智能配電網(wǎng)的運(yùn)行與管理

常光旗

（陜西省榆林供電局 榆林市 719000）

國家電網(wǎng)公司將我國智能電網(wǎng)定義為“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，是以特高壓電網(wǎng)為骨架，以各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，其特征包括信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化，統(tǒng)一包括了電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)電壓等級。智能電網(wǎng)研究的目標(biāo)主要是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、分布式電源的有效利用、電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率以及提高用電的效率和電能質(zhì)量等方面。智能電網(wǎng)可以被劃分為智能輸電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)兩方面，其中智能配電網(wǎng)是關(guān)鍵。智能配電網(wǎng)涵蓋了智能電網(wǎng)的主要特征，而分布式電源、用電效率和質(zhì)量更是智能配電網(wǎng)的重要問題。本文即從智能配電網(wǎng)的定義及關(guān)鍵技術(shù)等方面，探討智能配電網(wǎng)的運(yùn)行與管理。

1 智能配電網(wǎng)

智能配電網(wǎng)（Smart Distribution Grid，SDG）尚無完整準(zhǔn)確的定義，從電網(wǎng)角度而言，較為一致的觀點(diǎn)是，智能配電網(wǎng)應(yīng)以配電網(wǎng)及相關(guān)資產(chǎn)為中心，針對配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)建造、運(yùn)行維護(hù)，綜合利用自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)，從而達(dá)到提高設(shè)備利用率、提高電能質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率等目標(biāo)。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)更多的考慮了發(fā)電側(cè)（尤其是分布式發(fā)電）的效率和效益的要求，以及用電側(cè)對于供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，在此基礎(chǔ)上更強(qiáng)調(diào)了電網(wǎng)企業(yè)自身的設(shè)備利用率以及運(yùn)行穩(wěn)定性與效率相結(jié)合等問題，其中既有技術(shù)方面的問題，如分布式發(fā)電如何并網(wǎng)等問題，又有管理方面的問題，如如何與用戶更好的合作，建立更加完善的配電市場，實(shí)現(xiàn)更符合雙方利益的負(fù)荷需求特性。

2 智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

智能配電網(wǎng)的提出、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)以及運(yùn)行管理都是圍繞著以下目的展開，即電網(wǎng)的靈活性與功能性、用戶的滿意度、發(fā)電與輸電效率。而新技術(shù)的采用，也給智能配電網(wǎng)提出了一定的要求和挑戰(zhàn)：

（1）技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性雙重約束條件，即如何在提高供電可靠性和電能質(zhì)量的同時(shí)節(jié)能降耗。節(jié)能降耗是配電網(wǎng)的傳統(tǒng)問題，在新的技術(shù)條件下，為運(yùn)行人員提供了實(shí)時(shí)信息與決策分析工具，新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜椭悄芷骷矠檫\(yùn)行人員提供了更多的決策選擇。

（2）分布式能源的有效接入，智能配電網(wǎng)條件下，分布式能源不再局限于分布式發(fā)電，還包括分布式儲(chǔ)能與需求側(cè)管理。這就要求智能配電網(wǎng)不但具有更加靈活的網(wǎng)絡(luò)，還需要更具適合性的繼電保護(hù)方案和電壓、電流控制方案。

（3）提高電網(wǎng)的利用效率，這包括設(shè)備利用率以及電能利用率。設(shè)備利用率方面，可以通過狀態(tài)監(jiān)測與檢修加以提升，更需要電網(wǎng)在故障后自愈性能的提高；電能利用率方面，則需要與用戶合作，通過更有彈性、更符合用戶利益與需求的負(fù)荷與定價(jià)機(jī)制，提高用戶的積極性和可控性。

為了解決這些關(guān)鍵問題，智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和組成包括：

（1）開放式的能量與通訊系統(tǒng)（IECSA）。IECSA集成了數(shù)據(jù)通訊與智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)、用戶信息的交換。

（2）分布式能源。分布式能源可以提高發(fā)電和電網(wǎng)的效率，降低損耗，但相應(yīng)的需要分布式能源的輔助支撐。

（3）用戶入口。用戶入口是使用戶參與到電網(wǎng)和電能利用和控制的窗口。通過用戶入口，用戶可以自行選擇服務(wù)，通過自行讀取電能使用量與價(jià)格，客戶可以有針對性地調(diào)整自身的用電方案，從而解決電網(wǎng)的需求側(cè)管理問題。而電能質(zhì)量、功率因數(shù)和電壓的監(jiān)測，也為電能質(zhì)量的保證提供條件。

（4）電力電子技術(shù)的大量應(yīng)用。電力電子技術(shù)主要應(yīng)用于靈活的提高功率因數(shù)，改善電能質(zhì)量，從而提高電能輸送的效率。

3 智能配電網(wǎng)的運(yùn)行與管理

智能配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相似，但更靈活的組網(wǎng)和拓?fù)錇殡娋W(wǎng)運(yùn)行提出了更高的要求，分布式電源的接入提高了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。本文僅針對智能配電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的不同點(diǎn)進(jìn)行探討。

（1）對分布式能源的管理。分布式能源中，分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能以及其所發(fā)展出的微電網(wǎng)，為配電網(wǎng)的負(fù)荷潮流、故障時(shí)的故障電流流動(dòng)方向都產(chǎn)生了廣泛的影響。傳統(tǒng)配電網(wǎng)中不存在電源，只是從輸變電網(wǎng)絡(luò)中獲取電能傳送到用電側(cè)，其結(jié)構(gòu)一般為簡單輻射性網(wǎng)絡(luò)，一旦配電線路發(fā)生故障，則整條線路的用戶停電。分布式能源的出現(xiàn)，解決了這一問題，在配電線路出現(xiàn)故障的情況下，由分布式發(fā)電提供電能，或者有分布式儲(chǔ)能短時(shí)提供電能，在線路維修完成后再切換到系統(tǒng)電源，保障了用戶的可靠用電。當(dāng)然這需要用戶的配合，需求側(cè)管理便是解決這一問題，分布式電源往往不能滿足全部用戶的需要，其提供的替代電能能否滿足用戶對電能質(zhì)量的要求也需要用戶來決定。

（2） 提高智能配電網(wǎng)的自愈性能。自愈是智能電網(wǎng)的重要特點(diǎn)，也是智能配電網(wǎng)中提高供電可靠性的關(guān)鍵。當(dāng)前的電網(wǎng)運(yùn)行中，因管理和計(jì)劃檢修因素導(dǎo)致的停電次數(shù)與時(shí)間都大幅縮短，而故障情況并非計(jì)劃內(nèi)的，往往難以做到快速的解決問題恢復(fù)供電。自愈性能是指電網(wǎng)自動(dòng)的恢復(fù)故障停電的能力，當(dāng)配電線路出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)有的繼電保護(hù)會(huì)首先跳閘切出故障，繼而啟動(dòng)重合閘，如果故障為瞬時(shí)性故障，則重合成功，恢復(fù)供電，如果故障為永久性故障，則重合不成功，需要由人員確定故障性質(zhì)與位置，來決定采取進(jìn)一步的措施。對于永久性故障，重合會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)承受沖擊，而分布式能源的引入，會(huì)在瞬時(shí)故障的故障點(diǎn)產(chǎn)生潛供電流，降低了重合閘的成功率。

智能配電網(wǎng)條件下，可以采用的方案為智能重合閘，智能重合閘可以自行分辨故障性質(zhì)為瞬時(shí)性還是永久性，瞬時(shí)性故障自動(dòng)重合，永久性故障重合，這樣就避免了永久性故障條件下盲目重合所帶來的沖擊。另一方面，則需要靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜头植际诫娫磥斫鉀Q，即在傳輸路徑出現(xiàn)故障無法恢復(fù)時(shí)，采用其他線路、備用電源提供電能來解決。

（3）對用戶側(cè)的監(jiān)督與管理。對用戶的監(jiān)管，首先要為用戶提供一個(gè)了解電網(wǎng)和電能使用狀況的窗口，即用戶入口。用戶通過這一窗口了解到自身用電狀況后，會(huì)主動(dòng)參與到電網(wǎng)的運(yùn)行中。此時(shí)就需要電網(wǎng)與用戶有效溝通，建立起既符合電網(wǎng)運(yùn)行效率，又有利于用戶的方案。這里的用戶既包含工廠等大用戶，也包括家庭用戶，電能即發(fā)即用、不能大量存儲(chǔ)的特點(diǎn)導(dǎo)致了電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)不得不投入大量的資金和資源來維持最高用電量時(shí)的電能供應(yīng)，從電網(wǎng)的角度，如果能夠引導(dǎo)用戶錯(cuò)峰用電，達(dá)到削峰平谷的目的，可以節(jié)省大量的資源，也避免了大量電能的浪費(fèi)。

以用電量高的煉鋼廠為例，電能所占費(fèi)用是其成本的重要組成，且會(huì)所在供電范圍內(nèi)導(dǎo)致電能質(zhì)量的大幅降低，帶來嚴(yán)重的諧波污染。如果能設(shè)定合理的低費(fèi)用區(qū)段，則用戶會(huì)自覺在這一時(shí)間段用電，從而減少自身的用電費(fèi)用，而電網(wǎng)公司也避免了建設(shè)過多的輸電設(shè)備來滿足其需要，節(jié)省下來的資金可以為煉鋼廠建設(shè)專門的變電站和線路，從而提高了供電質(zhì)量，達(dá)到了用戶與電網(wǎng)的雙贏。而對于不便于在夜間等低用電負(fù)荷時(shí)段作業(yè)的企業(yè)，可以由用戶來選擇提供服務(wù)的種類，選擇全天統(tǒng)一電費(fèi)可能更符合他們的利益。對于會(huì)嚴(yán)重影響供電質(zhì)量的企業(yè)，予以適當(dāng)?shù)膽土P，可以激勵(lì)企業(yè)進(jìn)行改進(jìn)，從而提高功率因數(shù)與諧波系數(shù)等在用戶側(cè)更方便調(diào)整的電能質(zhì)量參數(shù)。

對于智能配電網(wǎng)的運(yùn)行與管理，還包括用戶側(cè)自動(dòng)測量計(jì)量等方面，如對于邊遠(yuǎn)用戶或者不便于入戶抄表的用戶，采用遠(yuǎn)程計(jì)量、遠(yuǎn)程抄表等方案，可以大幅降低抄表人員的工作量。而與供水、供氣聯(lián)合進(jìn)行自動(dòng)抄表、計(jì)費(fèi)和收費(fèi)，更為用戶提供了更為便捷的窗口。

4 總結(jié)

對于分布式能源的管理，可以認(rèn)為是電網(wǎng)對于電源側(cè)影響做出的反應(yīng)；提高智能配電網(wǎng)的自愈性能，可以提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和供電可靠性，而對與用戶而側(cè)監(jiān)督與管理，可以達(dá)到電網(wǎng)與用戶的雙贏。智能配電網(wǎng)的運(yùn)行與管理，需要結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際尤其是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臓顩r，在采用新技術(shù)的同時(shí)提高運(yùn)行管理水平，以用戶的滿意和電網(wǎng)的效益為目標(biāo)，才能實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)的初衷。

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