布爾按鈕退出程序[9]。LabVIEW界面功能按鍵如圖3所示。

網(wǎng)頁(yè)的前端顯示結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)需求可以通過(guò)Java語(yǔ)言在前端顯示網(wǎng)頁(yè)加入其他需要采集的數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰時(shí)段等，方便用戶進(jìn)行用電情況的實(shí)時(shí)查詢，同時(shí)能夠更好地了解用電歷史情況。此外，該系統(tǒng)還可以采集鋰電池、30 kW雙向變流器、光伏逆變柜等器件的參數(shù)。通過(guò)并網(wǎng)分析，為后續(xù)該系統(tǒng)投入市場(chǎng)并應(yīng)用于家庭電器的數(shù)據(jù)采集分析奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本文設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)用電器械進(jìn)行電能、電量等數(shù)據(jù)采集的主動(dòng)配電網(wǎng)需求側(cè)信息采集系統(tǒng)，并對(duì)DC-DC逆變柜的實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行了展示，可以顯示低壓側(cè)電流與電壓、高壓側(cè)電流與電壓、高壓側(cè)功率、總正反向電量、逆變器溫度、運(yùn)行模式以及工作狀態(tài)等。采集的數(shù)據(jù)基本符合實(shí)際情況，能夠很好地運(yùn)用于主動(dòng)配電網(wǎng)的需求側(cè)管理分析。