新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)下的柔性負(fù)荷斷路器實(shí)踐與應(yīng)用案例研究

張 聰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局，廣東潮州 521000）

1 新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)及柔性負(fù)荷斷路器介紹

1.1 新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

針對(duì)傳統(tǒng)負(fù)荷控制存在的技術(shù)缺陷問(wèn)題，新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)分析方法，能夠更精確地監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)負(fù)荷情況[1]。通過(guò)實(shí)時(shí)采集各個(gè)接入點(diǎn)的用電數(shù)據(jù)，并結(jié)合模型和算法進(jìn)行分析，可以快速準(zhǔn)確地了解負(fù)荷變化趨勢(shì)和需求情況。這使得系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整和靈活控制，提高電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性。

新型系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)共享和信息交流，使得供電企業(yè)和用戶能夠更緊密地合作和協(xié)同。用戶可以根據(jù)自身需求和偏好參與負(fù)荷調(diào)控和優(yōu)化，提高用電體驗(yàn)和滿意度，快速適應(yīng)不同負(fù)荷條件下的變化，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)和精準(zhǔn)調(diào)控。這種自適應(yīng)能力能夠有效緩解負(fù)荷過(guò)載和能源浪費(fèi)問(wèn)題，提高電力利用率。

如表1所示，柔性負(fù)荷斷路器相比傳統(tǒng)斷路器在額定電流可調(diào)節(jié)、柔性控制時(shí)間可調(diào)節(jié)、通訊方式、量測(cè)功能、ARM 微處理器和遙調(diào)功能等方面具有更多的特點(diǎn)和先進(jìn)的功能，能夠更好地適應(yīng)和滿足現(xiàn)代負(fù)荷管理的需求。

表1 傳統(tǒng)斷路器與柔性負(fù)荷斷路器的對(duì)比分析

1.2 柔性負(fù)荷斷路器的原理和功能

柔性負(fù)荷斷路器是新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其原理和功能具有重要意義[2]。柔性負(fù)荷斷路器的原理基于可調(diào)節(jié)額定電流和靈活控制的特點(diǎn)，通過(guò)控制導(dǎo)通電流和斷開(kāi)電流的閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的柔性控制。其功能主要有以下兩點(diǎn)：①可調(diào)節(jié)額定電流。傳統(tǒng)斷路器的額定電流是固定的，無(wú)法根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，而柔性負(fù)荷斷路器可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)額定電流的靈活調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷需求較高時(shí)，可以適度提高額定電流，以滿足用戶的電力需求。②實(shí)現(xiàn)用戶的主動(dòng)參與和互動(dòng)。用戶作為電力消費(fèi)者，可根據(jù)個(gè)體需求和電網(wǎng)供需情況，主動(dòng)調(diào)整和控制負(fù)荷，通過(guò)與柔性負(fù)荷斷路器的互動(dòng)，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力需求和用電量，并根據(jù)負(fù)荷調(diào)控指令調(diào)整額定電流。這種用戶參與的方式使得負(fù)荷管理更加靈活和精細(xì)，更好地實(shí)現(xiàn)削峰填谷和負(fù)荷控制的目標(biāo)。

2 柔性負(fù)荷斷路器案例研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 某地電力系統(tǒng)的選取和數(shù)據(jù)采集

某市A 企業(yè)在供電負(fù)荷緊張的情況下，供電運(yùn)維人員根據(jù)線路負(fù)荷情況制訂負(fù)荷控制計(jì)劃，決定對(duì)A 企業(yè)進(jìn)行拉閘限電，由于市場(chǎng)存量斷路器設(shè)備以及市面已有的斷路器只具備單一拉合閘功能，不具備負(fù)荷柔性可控、可調(diào)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，無(wú)法全面支撐精準(zhǔn)負(fù)荷控制和常態(tài)負(fù)荷管理業(yè)務(wù)，需做升級(jí)改造后方可逐步實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷管理的智能化、精細(xì)化、柔性化和常態(tài)化。聯(lián)絡(luò)廠家對(duì)斷路器進(jìn)行升級(jí)創(chuàng)新。根據(jù)負(fù)荷控制計(jì)劃，供電運(yùn)維人員將A 企業(yè)的額定電流從原來(lái)的1 000 A 調(diào)整到200 A，并規(guī)定有序用電時(shí)間為每天8：00—17：00。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，A 企業(yè)只能以不超過(guò)200 A 的負(fù)荷進(jìn)行生產(chǎn)和生活用電。而在17：00以后，供電運(yùn)維人員將恢復(fù)A 企業(yè)的額定電流到1 000 A，以滿足其正常用電需求。

2.2 柔性負(fù)荷斷路器的安裝和調(diào)試過(guò)程

（1）在設(shè)備安裝階段，需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求選擇并安裝斷路器設(shè)備。斷路器應(yīng)根據(jù)電流負(fù)荷的大小和特點(diǎn)進(jìn)行選型，并按照安裝說(shuō)明進(jìn)行安裝、接線和連接。同時(shí)，需要確保斷路器的供電和接地正常，以充分保證設(shè)備工作的穩(wěn)定性和安全性。

（2）在參數(shù)設(shè)置階段，需要對(duì)柔性負(fù)荷斷路器的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和配置，以滿足柔性可調(diào)和負(fù)荷控制的要求。其中，重要的參數(shù)包括額定電流調(diào)整、監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)間、監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)間、告警值、跳閘值和恢復(fù)合閘時(shí)間等。根據(jù)規(guī)則編號(hào)給出如下設(shè)置。

如表2所示，上述參數(shù)設(shè)置和功能規(guī)則能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供柔性負(fù)荷控制和保護(hù)電路安全的能力。完成參數(shù)設(shè)置后，進(jìn)入功能測(cè)試階段。

表2 柔性負(fù)荷斷路器的參數(shù)設(shè)置和功能規(guī)則

（3）在功能測(cè)試階段包括以下幾個(gè)方面：①進(jìn)行監(jiān)測(cè)功能測(cè)試。通過(guò)實(shí)際電流值的模擬或現(xiàn)場(chǎng)接入，確認(rèn)斷路器能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電流值，并根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)間和監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)間，在正確的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生告警數(shù)據(jù)。這一測(cè)試可以驗(yàn)證斷路器的監(jiān)測(cè)機(jī)制和告警觸發(fā)規(guī)則是否正確運(yùn)行，確保其能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的措施；②進(jìn)行跳閘功能測(cè)試。通過(guò)模擬電流值超出跳閘閾值的情況，驗(yàn)證斷路器能夠及時(shí)觸發(fā)分閘動(dòng)作，并記錄相應(yīng)的跳閘告警數(shù)據(jù)。這一測(cè)試旨在驗(yàn)證斷路器在面臨過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的安全保護(hù)能力，確保其能夠迅速切斷電路并避免電流超出安全范圍；③進(jìn)行恢復(fù)合閘功能測(cè)試。設(shè)置合適的恢復(fù)合閘時(shí)間間隔，觀察斷路器是否能在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)嘗試合閘，以恢復(fù)電路正常運(yùn)行。

這一測(cè)試可以驗(yàn)證斷路器的自動(dòng)化恢復(fù)合閘功能是否有效，并確保在一定時(shí)間內(nèi)嘗試修復(fù)電力供應(yīng)。通過(guò)上述安裝和調(diào)試過(guò)程，柔性負(fù)荷斷路器能夠提供可靠的負(fù)荷控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。其不僅可以根據(jù)用戶需求靈活調(diào)整額定電流閾值，還能確保在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)電流值并觸發(fā)相應(yīng)告警或跳閘動(dòng)作。

3 柔性負(fù)荷斷路器案例研究結(jié)果展示及分析

3.1 數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果

如表3所示，通過(guò)模擬實(shí)際電流值（250 A）進(jìn)行監(jiān)測(cè)功能測(cè)試。根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)間（08：00）和監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)間（17：00），斷路器應(yīng)能夠在正確的時(shí)間段內(nèi)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電流值。如果存在異常情況，斷路器應(yīng)當(dāng)能夠及時(shí)觸發(fā)告警，并生成相應(yīng)的告警數(shù)據(jù)。實(shí)際電流值為250 A，處于正常范圍內(nèi)，沒(méi)有觸發(fā)任何告警。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示正常，并沒(méi)有產(chǎn)生告警數(shù)據(jù)。

表3 監(jiān)測(cè)功能測(cè)試數(shù)據(jù)

這表明柔性負(fù)荷斷路器的監(jiān)測(cè)機(jī)制和告警觸發(fā)規(guī)則正確運(yùn)行，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電流值并在需要時(shí)觸發(fā)告警。

如表4所示，在跳閘功能測(cè)試中，通過(guò)模擬電流值超過(guò)設(shè)定閾值，驗(yàn)證斷路器能夠及時(shí)觸發(fā)跳閘動(dòng)作并記錄相應(yīng)告警數(shù)據(jù)。在恢復(fù)合閘功能測(cè)試中，確認(rèn)斷路器能正確執(zhí)行合閘操作并恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

表4 跳閘功能測(cè)試數(shù)據(jù)

如表5所示，恢復(fù)合閘功能測(cè)試的結(jié)論是合閘操作順利完成，斷路器能夠正確地執(zhí)行合閘動(dòng)作，且系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。通信狀態(tài)正常意味著控制系統(tǒng)與斷路器之間的通訊可靠。這些結(jié)果表明斷路器在恢復(fù)合閘過(guò)程中表現(xiàn)良好，能安全有效恢復(fù)電路供電。

表5 合閘功能測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2 柔性負(fù)荷斷路器對(duì)負(fù)荷控制效果的評(píng)估

（1）改造后的柔性負(fù)荷斷路器的檢測(cè)功能一致率達(dá)到了100%。在監(jiān)測(cè)電流值方面，斷路器能夠準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)設(shè)定的檢測(cè)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，在正確的時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生告警數(shù)據(jù)。這使得斷路器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的措施，確保電力供應(yīng)的安全和穩(wěn)定。

（2）雙通道通信測(cè)試的正確率也達(dá)到了100%。雙通道通信的準(zhǔn)確性保證了斷路器的監(jiān)控和控制能力，使得操作人員可以遠(yuǎn)程拉合閘操作，并及時(shí)了解斷路器的狀態(tài)和運(yùn)行情況。經(jīng)過(guò)連續(xù)運(yùn)行1 000 h，柔性負(fù)荷斷路器表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，未出現(xiàn)任何故障，這驗(yàn)證了斷路器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性。

（3）證明柔性負(fù)荷斷路器能夠基本滿足技術(shù)規(guī)范的各項(xiàng)指標(biāo)要求。這顯示出斷路器在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中嚴(yán)格遵循了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供符合要求的性能和功能，以滿足用戶的需求。

3.3 改善能源利用效率和負(fù)荷過(guò)載情況

傳統(tǒng)的斷路器無(wú)法靈活地適應(yīng)負(fù)荷變化，而柔性負(fù)荷斷路器具備額定電流可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，能夠根據(jù)負(fù)荷需求實(shí)時(shí)調(diào)整電流，保證電力供應(yīng)的負(fù)荷匹配，從而提高能源的利用效率。通過(guò)合理調(diào)控電流大小，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，最大限度地提高能源利用效率。柔性負(fù)荷斷路器具備負(fù)荷控制時(shí)間可調(diào)節(jié)的功能，通過(guò)調(diào)整控制時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的靈活控制和優(yōu)化調(diào)度。隨著新型電力負(fù)荷管理技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展，柔性負(fù)荷斷路器將在能源領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，實(shí)現(xiàn)更高效、可持續(xù)地能源利用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用柔性負(fù)荷斷路器進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，并結(jié)合新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的新興技術(shù)，可以有效減少負(fù)荷過(guò)載現(xiàn)象，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有效保障。柔性負(fù)荷斷路器的引入不僅提高了電力系統(tǒng)的負(fù)荷管理效果，也減少了輿情風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生，對(duì)于保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性具有重要作用。