《电气技术》论文分享｜中电装备山东电子公司于振超、钱洪云 等：公用变压器台区下的一种新型负荷管理系统

为解决电采暖负荷冬季用电高峰导致变压器重载时间过长的问题，推进智能台区负荷调控建设，中电装备山东电子有限公司的于振超、钱洪云、谷呈星、朱德良、刘同军在2026年第2期《电气技术》上撰文设计一种公用变压器台区下的电采暖负荷管理系统，采用“智能融合终端负荷管理APP+智能物联电能表+负荷感知控制模组+外置断路器”模式，实时获取变压器运行数据与用户电采暖负荷信息，通过“指令下发—模组响应—断路器执行”的闭环控制，将负荷管控延伸至用户侧，按照优先级有序控制负荷，可有效缓解变压器重载压力，实现电采暖负荷精细化调节，为智能台区负荷调控体系完善提供技术支撑。

随着“煤改电”惠民工程的实施，电采暖负荷大量出现，尤其是冬季，电采暖设备的使用日益频繁。居民用电需求的提高，导致电能质量降低，变压器长期处于重载状态。变压器是配电网的核心设备，对配电网的规划运行产生较大影响。

电采暖负荷的季节性、时间阶段性特征明显，具有较大调节潜力，电力负荷管理技术在新形势下不断更新与完善，将用户侧可调控负荷加入电力负荷控制是必然趋势，因此研究用户用电行为对电力系统的运行和管理都至关重要。近年来，为了优化用户用电方式，国家电网有限公司不断推动新型电力负荷管理系统建设，实现智能负荷调节，推进智能台区负荷调控的建设。

电采暖负荷具有一定的可调节性，可参与台区的负荷管理调度。国内的负荷管理系统主要应用于专用变压器台区领域，对公用变压器台区下的专用负荷管理不足，已采用的方案有：“智慧能源单元+物联终端+外置柔性控制模块+柔控终端”模式，该模式的采集通道与负荷管理通道独立，整体采集费控功能不受影响，通信时效性、可靠性高，但需要增加的设备较多，施工难度较高；“能源控制器+智能温控器+外置断路器”模式，该模式采用两级部署负荷监测、用能分析和柔性控制，但其应用场景狭窄，无法适应多场景应用。

因此，本文提出一种“智能融合终端负荷管理APP+智能物联电能表+负荷感知控制模组+外置断路器”模式，通过在智能融合终端安装负荷管理APP，智能融合终端可以向上与服务主站系统连接，完成控制命令接收与处理及电量数据监视功能；向下与端设备的负荷感知控制模组连接，完成对端设备的数据采集、控制与检测，既可实现整个公用变压器台区可调控用户的负荷感知与控制，也可减少低压台区普遍存在的三相不平衡现象。

1 负荷管理系统设计

1.1 新型负荷管理系统架构

负荷管理的应用包括：分析大用户管理需求、有序用电管理需求、丰富用户管理功能。负荷管理系统在有序用电管理中的应用策略，可实现优化调度平衡负荷需求、强化响应提升系统灵活性。公用变压器台区新型负荷管理系统架构如图1所示，智能融合终端安装负荷管理APP，在用户侧的物联表上加装负荷感知控制模组，负荷管理APP通过载波通信给物联表的负荷感知控制模组发送指令，进而控制与模组相匹配的高性能外置断路器，达到用户侧负荷智能管控的效果。

图1 新型负荷管理系统架构

新型负荷管理系统由以下3部分组成：

1）负荷管理APP。安装运行在智能融合终端上，可基于变压器额定容量，实现实时监测、超容管理功能，用户负荷实时采集功能和相位识别功能；同时，具备负载率计算和统计、运行状态评估和故障预警功能，结合自身算法策略，下发控制命令给物联表的负荷感知控制模块，实现单用户负荷管理的投入/解除；此外，负荷管理APP可脱离主站运行，完成台区负荷采集、负荷管理和精准控制。

2）负荷感知控制模组。应用在单/三相物联表的扩展模组，可以实现电采暖用户运行容量实时感知、用户超容用电分析、用电状态的分析及接收到控制命令后的用户负荷精准控制，从而实现对断路器的控制，并记录分合闸及超容事件。

3）高性能外置断路器。在充分发挥物联网电能表负荷感知控制模组边缘计算能力的情况下，负荷控制指令经智能融合终端下发至物联电能表负荷感知控制模组，由模组对外置断路器进行控制。

1.2 智能融合终端负荷管理APP

1）负荷管理APP控制流程

负荷管理APP在用户负荷选择时遵循“超容优先、三相均衡、容量保证、公平管理”原则，实时采集台区下全部电采暖用户负荷，按照容量大小进行负荷调控优先级排序。负荷管理APP控制命令通过高速电力线载波通信（high-speed power line communication, HPLC）通道下发至负荷感知控制模组。

负荷管理APP的控制流程如图2所示，主要功能包括：

（1）采集档案信息同步和用户类型识别，在数据中心读取相关设备档案信息如设备地址、用户类型（电采暖用户和普通类型用户），基于设备档案信息进行后续操作。

（2）用户负荷轮次定义及有序用电投入解除。

（3）终端保电，接收到主站下发的保电命令，解除现有用户的负荷控制功能。

（4）变压器运行容量监测、状态统计和管理，具备台区及分相负荷统计功能，可存储并上报日月越限累计时间、日月越限率。

（5）用户可中断负荷采集及控制，实时监测判断是否越限，实现负荷动态调控功能。

（6）事件处理，台区超容事件及用电控制事件判断、存储、上报主站。

2）负荷管理算法设计

负荷管理计算策略，按照容量大小进行负荷调控优先级排序，对所有电采暖用户进行分组中断，所有用户均控制一次为一个周期，分组依据为组内用户总负荷大于等于用户负荷容量，且保证三相不平衡值小于原始值，对最后一组或两组负荷控制，尽量保证三相不平衡值更小。

图2 负荷控制流程

主要实现思路为：

（1）将处于有序用电状态的、本周期未中断过的电采暖用户，按照相别分为A相、B相、C相、ABC相共4组，其中ABC相的用户为三相都有负荷。

（2）由（1）中选出的用户总负荷值及变压器超容值确定分组数。

（3）确定每组的总负荷阈值，若分组大于2，则前几组以变压器超容值作为阈值，最后2组以除去先前分组的总负荷值后剩余负荷除2作为阈值。

（4）分别从A相、B相、C相、ABC相依次选择用户进行分组，当组内总负荷满足阈值时选择下一组用户，分组时实时更新组内用户序号、总负荷值、各相剩余负荷值、超容用户个数、用户个数、各相用户个数等参数，用于后续处理。

（5）分组后，计算不同分组的三相不平衡值，找到三相不平衡值最大和最小的分组，挑选三相不平衡值最大组中需交换的用户，计算组内用户的相总负荷（相总负荷等于分组前相剩余总负荷减分组后相剩余总负荷），对相总负荷降序排列，在保证相总负荷较大的条件下，取用户数超过1的相，选择好相别后，找出该组内该相下负荷最大的用户。

（6）同（5）中方法挑选三相不平衡值最小组中需交换的用户。

（7）交换两个组内用户的序号，更新交换后两组的总负荷、超容用户个数、三相剩余总负荷参数。

（8）再次计算当前不同组的三相不平衡值，并计算最大值，将其与之前各组三相不平衡最大值作比较，若小于之前值，则认为各组的三相值更均衡，否则退出优化循环。

（9）在更均衡的不同分组中，先从满足负荷阈值的组里选择超容最多的组作为最终输出的用户组合。

（10）将选出的用户地址（通过用户序号在档案中获取地址）、波特率、端口信息回传给软件，将地址同时保存在已中断的全局变量中，下次分组不再考虑这些用户。

1.3 负荷感知控制模组

在物联表模块化的基础上，实现负荷感知控制功能开发。负荷调控用户选定后，负荷管理APP下发带时限的控制指令，负荷感知控制模组接收控制命令并恢复响应，控制断路器的分合并记录事件及状态；模组根据国网通信协议可实时读取电表数据并储存，根据下发的额定容量参数判断是否超容，记录超容时间并更新状态字。负荷感知控制模组结构及工作流程如图3所示。

2 负荷管理功能实现流程

利用公用变压器台区的智能融合终端安装负荷管理APP，在用户侧的物联表上加装负荷感知控制模组，负荷管理APP通过HPLC通道，下发带有扩展地址的通信数据帧到物联表，物联表识别为负荷感知控制模组的扩展地址后将数据帧转发给模组，实现采集模组内存储的电表数据及控制模组继电器的开合，并通过继电器的开合信号控制外置断路器动作，模组接收到命令后，返回帧同样按照转发的方式利用物联表返回智能融合终端，达到用户侧负荷智能管控的效果。

图3、图4

公用变压器台区下电采暖负荷调控技术实现流程如图4所示。

式1-式3

3 负荷管理系统模拟测试

根据负荷管理系统架构及功能实现流程，搭建模拟测试环境，对负荷管理系统的功能进行测试并验证。负荷管理系统模拟测试环境如图5所示。

3.1 负荷管理APP测试

根据负荷控制原则，对测试环境中2只三相物联表及9只单相物联表下接负荷进行控制测试，抄读记录控制前后的视在功率，根据式（3）计算每轮控制后的三相不平衡度。负荷轮次控制三相不平衡度见表1。

图5-图7；表1-表3

通过表1可得，将单相8号表剔除，其他物联表下的负荷经过三轮控制后皆控制一次，第一轮控制三相表1号表及单相表1、2、4、7号表，第二轮控制单相表3、5号表，剩余的表在第三轮被控制；在第一轮及第二轮控制完毕后，三相不平衡度降低约0.1，第三轮控制针对剩下未控制的负荷，所以三相不平衡度略微升高。三相不平衡度变化曲线如图6所示。

3.2 负荷感知控制模组测试

在模拟测试环境中监控物联表与模组的通信数据，通过上位机监控通信情况，根据DL/T 698.45—2017《电能信息采集与管理系统 第4-5部分：通信协议——面向对象的数据交换协议》，模组通过明文+随机数的方式与物联表进行通信，获取电表中的电压、电流及功率信息。负荷感知控制模组与物联表通信报文见表2，根据DL/T 698.45—2017《电能信息采集与管理系统 第4-5部分：通信协议——面向对象的数据交换协议》对表2中的通信数据帧进行分析，获取数据结果如图7所示。

负荷管理APP下发控制命令，通过运行状态字完成信息交互，状态字为bit-string格式，bit0为继电器命令状态（0表示合闸，1表示分闸），对控制期间负荷感知控制模组的运行状态字进行监测。控制策略执行期间分合闸运行状态字见表3。

由表2与表3中的数据可知，经过负荷管理APP筛选，用户经过三轮控制，所有筛选用户皆控制一次，三相不平衡度在控制后并未剧增，系统运行良好。

4 结论

本文提出了一种基于智能融合终端负荷管理APP的负荷管理系统，用于电采暖负荷超容台区的负荷控制，采用“智能融合终端负荷管理APP+智能物联电能表+负荷感知控制模组+外置断路器”模式，安装实施方便，能够实现对用户负荷的精准控制。

测试结果表明，本文提出的新型负荷管理系统可以准确地实现对调控负荷的控制，实现用户侧负荷智能管控，在调控负荷的同时优化了三相不平衡度，提高了系统的运行稳定性。此外，本文所提负荷管理系统在满足公用变压器台区负荷控制需求的同时，也扩展了物联表的应用场景，丰富了物联表功能。

本工作成果发表在2026年第2期《电气技术》，论文标题为“ 公用变压器台区下的一种新型负荷管理系统 ”，作者为于振超、钱洪云、谷呈星、朱德良、刘同军。