（国网山西省电力公司阳泉供电公司山西省阳泉市045000）
摘要：实施电能替代对于推动我国能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展具有重大意义。规模化电能替代负荷的接入给配电网的建设运行带来前所未有的挑战。以目前“煤改电”规模较大的北京城区为例，为响应清洁能源战略，大规模地采用电热泵（EHP）代替以往的燃煤锅炉，热泵等电能替代设施数量急剧增加，部分地区热泵负荷超过了总负荷的50%。当夜间供暖低谷电价开始及结束时，居民电热泵负荷普遍迅速攀升和陡降，形成明显的持续高峰负荷段。另外农村地区配电网普遍供电能力低、网络薄弱，规模化的电热泵集中运行使得配电网出现重载、过载现象，影响了用户的正常用电。国内外关于电热泵的研究主要在其运行特性和运行控制两个方面。在电热泵的运行特性方面，英国Alejandro等人对空气源热泵（ASHP）、地源热泵（GSHP）的用电特性和热负荷进行了建模。同时，国内学者高泽等人研究了大规模电热泵的接入可能对配电网产生影响的重大问题，特别是在低电压水平时，并给出了规划评价指标和电热泵的用电负荷指标。在电热泵的运行控制方面，国外学者NingLu建立了状态序列模型对聚合温控电器的控制策略，模拟恒温控制电器在竞争性电力市场价格响应过程；国内学者王丹考虑了用户舒适度约束，对温控负荷提出状态序列响应控制模型。目前关于电热泵负荷的特性研究、控制策略多从其经济性出发，以安全运行为目的对电热泵进行控制优化的研究较少。另外已有的控制策略没有对某类具有档位运行特点的电热泵进行考虑。因此，本文以状态序列控制模型为基础，考虑以配电网安全运行为约束条件对电热泵聚类控制，并采用局部搜索算法对集群电热泵负荷作分档运行的优化控制。
关键词：电热泵；供电安全；分档运行；控制策略；局部搜索算法
引言
“电能替代”工程实施后，电热泵的大规模接入使得配电网出现重载、过载现象，影响了用户的正常用电。以状态序列控制模型为基础，以保证配电网安全运行为目的对电热泵采取直接负荷控制：采用适用于电热泵控制分组的改进K-means聚类算法，使具有相似控制特性的电热泵分为同一个控制组进行状态序列控制；通过改变单机的分档运行模式引起聚类结果的改变，并运用局部搜索算法对电热泵的运行模式进行寻优组合，进一步合理地削减电热泵负荷并提高配电网安全性。算例分析比较了不考虑及考虑分档运行的控制策略下聚类结果的差异。
1电热泵工作原理及其控制
电热泵是“煤改电”项目中的主要负荷，包含有空气源热泵和地热源热泵，实际尤其以空气源热泵应用广泛。空气源热泵是由电驱动的，利用压缩机制冷循环工作原理，以环境空气为冷（热）源制取冷（热）风或者冷（热）水的设备。地源热泵则是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移的一种采暖设备。虽然ASHP和GSHP的工作原理不同，但是热负荷具有的热储能特性是一致的。如其他家居或者中小型商业用户所使用的典型温控类电负荷设备一样，单个热泵负荷的基本工作过程如图1所示。
可见电热泵在开启后用户端的室温逐渐爬升，在关断后由于其热储能特性室内温度可以保持在某个区间内而不立即跌落。
2安全控制方案
对于采用二乘二取二架构的安全控制平台，双系数据同步和无缝切换是需要重点研究的两个问题。
2.1双系数据同步
为保障双系数据安全同步，项目采用了高带宽、高实时性、高可靠性、高灵活性、容错性能优的FlexRay总线，作为双系之间信息交互通道。数据传递过程中，主要采用了以下技术方案：（1）使用序列号来保证收发时序。（2）使用安全循环冗余校验算法保证数据的一致性和安全性。（3）采用本地时间与远程时间计算网络传输延时，避免网络异常引起时效性问题。（4）采用数据包压缩和解压技术传递安全数据，减少网络流量和延时。（5）每个运算周期进行时间和数据同步，保证主用系和备用系数据的一致性。（6）同步确认技术，即主用系同步给备用系的数据，需要备用系发送同步确认信息后，主用系才能继续运算和对外输出，防止双系切换后对外控制信息不一致导向风险。
2.2双系无缝切换
为保证双系输出的唯一性和无缝切换，采用了安全状态机设计方案。单系控制机箱包含以下五种状态：（1）未工作状态；（2）初始化状态；（3）主用状态；（4）备用状态；（5）故障状态，主要状态切换工况包括：
（1）双系正常上电，进行初始化配置，配置为主用系的控制机箱为主用系，另一系转为备用系。（2）主用系出现故障，转为故障状态；备用系检测到主用退出，满足主用条件，转为主用状态。（3）故障状态满足初始化条件，经未工作状态进行初始化配置。
3提升基层供电所安全管理水平的路径
3.1提升供电所员工安全管理的意识
基层供电所内一线工作人员一般都是来自农村，个人的文化水平与素质水平相对较低，缺少一定的安全生产意识，大部分工作人员没有认识到安全生产的重要性，平时工作里认为工作经验最为重要也是自身的本钱，对于一些错误不敢勇于担当；忽略了生产相关要求与规章制度，随意违章操作。在具体工作中，我们应该注重强化员工的安全意识，日常加强学习培训工作。通过组织培训的工作改观员工思想，从思想层面上提高员工的安全管理的认识，强化对其各项管理条例要求的深入理解。教育工作以安全为宗旨，开展的过程要以人为本，切实深入去了解员工的自身想法，定期或不定期开展安全教育活动，也可以邀请一些专业技术人员分享经验。人的行为支配会受于意识作用之下，所以我们可以从思想方面来改变员工的想法，树立安全管理意识，方能在日常工作中规范作业，按照章程有序展开工作，这样才会更好地规避违章操作行为的出现，在一定程度上大大降低了事故的发生几率。
3.2健全完善基层供电所的安全管理制度
供电所安全生产离不开健全完善的安全管理制度，其也是供电所安全管理工作的顺利合理开展的保障。制度的建立必须依照国家相关法律和国网相关章程为基础进行设立，同时，建立安全生产奖惩制度，并根据各供电所实际情况进行调整。安全管理制度的完善务必注重责任合理分配，划清责任人，落实到各每个员工的身上，让员工充分意识到自己日常工作中的责任所在，从而予以警示作用，提升其工作质量。对于一些违反制度的人员，按照其所犯的错误条款进行处罚，严重者开除处理；对于表现突出优秀的人员，给予一定的奖励，树立榜样模范。另外，建立与完善监督管理体系，充分发挥监督机构的职责，并落实到工作中的实处，保证管理措施的严格执行。
结语
安全管理在基层供电所起到关键性的作用与保障，稍有不慎，就会诱发无法弥补的错误。安全管理不仅能够为员工人身安全提供保障，也为供电所经济效益提供保障。只有不断提升工作人员的安全意识、技能水平、综合素质与注重安全工器具管理维护，并完善及落实有关制度，这样才会更好地提升基层供电所的安全管理水平。
参考文献：
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