配电网智能负荷监测与互供系统

游步新，刘 勇，姜丁尤，张占龙，李泽冰

（1.重庆市电力公司江津供电局 重庆 402260；2.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室 重庆 400044）

配电网将电能直接输送给用户，其运行的稳定性直接影响到供电的可靠性。随着社会的不断发展，城市负荷日益增长，用户对供电的可靠性要求也越来越高。一些重要负荷即使短暂停电也会造成重大的经济损失甚至不良的政治影响，因此提高配电网的供电可靠性、实现负荷的不停电转移具有重要的意义。目前已有的配电变压器自动投切装置只针对变压器轻载或重载的情况实施投切，在出现故障时，不能实现负荷的不停电转移，并且在投切变压器时，只能是相近的变压器，不能对辖区内的配电网进行统筹，即不能实现最优的负荷投切方法。本文给出了一种配电网智能负荷监测与预警系统的构建方法，本系统能实现对配电网的负荷监测，并根据监测信息判定是否需要实施负荷互供，并给出最优的负荷互供方法。该系统功耗低、安装方便，对提高城市供电的可靠性、减少系统损耗具有重要的意义[1-2]。

1 系统原理

实际供电过程中，经常会遇到配电变压器轻载或重载的现象，变压器轻载时，会造成很大的轻载损耗；变压器重载时，会影响到供电的可靠性。为优化供电网络，提高供电可靠性，减少系统损耗，需要实时转移负载，以达到经济、安全运行的目的。本系统监测辖区内的配电变压器的运行信息，根据其运行状态判定是否进行负荷转移，并提供最优的负荷转移路径，以达到最优经济运行的目的。

本系统采用PIC18F4420作为主处理芯片，通过装设在每个配电变压器的监测终端来实时采集变压器的电流，将采集到的电流经滤波、数字化后，送入CPU中进行计算，得出变压器电流的平均值，判断所监测变压器是否轻载或重载，然后通过无线通信模块将所得信息发送至配电网监测中心，通过中心的计算机对所采集到的辖区内的配电变压器的信息进行分析，针对轻载或重载的变压器分析得出最优的负荷互供方案[6]。

若有线路发生故障或变压器发生故障时，则将故障线路或故障变压器的负荷转移到其他配电变压器上，以减少用户停电时间。

2 系统结构硬件设计

整个系统由设在配电网监测中心的主站与安装在现场的监测终端构成，其结构图如图1所示。

本系统采用嵌入式计算机技术、GPRS无线通信技术以及太阳能供电技术，对配电变压器实时在线监测，并提供最优的负荷互供方案。

图1 系统结构图Fig.1 System structure

现场监测终端主要是CPU以及其外围电路，包括传感器及数据处理电路、现场电源管理电路、GPRS无线通信模块以及键盘等。采用电流传感器采集变压器的电流信号，将采集到的电流信号经滤波和数字化送入CPU中进行处理，其中CPU采用PIC18F4520，它采用先进的哈佛结构，具有高耐久性，具有快速稳定的中断响应。CPU主要完成的功能是：1）接收传感器采集的变压器数据，并对其进行计算分析，主要计算得出变压器的电流有效值，并分析所监测变压器是否轻载或重载；2）将分析计算得出的信息通过GPRS无线通信模块发送到主站[3-5]。

图2 单片机及其外围电路设计Fig.2 Singlechip microcomputer and peripheral circuit design

本系统采用部分太阳能供电，由一个太阳能电池和一个蓄电池以及直流升压转换电路构成。系统正常工作时，采用蓄电池供电，蓄电池通过所监测的线路进行充电，当线路断电时，采用太阳能电池供电，以保证系统的不停电工作。直流升压转换电路将电池中的电压转换成系统所需的直流电压进行供电。系统电源电路如图3所示。

图3 系统电源电路Fig.3 Power circuit of system

键盘主要用来设定变压器工作的设定值并实现与主站的通信，便于调试安装。整套装置置于金属外壳中，安全可靠，简洁轻便，便于现场安装。

3 后台软件设计

软件设计包括现场监测终端CPU的软件设计和主站分析软件的软件设计。其中现场监测终端的软件主要针对变压器数据的采集及分析计算，并实现与主站的信息通信。主站软件的主要功能是接收并分析所有监测终端发来的数据，若有变压器出现轻载、重载或故障时，统筹所有变压器发来的数据，计算并分析可行的负荷互供方案，给出一种最优的负荷互供路径，以达到减小损耗的目的。

所有的软件都采用C语言编程，采用模块化设计，各部分功能由不同的程序模块来完成，然后调用不同的程序块来完成整个系统的功能。系统的软件流程如图4所示。

图4 系统程序流程图Fig.4 Flow chart of system programming

4 结 论

文中从减少配电网损耗及停电时间的角度出发，介绍了配电网只能负荷监测及互供系统。该系统通过对配电变压器的实时在线远程监测，及时发现配电网中的轻载、重载及故障变压器，针对轻载、重载和故障变压器，通过分析计算，给出最优负荷互供路径，以达到减小系统损耗、提高供电可靠性的目的。

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