智能配電網(wǎng)技術(shù)方案的應(yīng)用設(shè)計

引言

隨著社會對環(huán)境保護、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高，用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求不斷提升。未來的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)量和信息量更大，需要支持能量流和信息流的雙向流動，智能電網(wǎng)是未來必然的選擇。智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的一部分，也是連接輸電網(wǎng)與廣大用戶的路徑。智能配電網(wǎng)既可充分利用清潔能源，又可保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定。通過智能配電網(wǎng)建設(shè)，可實現(xiàn)輸電網(wǎng)與大容量清潔能源的協(xié)調(diào)調(diào)度，為發(fā)電與用電的功率平衡提供調(diào)節(jié)，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，提高清潔能源的消費比重，促進節(jié)能減排，提高能源利用效率。通過智能配電網(wǎng)建設(shè)，可以實現(xiàn)能量與信息的雙向流動，同時實現(xiàn)與用戶的友好互動，有效提升供電服務(wù)水平，通過需求側(cè)來管理和引導(dǎo)用戶科學(xué)、合理用電，提高電能應(yīng)用的經(jīng)濟性和安全性。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)在供電安全性、電能質(zhì)量和電網(wǎng)資產(chǎn)利用率等方面都有顯著提升。此外，基于能量流與信息流融合與互動的智能配電網(wǎng)還具有信息集成、自愈、互動、優(yōu)化和兼容的特征，具體如下：

信息集成。信息化是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)，指具備對配電網(wǎng)實時和非實時信息的高度集成、多方共享和深度挖掘應(yīng)用的能力。通過不斷的流程優(yōu)化和信息整合，可實現(xiàn)企業(yè)管理、生產(chǎn)管理、調(diào)度自動化與電力市場管理業(yè)務(wù)的集成，形成全面的輔助決策支持體系，支撐企業(yè)管理的規(guī)范化和精細化，不斷提升電力企業(yè)的管理效率。

自愈。由于配電網(wǎng)一般需要直接面向用戶，具有極高的復(fù)雜性，其特點是“點多、面廣線長”，因此，智能配電網(wǎng)要求具有強大的自愈能力，能夠及時檢測出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障，并進行相應(yīng)的預(yù)案操作，使其不影響用戶的正常供電或?qū)⑵溆绊懡抵磷钚?。對配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行連續(xù)的在線自我評估，并采取預(yù)防性控制手段，及時發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患；故障發(fā)生時，在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速定位并隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。

互動?；邮侵悄芘潆娋W(wǎng)的內(nèi)在要求，一般是通過信息實時溝通分析，實現(xiàn)電源、電網(wǎng)和用戶資源的良性互動與高效協(xié)調(diào)，促進電能的安全、高效、清潔應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)運行與批發(fā)、零售電力市場的無縫銜接，支持電力新交易方式的有效開展，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；同時，通過市場交易更好地激勵電力市場主體參與配電網(wǎng)安全管理，從而提升電力系統(tǒng)的安全運行水平。

優(yōu)化。實現(xiàn)配電網(wǎng)控制策略的自動優(yōu)選、運行狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動恢復(fù)等。實現(xiàn)資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運行維護等全壽命周期環(huán)節(jié)的優(yōu)化，合理地安排設(shè)備的運行與檢修，提高資產(chǎn)的利用效率，有效地降低運行維護成本和投資成本，減少電網(wǎng)損耗。

兼容。智能配電網(wǎng)能夠同時適應(yīng)集中發(fā)電與分散發(fā)電模式，實現(xiàn)與負荷側(cè)的交互，支持風電等可再生能源的接入,擴大系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的可選資源范圍，滿足電網(wǎng)與自然環(huán)境的可持續(xù)和諧發(fā)展。

基于此，智能配電網(wǎng)的建設(shè)重點是在數(shù)字化電網(wǎng)與信息化企業(yè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建集成、自愈、互動、優(yōu)化和兼容的柔性電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)涉及電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)度各個環(huán)節(jié)，其中，配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，直接與用戶相連,是實現(xiàn)電力系統(tǒng)對用戶的供電能力和供電質(zhì)量的保障。智能配電網(wǎng)應(yīng)具備核心硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，智能配電網(wǎng)是配電網(wǎng)高級自動化的延伸，與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的主要區(qū)別在于允許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入和微網(wǎng)運行，鼓勵各類不同電力用戶積極參與電網(wǎng)互動。

1智能配電網(wǎng)技術(shù)方案框架

智能配電網(wǎng)是集傳感測量、計算機、通信、信息、自動控制等領(lǐng)域新技術(shù)在配電系統(tǒng)中應(yīng)用的總成，是從改善電網(wǎng)整體性能、節(jié)省總體成本出發(fā)，將各種新技術(shù)與傳統(tǒng)的配電技術(shù)進行有機的融合，使配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及保護與運行控制方式發(fā)生革命性的變化。因此，智能配電網(wǎng)技術(shù)方案框架應(yīng)該包括完善的物理網(wǎng)架、設(shè)備，兼容的通信平臺以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)。智能配電網(wǎng)的技術(shù)方案框架如圖1所示。

2完善配電網(wǎng)網(wǎng)架

配電網(wǎng)一次網(wǎng)架具有N-1及以上的供電能力是實施自愈的網(wǎng)架基礎(chǔ)；配電網(wǎng)一次設(shè)備具有滿足自動化的基本條件，包括電動操作機構(gòu)、互感器以及相應(yīng)的電源配置；配電自動化系統(tǒng)本身的實用化程度是實施自愈的自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)。新能源兼容接入的推廣應(yīng)用，首先需要新能源及大規(guī)模儲能技術(shù)具有好的性價比；另外，配電網(wǎng)本身的接納能力的提高，貝懦要從規(guī)劃、運行以及自動化和保護技術(shù)等多方面進行技術(shù)改進與創(chuàng)新。圖2所示是一個典型的完善配電網(wǎng)網(wǎng)架示意圖。

結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架完善的配電網(wǎng)實體和安全經(jīng)濟、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)。但我國傳統(tǒng)配電網(wǎng)基礎(chǔ)比較薄弱，自動化程度較低，距智能配電網(wǎng)的要求存在較大的差距，所以在智能配電網(wǎng)框架最底層的設(shè)備層，需要完善以下功能：

第一，建設(shè)完善的實體配電網(wǎng)。智能配電網(wǎng)應(yīng)改變我國配電網(wǎng)發(fā)展長期滯后、基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀，加強和完善配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建成具有合理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)；未來的配電網(wǎng)應(yīng)能靈活應(yīng)對自然災(zāi)害等突發(fā)性事件。

第二，實現(xiàn)配電裝備的智能化。由于傳統(tǒng)的開關(guān)、保護控制設(shè)備和配電終端不適應(yīng)智能配電網(wǎng)的需求，且分布式電源的大量接入對智能配電設(shè)備也提出了新的需求，所以智能配電網(wǎng)應(yīng)實現(xiàn)配電裝備的智能化。

為了發(fā)展配電網(wǎng)的智能應(yīng)用，實現(xiàn)上述功能，應(yīng)加強以下技術(shù)的支撐點：

第一，應(yīng)在規(guī)劃流程、數(shù)學(xué)模型和規(guī)劃方法等方面有所突破，以適應(yīng)大量分布式電源的并網(wǎng)運行；

第二，智能配電裝備既要涵蓋傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的測控、保護、安全穩(wěn)定控制等裝置的功能，還要包括傳統(tǒng)一次系統(tǒng)的靜止補償裝置、固態(tài)開關(guān)、分布式儲能等裝置的功能。

更多的分布式能源（分布式發(fā)電、分布式儲能、需求側(cè)管理）滲透在配電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中，要求未來的智能配電系統(tǒng)具有新的靈活的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲、新的保護方案、新的電壓控制和新的儀表。

3兼容的通信平臺

信息的有效集成是智能化的前提。要解決配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的全覆蓋，就要在部分涉及到智能分布式處理的區(qū)域具有雙向?qū)Φ韧ㄐ拍芰ΑＳ捎谥悄芘潆娋W(wǎng)的通信系統(tǒng)不可避免地采用多種通信方式，其網(wǎng)絡(luò)安全問題，特別是采用公共通信網(wǎng)絡(luò)的信息安全問題就一定要解決。配電信息模型的一致性驗證技術(shù)是保證配電網(wǎng)信息交互與共享的關(guān)鍵，配電網(wǎng)基礎(chǔ)信息準確、完備則是保證配電網(wǎng)信息可用性的基礎(chǔ)。

智能配電網(wǎng)需要采集大量的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和各類表計計量數(shù)據(jù)，對于這些量大、采集點多且分散、對實時性要求高的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的信息通信體系已不能滿足要求，需應(yīng)用先進的傳感測量技術(shù)，建立統(tǒng)一的通信和信息平臺作為支撐。智能配電網(wǎng)對數(shù)據(jù)信息的管理和維護都在數(shù)據(jù)層完成，數(shù)據(jù)層是智能配電網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)庫，為配電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的電網(wǎng)業(yè)務(wù)提供更多的數(shù)據(jù)支持，所以，在數(shù)據(jù)層需要對兩個技術(shù)支撐點開展研究。

首先是先進的傳感測量技術(shù)。傳感測量技術(shù)可給電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃人員提供數(shù)據(jù)支持，如功率因數(shù)、相位關(guān)系、變壓器和線路負荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預(yù)測數(shù)據(jù)等，應(yīng)用先進的傳感測量技術(shù)，可以準確地感知電網(wǎng)的運行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)備的健康狀況，評估電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

另外就是開放的通信平臺?，F(xiàn)有配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)信息大多為從設(shè)備到調(diào)度中心單向流動，僅有少量的控制信息是從調(diào)度中心到設(shè)備，這顯然不能滿足智能電網(wǎng)雙向通信的需求，為此，建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)。構(gòu)建開放的通信平臺需要重點研究的內(nèi)容如下：

一是開放的通信架構(gòu)，以形成一個“即插即用”的環(huán)境,使電網(wǎng)元件之間能夠進行網(wǎng)絡(luò)化的通信。

二是統(tǒng)一的技術(shù)標準，以便所有的傳感器、智能設(shè)備以及應(yīng)用系統(tǒng)之間能無縫通信，實現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間、設(shè)備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。

三是統(tǒng)一的信息平臺?，F(xiàn)有的信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)模型維護不及時、彼此之間無法協(xié)調(diào)和溝通，因而需要建立一個信息來源更廣泛、信息量更大、支持信息雙向流動和數(shù)據(jù)共享機制的統(tǒng)一的信息平臺。

圖3所示是一種用于智能電網(wǎng)的多種通信方式融合的通信平臺技術(shù)方案圖。

圖3多種通信方式融合的通信平臺技術(shù)方案

根據(jù)智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求，智能配電通信網(wǎng)主要以光纖通信對重要節(jié)點實現(xiàn)保障，無線通信作為實現(xiàn)廣泛覆蓋、載波通信接入的補充技術(shù)方案。110kV變電站一般都以光纖覆蓋，縱聯(lián)保護裝置、配網(wǎng)自動化監(jiān)測節(jié)點、分布式能源站、獨立儲能站、重要負荷管理節(jié)點也需要用光纖覆蓋來實現(xiàn)裝置之間、配電調(diào)度之間的光纖通信通道，并要求采用具有自愈功能的155Mb/sSDH環(huán)網(wǎng)或100Mb/s工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)方式。在光通信覆蓋之外的智能電能表臺區(qū)集中點和設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測點，可以采用寬帶無線通信或租用公網(wǎng)無線通信方式，以建立智能電能表雙向信息和設(shè)備運行狀態(tài)信息到配網(wǎng)管理站的無線通道。智能電能表到臺區(qū)集中點的通信方式可根據(jù)距離遠近，采用RS-485電纜、Wi-Fi、GPRS及載波等方式實現(xiàn)智能電能表的靈活接入。

電網(wǎng)正在向智能化方向發(fā)展，但目前配網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)還不完善，因而制約了配電智能化的實施。智能配電網(wǎng)中的高級配電運行、高級量測體系、高級資產(chǎn)管理對通信業(yè)務(wù)時延、帶寬等需求各不相同，其業(yè)務(wù)可分為實時控制業(yè)務(wù)和非實時監(jiān)測、管理業(yè)務(wù)。結(jié)合配電網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)必須遵循的安全性、可靠性、經(jīng)濟性要求，本文提出智能配電網(wǎng)通信以光纖通信實現(xiàn)重要節(jié)點保障、以無線通信實現(xiàn)廣泛覆蓋、以載波通信作為接入補充的技術(shù)方案。圖4所示是智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)示意圖。

4系統(tǒng)綜合應(yīng)用平臺

智能配電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用平臺的基本功能包括：基于SCADA系統(tǒng)的滿足測量、控制、保護、計量需要的配電網(wǎng)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)獲取與存儲；基礎(chǔ)應(yīng)用則包括與電網(wǎng)生產(chǎn)、基建、運行管理相關(guān)的各種應(yīng)用系統(tǒng)；高級應(yīng)用包括電能質(zhì)量分析與評價,供電可靠性分析，網(wǎng)損計算及其他個性化的應(yīng)用。

基礎(chǔ)應(yīng)用主要包括配電網(wǎng)及其設(shè)備的可視管理、配電管理與用電管理的信息化，智能配電網(wǎng)將通過各種分析計算與仿真模擬，針對配電網(wǎng)的優(yōu)化運行、智能調(diào)度、智能控制等提供決策支持，實現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化運行與智能控制，實現(xiàn)分布式電源/微網(wǎng)/儲能裝置的合理接入以及與用戶的良好互動，保證配電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟、環(huán)保運行。智能配電網(wǎng)最終的智能化目標是有效整合并綜合利用電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)運行信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運行的在線監(jiān)測、優(yōu)化、預(yù)警、動態(tài)安全分析以及緊急狀態(tài)下的故障診斷隔離、協(xié)調(diào)控制、自我恢復(fù)等功能。智能配電網(wǎng)的這些功能最終將通過基礎(chǔ)應(yīng)用層實現(xiàn)?；A(chǔ)應(yīng)用層的主要功能如下：

圖4智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)示意圖

第一，優(yōu)化運行。優(yōu)化運行可解決含分布式電源的配電網(wǎng)安全運行與經(jīng)濟運行，可實現(xiàn)正常運行方式下網(wǎng)損最小化,提高配電設(shè)備使用效率，以及檢修方式下的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和故障方式下的快速轉(zhuǎn)供。

第二，快速仿真與模擬。配電網(wǎng)快速仿真與模擬是實現(xiàn)配電網(wǎng)自愈的重要工具，其目的是通過配電網(wǎng)狀態(tài)估計、潮流計算、負荷預(yù)測、動態(tài)安全評估、預(yù)想事故分析等為系統(tǒng)自適應(yīng)保護、故障定位和隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等及時提供決策支持,具體涵蓋靜態(tài)模型和動態(tài)特性相結(jié)合的分析計算及基于信號分析的實時直接測量、實時狀態(tài)估計、潮流計算、聚合分析、短期負荷預(yù)測、預(yù)想事故分析、動態(tài)安全分析等。

第三，智能調(diào)度。智能配電網(wǎng)若要支持分布式電源的大量接入及能量的雙向流動，智能調(diào)度則需要實現(xiàn)真正意義上的全電網(wǎng)狀態(tài)實時精確估計，對智能電網(wǎng)進行更為精確的調(diào)控，并加強需求側(cè)管理。

第四，智能控制。分布式電源的大量接入，使得用戶側(cè)也不再是單純的用電環(huán)節(jié)，用戶與電網(wǎng)之間的深度互動使得配電網(wǎng)的智能控制不再是一個單一目標的控制問題，智能配電網(wǎng)在保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟和優(yōu)質(zhì)運行的前提下，還要考慮節(jié)能減排、提高能源轉(zhuǎn)化效率等目標。

第五，分布式電源/微網(wǎng)接入。配電網(wǎng)中的分布式電源靠近負荷中心，可降低電網(wǎng)輸送的容量，提高供電可靠性。而大量的分布式電源并人中、低壓配電網(wǎng)運行，將徹底改變傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)單向潮流的特點，所以要求系統(tǒng)使用新的保護方案、電壓控制和儀表等來滿足雙向潮流的需要。由于分布式電源具有波動性和間歇性的特點，并人電網(wǎng)后，如果控制不當，就容易對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，因而需要對分布式電源及風電功率的并網(wǎng)運行進行研究，并大力發(fā)展儲能技術(shù)。

第六，建立、完善各類標準體系叫在智能配電網(wǎng)建設(shè)過程中，通過完善統(tǒng)一的標準可以實現(xiàn)各類電力設(shè)施及各種新技術(shù)應(yīng)用之間的互聯(lián)互通，因而應(yīng)積極參與國際標準的研究和制定，爭取在國際標準體系中的話語權(quán)，并結(jié)合國內(nèi)配電網(wǎng)現(xiàn)狀，建立一套適用性強、兼容性好的開放標準體系。

高級應(yīng)用主要指綜合所有數(shù)據(jù)和開發(fā)的個性化的應(yīng)用，如電壓質(zhì)量監(jiān)測與控制，網(wǎng)損的計算分析，可靠性統(tǒng)計等。最終實現(xiàn)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、可靠性及網(wǎng)損的綜合分析與評價。

5結(jié)語

智能配電網(wǎng)是建設(shè)智能電網(wǎng)的重點環(huán)節(jié)，智能配電網(wǎng)應(yīng)具有完善的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、智能化設(shè)備、通信技術(shù)平臺等。智能配電網(wǎng)是一個集成了傳統(tǒng)和前沿配電工程技術(shù)、高級傳感和測控技術(shù)、現(xiàn)代計算機與通信技術(shù)的配電系統(tǒng)，因而更加安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效，可支持分布式電源的大量接入，并為用戶提供擇時用電等與配電網(wǎng)互動的服務(wù)，是將各種配電新技術(shù)進行有機的集成、融合，使系統(tǒng)的性能出現(xiàn)革命性的變化。智能配電網(wǎng)是一個集技術(shù)與管理于一體的龐大系統(tǒng)，其建設(shè)是一個循序漸進的過程，要在科學(xué)的長遠規(guī)劃指導(dǎo)下，按照系統(tǒng)生長論的理念，基于“云計算”的思維模式，分步分區(qū)實施，以期達到智能配電網(wǎng)安全、高效、經(jīng)濟和可持續(xù)的建設(shè)目標。

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