无线电力负荷控制系统.pdf

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1、 铜一 无 线 电 力 负 荷 控 制 系 统 电 -7-,4 7 2 璃要，末主介 无线 ：控 制 系 统 是 一 种 集 中 控 制 型 荷 控 【摘 要】末 主 介 绍 无 线 电 力 负 荷 控 制 隶 统。无 线 电 力 负 荷 控 制 系 统 是 一 种 集 中 控 制 型 勇 荷 控 蛙 盖有 线 中蛙等 方式 延忡作 用范 I t 1 【关 键 词】兰：!控 制=才；违 约叫 W i te l e s s E1 e c t r i c al Load Cont rol Sys t em La ng M i n gku a n ，(T HE 钟T H1 t E S E A RC

2、H I N S T I TU TE OF ME 1)A b s t r a c t：T he p a pe r de cr l 1)e s t he w i r e l e s s e l e c t z i c al l oa d eo nl o!s y s t em a c ent l：al l z ed c o nt r ol s y st e m，co n s l s t i i g o f a c ont r ol c e nt e r a nd hu nd r e ds0 r t e ns of t h ous an ds z e m o t e t e r m i n al un

3、i t s (RTU)Th e a c t i o n r a ng e c a n b e e x t e n d e d b y me a n of wi r e l e s s e l a y o r wi r e r e l a y K e y w o r ds e l e c t r i c al l 0 a l co nt r o l 一、系 统 概 述 电力 生 产 必 须与 负荷 产生 的 需 要相 匹 配，这是因为到 目前 为止，电能不能经济地 大量地贮存 负荷的需要在一天中的变化是 很大 的，如图 1所示。如果按 照一天 中的最 大负荷发电，则在低谷时电能往往浪费如 果按

4、照平 均需求发 电，则在高 峰时满足不 了 负荷 的需要，而且要 引起输 出电压下 降、周 波减 少，甚 至引起发 电机或输配 电线路事故。因此发 电和用 电的平衡是 电力 系统安全、经 济运 行的基本保证 为了求得平衡，可 以从 发 电侧来解决，倒如：建造调 峰机组、储水*本文 于 1 9 9 4年 7月 1 9日收到。口 m l _ 咖 l s Te c h n o l o g 8 L 电站等，而从 用 电侧进行 负荷需 求管理也是 一个 重要 措旄。负荷管理 的直接 目的就是减 少高 峰负荷增 加低答负荷，也就 是通过这种“削峰填谷”的方法 改变 负荷 曲线 的形 状(如 图 1虚线所示

5、)，从 而使 负荷 需求与发 电能力 趋 向平衡。国外 对负荷控制技术 的研究和应用 已有 几十 年的历史，许多发达 国家在电力充裕的 情况 下仍 然控制蓄能型和可 间断性负荷，如 热水 器、空请器、水泵等，以充分利用现有 发电机组 的能力，提高其经 济性，并适 当延 缓新建机组的投建。我国由 7 0 年代开始，电 力供 应 日趋 紧张，许 多地 区缺 电 2 0 3 0 左 右。由于缺少 先进 的负荷控 制技术手段，只 髓靠 拉路限 电”的办法在 高 峰时 降低 负荷，De v e l o p me n g 。6 1 9 9 4 47 一 维普资讯 http:/ 结果 一拉一大片，打乱了生产

6、秩序，造成的 直接和间接损失十分严重，并且影响了人民 生活，增 加了社会不安定因素。因此，在中 国进行 负荷 控制技术 的开发研究和推广应用 十分紧迫。相 对负荷 P 、对 I町(日)O 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 J 图 1日负 荷变 化 曲线 负荷控制技术有 多种方式，在西欧主要 采用音频控制(R I P P L E C O N T R O L)技术，音频控制终端多达数千万 台在使用。美 国主 要采用无线电控制方式 已有数百万台无线 电遥控并关投入运行。其他还有电话线、电 力线载波等方式。我 国采用什 么负荷控制方 式最为有效和经济?这要从研究负荷控制的 对象和功能来找

7、到答案。国外无论采用音频 或无线电方式，其控制对象主要是居民的储 能性 负荷，而我 国 目前控制对象主要是工业 的动力 负荷 国外装置的功能只是简单地跳 闸或合闸动作来控制负荷，而我国的装置不 仅有遥 控功 船，还必须有遥测、遥信、当地 控制等功能，要按照计划用 电的要求做到“谁超限谁”“不超 不限”，要控制次要负荷，保证 重点 负荷和人 民生 活用电 由于无线 电 通倍 比音频和 电力线载波更容 易实现双 向数 据通信，不需要与电力线路直接耦合，终端 功能丰富，安装调试维修方便，投资较少，运 4 8 行安全，因此在近 几年获得广泛 的应 用，成 为我 国电力 负荷控制 的主力军。无线 电力

8、负荷控制 系统 是一种集 中控制 型 负荷控制手段，一般 由一个控 制 中心和 数 百以至成千上万个远方终端(R TU)所组成，可以通过无线中继或有线 中继等方 式延伸作 用范围。对于分级管理 的电力部 门，可以设。二级分 中心，中央控制室只对二级 中心和 直 控大用户通信，而二级中心管理该范围内的 若干 用户 R TU。无线 负荷控制 系统 的基 本功能如下：直接遥控：通控、组控、选控、方 案 控制、延时控制、周休控 制等。定量控制 中央 控制室通过无线电数 据传 送 下达 给 R TU 功率 定 值 或 电量 定值，由 RTU 实施 当地 闭 控 制，如果 用 电负荷 超 过定值，则 自动

9、报警直 至跳 闸。蛭测：自动定时巡测、选测 可测甩 户的功率、电量、MD值、电压、电流、功率 因素等。遣信：测知用户开关的跳、合状态。负荷 管理数据 库。报表打印：日报表、月报表、操作和 事件记录等。计算机 阿络通信。广播和选呼通话。系统管理和系统生成。用 电管理和营业管理。二、中央控制室 无线电力负荷控制系统中心控制室是系 统的指挥 中心，由计算机、通信 控制器、无 线数传电台等设备所组成。中央控制室的主 要功能 是向远方 终端 发送 遥控、遥 测、当地 控 制等 命令 远方 设置 R TU 所 需 的各 种参 数，收集、显示、打 印、处理、存贮 各种 用 电数据和信息，并与上一级监控系统及

10、三电 办计算机连 网。通 信技 术 与发展1 9 9 4年第 6期 3 2 l 9 B 7 6 l l l l O n O 0 维普资讯 http:/ I 计算 机是 中央控制室的 主要设 备，对于 一般系统配 置 3 8 6或 4 8 6微型机 或工控机 即 可满足要求。另一关键设备是数据通信设备，根据国家无 委会的规 定，我 国选 用 2 3 0 MH z 频段 作为无线 电力负荷控制 的专 用频段。通 信体 制采 用 2 F S K F M 调制方式，这 样可 以 在 一个话 路的频道上 传送 l 2 0 0 b s以下速率 的数据，即可使用专用的无线数传 电台，也 可采 用无线 电话机

11、加调制解调器(MODE M)来适应这种调制方式。根据系统一次通信报 文成 功率大于 9 5 的要求，可 以证 明通道误 码率1 1 0 就可满足系统的要求。但是 采 用一般的无线电话机作为信道虽然工程上 比 较 简便，但其倍遭晌 虚时 间约 2 0 0 ms 左 右，这要 比专用数 传电台大一个数量级，这 样就 加长了信息传送时问，使巡测 时间过长，这 对双 向 R TU 仅几十个 的 系统 尚可，如果 双 向 R TU 的数 量达数百 台 以上，则 系统巡测 周期就太长了。中央控制室设备 的可靠性关 系到整个系 统的正常运行，因此需设计 为双机备份工作 的结构，当值班计算机 以及数 传设备有

12、故 障 时，备份机 即转为值班机工作 实现双机热 备份的办法 有二种：一种办法是在 双机之间 加入一个通信控制器，由它根据计算机命令 或系统工 作状 态，实现计算机和数 传电台的 双机切换和通信管理，并实现主计算机与其 他远程计算机之间的通信。另一种方法是采 用网络进行通信管理 双机以及其他工作站 均挂在 网络上，由网络进 行双机切换和数据 及信息的交换 以上两种方法中，通信控制 器 或网络 眼务器均是 实现双机切换可靠性 的 瓶颈，因此，对其可靠性 的要求更高。中央控制室的结构根据系统功能和规模 而 定，图 2是我 国一个大 城市(山城)无线 电力负荷控制 系统 中央控制 室的配 置，它 同

13、 时选用通信控制器和用 络，数 传设备除 了 2 3 0 MH z数 传电台外，还采用 了一点 多址 微 波 设备 和数 字微波设备。系统 中还配置 一级 和二级中继站以扩大覆盖范围 三、R T U 设计 无线负荷控制系统的远方终端(R T U)安装在 一个 供电系统 中的千家 万户，是 电力 后 台工作 站 匿 2中心控制 室 m优_ H 枷 l 跏 Te n o l o g 8 L De v e l o p me n t No-6 1 9 9 4 4 9 维普资讯 http:/ 部 门直接监 视和控制 用户 的装 置。根据使用 对象 的不同，R TU 可设 计成以下几种 类型：无 线 电

14、遥 控 开 关(Ra d i o C o n t r o l S wi t c h)，主要 用于 小用户或单台用电设备 的 遥控。国外大量使 用遥控开关对 空调 器、热 水器在高峰对轮流关闭 l O分钟左右，这样既 降低了高峰负荷，又不对居民用电的效果产 生多大影响。我 国由于负荷结构 中此类储能 型 负荷较少，暂时无线 电遥控开关还难 以推 广应用。无 线 电遥 控 定 量 器(R a d i o C o n t r o l L i mi t e r)，它不 仅 可以接受 中央 控 制室 的遥 控命令，还 可以根据 中央 控制 室发 来的用电 参数进行当地定量控制，从而实现计划用电 的 目的

15、。但是 由于它没有返 回信 息，故对 用 电管理的作 用受到 限制。无 线 双 向 终 端(R a d i o Two wa y RTU)，它除了遥控定量器的功 髓外，还可将 用户实时用 电参 数(功率、电量 电压等)以 及 执行 计划 用电指令 的结果随 时按 主台命令 发 向中央控 制室，这 样既确保全局 负荷 控制 目标的实现，又为电力部 门进行 用电的 科学 管理提供 了有效 的技术 手段，所 以无线双 向。终端受到广泛 的欢迎，目前 国内无线负荷控 制系 统 中 的无 线双 向终 端 逐 步 占 了主 导 地 位。根据使用对象，功能、安 装条件 的 不同，无线双 向终端 的种类较多，

16、但其基本 结构是 雷 同的，即 由无线数 传电台、C P U 控制终端、电源以及各 种外围接 口、执行机构所 组成，基 本原理如 图 3所示 无线双向终端工作在工厂的变 电所，电 图 3 无线 双 向 TR U 的基本 组 成 气环境 相当恶劣，电阿 中的各种 电气干扰十 分严重，而且 一个 系统 中的 R TU 数量很大，R TU 的可靠性 直接 影响 工 厂的安全生 产和 系统 的正常运行。因此设 计 RT U 的关 键 不 在于功能 的多少，当前 微处理机 的发 展 已足 以满 足 目前 R TU 的各种功 能，设计 的关 键 和难点是设备 的可靠性 以及与之相关 的抗干 扰性、安全性、

17、电磁兼容、数据保持等，在 5 0 电路 和软件设 计中要 充分采 用可靠 性 技术、机电和光 电隔离技术、wa t c h d o g技术、容 错 纠错技术，并且要 定量 地达 到以下指标；MT B F1 0 0 0 0 h(现 场统 计法)工频耐 压2 k V 耐冲击 电压 6 k V 抗磁场影响：5 0 Hz 4 0 0 A(0 5 MT)抗静 电影响：8 k V 通 信技 术与发 展1 9 9 4年第 6期 维普资讯 http:/ 抗 电源瞬变影 响 电源 中断试验 抗高 频传导干扰 1 5 kV 电源 突降和 伪随机 性。其实方法 二不过是 将方法一中的脉 冲计 数单元置于电度表一侧而

18、已。共模 2 5 k VI差模 抗脉冲群干扰：2 k V 抗电源谐波干扰：1 0 工作 电源允许变化范围：!；8 或!器oA 停 电数据保存能力7 d 随 着 电 力 负荷 控 制 技术 的 推 广 应 用，R TU 的功能越 来 越朝着 用 电管 理 的方 向发 展，对 其数据存贮和处理的能力要求越来越 高，人 机界面越来越多样化，除一般的数码 显示外，还有打印接 口、取数接 E l、报警接 口 当 地通 信 接 口，甚至 要求 有 汉 字 显 示(发光二极 管点 阵)和语音报话功能。R TU 的 性 能要真正达到 用电管理 的 目的，最 根本的 是要解决电量数据的正确性、可靠性问题。目 前

19、供需双方 用以核算 的标准是 电度表，其权 威性 是经过长期考验 而得到双方的认 可。但 是 目前 的 RTU 复杂程 度远大 于电度表，可 靠性远低于电度表，R T U如发生故障或者电 源中断都造成电量的不准确 因此要从 R T U 的设 计或 系统 的设计来 解决 这个 问题，有二 个办法 可以提 供解决 方法。其，设计一块 简单 可靠 低功耗 的脉冲 计 数单元独立地置于 R TU 之中，即使 R TU 出现故障或者供电电源出现故障，该单元仍 能正 常地接 收脉冲电度表送来的脉冲进行计 算，保持数据与电度表的一致。其二，R TU 接 收脉 冲电度表 的脉 冲只是 进行 实时 负荷的计算，

20、而对 于累计 电量本 身 不进行计算 存贮，而 是“读”取 电度表 的结 果，这样 R T U如有故障也不影响电度量的 正确性，待故障排除后再“读”电度表的读 数送至中央控制室。这种方法要求脉 冲电度 表 和 R TU 之 间有 通信接 口，电度表具 有脉 冲数据处理 能力(计算 电量 和高峰、低各 电 量)，目前国内 已出现这种分时脉冲 电度表，从而 为这种照顾传统 习惯 的方法提供 了可行 四、通 信 规 约 通 信规 约是 无线电力 负荷控制系统正常 运行 的保证，同软件 一样，是系统 的软设 备。由于本 系统是 1点对 多点 的通 信方式，而且 由于工作 频率 只有一个，在 同一个时刻

21、 只能 允 许 中央 控制室与一个 RTU 通信，中央 控 制室 为严格的主 动方，因此采 用问答式 异步 通信方式较为适合，图 4 是通信规约的基本 格式(帧结构)。D7 D Dl D6 l 1 起始字符(1 o H)O 1 P 0 -信惠鼓据长度(L)：1 O -|皇址鹤 1 P 0 控倒码：-i O 数据区 l P 控彀码C S O l l 结束 字 牛(1 6 H)0 图 4 通 信规 约的基 本格 式(帧 结构)由于我国电力 负荷控制系统处 于初 期发 展阶段，而且正朝着用电管理方向发展，所 以正在建立的系统通信规约虽然在帧结构上 基本相同，但在命令格式具体规定和数据结 构上 不完全一样，有些 电力部 门根据 自身 的 特点 自行 制定通信 规约，有 的采用调度远 动 上 的 P o l l in g规 约。以上通信规 约的 不一致，使不同制造 厂家、不 同供 电局系统的软硬件 不能通用互换，从而给使用 部门和制造厂家 带来许多不便和浪费。因此 有必要 在总结经 验的基础上 科学合理地统一完善我国电力 负荷控 制系统 的通信 规约，以促进 其发展。0。mm#t 柚 4 s e n 叩 D e$o p r a e a t No 6 t 9 9 4 维普资讯 http:/