智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

譚建波

濰坊供電公司 山東 濰坊 261021

0 引言

為了應(yīng)對來自環(huán)境、能源、經(jīng)濟(jì)、氣候、社會(huì)發(fā)展等多方面的挑戰(zhàn)，中國在借鑒國外智能電網(wǎng)的建設(shè)成果和經(jīng)驗(yàn)上，結(jié)合本國電力發(fā)展現(xiàn)狀和資源（一次能源和分布式能源）分布情況，提出了建設(shè)具有堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、友好開放、靈活互動(dòng)特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃。

建設(shè)智能電網(wǎng)的目標(biāo)包括：實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；充分利用可分布式能源；提高電能質(zhì)量以及用戶的用電效率、可靠性；提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率。高級量測體系（AMI）、高級配電運(yùn)行（ADO）、高級輸電運(yùn)行（ATO）和高級資產(chǎn)管理（AAM）彼此之間通過配合，在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)。發(fā)展智能電網(wǎng)的順序會(huì)影響成本和效益，一般情況下AMI是電網(wǎng)智能化的第一步，在對電能質(zhì)量要求高的地方可以試點(diǎn)ADO［1-3］。

智能配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的組成部分，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中起著重要作用。智能配電網(wǎng)以高可靠性、高安全性的通信網(wǎng)絡(luò)和靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)靈活自適應(yīng)的故障處理和自愈，并且滿足分布式電源和儲(chǔ)能元件高滲透率接入的要求，同時(shí)滿足用戶提高電能質(zhì)量的要求。智能配電網(wǎng)技術(shù)有機(jī)集成和融合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與通信、高級傳感和測控等技術(shù)，滿足未來配電系統(tǒng)集成、互動(dòng)、自愈、兼容、優(yōu)化的要求。其建設(shè)的重要性主要體現(xiàn)在：配電網(wǎng)直接面向用戶，是控制、保證用戶供電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；由配電網(wǎng)故障原因引起的停電占用戶停電的95%以上；配電網(wǎng)的損耗占據(jù)了電網(wǎng)損耗的一半；分布式電源的接入主要影響配電網(wǎng)的運(yùn)行與控制；目前配電網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化程度遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)。

本文對智能配電網(wǎng)的內(nèi)涵和特征進(jìn)行了解釋，并對發(fā)展智能配電網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹和分析。

1 智能配電網(wǎng)內(nèi)涵與特征

1.1 智能配電網(wǎng)內(nèi)涵

智能配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)中的重要組成之一，處于電力系統(tǒng)的末端，可以與用戶直接相連，智能配電網(wǎng)涵蓋了配電自動(dòng)化的全部內(nèi)容，且支持分布式電源的接入，目前，在建設(shè)智能配電網(wǎng)的過程中，總結(jié)智能配電網(wǎng)其內(nèi)涵主要包括3個(gè)方面［4］：①以物理實(shí)體電網(wǎng)為基礎(chǔ)，包括各種配電基礎(chǔ)設(shè)施、開關(guān)、配電終端、傳感器等；②融合了各種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，如：傳感測量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等；③智能配電網(wǎng)支持各種能源形式的分布式電源和電力用戶自備電源儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車的接入和使用，其運(yùn)行方式更加靈活可調(diào)，供電安全性可靠性和電能質(zhì)量顯著提升，提高了能源利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 智能配電網(wǎng)特點(diǎn)

1.2.1 更高的供電可靠性

智能配電網(wǎng)具有自愈功能，并且通過分布式電源微網(wǎng)（Micro Grid），在主電網(wǎng)停電時(shí)保障重要用戶的供電，最大程度地降低電網(wǎng)故障對用戶的影響。

1.2.2 支持大量的分布式電源接入

分布式電源主要包括：風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、燃料電池、小型燃?xì)廨啓C(jī)等，智能配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)分布式電源的即插即用（plug and in）。

1.2.3 支持用戶能源管理（需求側(cè)管理）

通過智能電表，實(shí)現(xiàn)與用戶側(cè)的雙向通信；支持實(shí)時(shí)電價(jià)的實(shí)施，有利于改善用戶的用電習(xí)慣，更好地削峰填谷，提高能源的利用效率，并適應(yīng)分布式發(fā)電的間歇性特點(diǎn)；支持用戶自備微型電源的并網(wǎng)；支持電動(dòng)車的接入，通過在低電價(jià)時(shí)段充電，高電價(jià)時(shí)向電網(wǎng)送電，增加靈活性。

1.2.4 更高的電能質(zhì)量

通過無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定，保證電壓合格率；實(shí)現(xiàn)敏感用電設(shè)備的不間斷連續(xù)供電；應(yīng)用動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器（DVR）保證線路故障與重合閘期間的供電；應(yīng)用固態(tài)斷路器實(shí)現(xiàn)雙路供電電源的“0”秒無縫切換。

1.2.5 能夠提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率

智能配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)快速仿真和模擬，通過合理控制潮流，提高系統(tǒng)容載比，充分利用系統(tǒng)容量；在以上基礎(chǔ)上，通過減少設(shè)備的投資和折舊，使用戶獲得更廉價(jià)的電力。

1.2.6 能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行可視化管理

實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)及其設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過提供潮流、負(fù)荷、電能質(zhì)量、停電范圍、故障位置、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等實(shí)時(shí)信息，解決配電網(wǎng)“盲管”問題。

1.2.7 實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)設(shè)備管理、生產(chǎn)管理的自動(dòng)化和信息化。

2 高級量測體系（AMI）

高級量測體系 （Advanced metering infrastructure，簡稱AMI）是一套完整的系統(tǒng)，如圖1所示，由智能電能表、通信網(wǎng)絡(luò)、家庭局域網(wǎng)、計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和AMI接口等組成。它不是單一的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，能夠利用雙向通信系統(tǒng)和記錄有用戶詳細(xì)負(fù)荷信息的智能電表，定時(shí)并即時(shí)獲得用戶帶有時(shí)標(biāo)的多種計(jì)量值，如用電量，用電需求，電壓，電流等信息，同時(shí)向用戶端發(fā)布命令和信息，與用戶建立緊密聯(lián)系。

AMI使用戶由被動(dòng)的電力消費(fèi)者變?yōu)榕潆娋W(wǎng)運(yùn)行控制的積極參與者，根據(jù)電價(jià)變化來選擇用電時(shí)間。用戶可以利用其分布式發(fā)電與儲(chǔ)能裝置參與削峰填谷。

AMI是傳統(tǒng)AMR技術(shù)的新發(fā)展，屬于用戶自動(dòng)化的內(nèi)容。同時(shí)AMI是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，國外許多供電企業(yè)把實(shí)施AMI作為建設(shè)智能電網(wǎng)的第一步。AMI的使用可以提升分布式能源接入的可實(shí)施性以及用戶參與電網(wǎng)運(yùn)行和管理的積極性；還可增進(jìn)公用事業(yè)與用戶的關(guān)系，提高用戶滿意度，降低服務(wù)成本；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，并結(jié)合智能電網(wǎng)的AMI，使得智能家居成為可能。

從目前研究情況來看，建設(shè)AMI還需解決以下若干問題［5］：

1）元件兼容：不同廠商的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制裝置等之間的無縫連接；

2）通信：主要指各組件之間的通信、通信方式和通信協(xié)議等；

3）網(wǎng)絡(luò)安全：包括數(shù)據(jù)的保密性、完整性、可用性和不可否認(rèn)性等方面。

圖1 AMI系統(tǒng)架構(gòu)

3 高級配電自動(dòng)化技術(shù)

高級配電自動(dòng)化（ADA，Advanced Distribution Automation）是配電網(wǎng)管理與控制方法上革命性的進(jìn)步。它實(shí)現(xiàn)接有分布式電源的配電系統(tǒng)的全面控制與自動(dòng)化，使系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。ADA是智能配電網(wǎng)中的DA，是智能配電網(wǎng)中的重要技術(shù)組成部分，也是其建設(shè)的關(guān)鍵。

圖2 ADA功能組成

ADA是一個(gè)非常復(fù)雜的高綜合性的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制，旨在建立智能配電網(wǎng)所需要的技術(shù)和功能，是建設(shè)智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，其功能如圖2所示。與傳統(tǒng)配電自動(dòng)化相比，ADA具有以下特點(diǎn)［6］：①柔性配電設(shè)備之間可以協(xié)調(diào)控制；②支持分布式能源（DER）接入，并與配電網(wǎng)有機(jī)集成；③提供實(shí)時(shí)仿真分析與輔助決策，有效支持高級應(yīng)用軟件；④實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)的監(jiān)控；⑤支持分布智能控制技術(shù)；⑥具有良好的開放性與可擴(kuò)展性；⑦各種自動(dòng)化系統(tǒng)之間無縫集成，信息高度共享，功能深度融合。ADA，作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，可以保證用戶的供電質(zhì)量、提高服務(wù)水平并且減少運(yùn)行的費(fèi)用；開放式通訊體系與柔性電力體系和保護(hù)系統(tǒng)有助于ADA監(jiān)測和控制功能的實(shí)現(xiàn)，是ADA在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的組件，共同支持智能配電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)；開放式通信系統(tǒng)和柔性電力體系，以及ADA的功能，就組成了未來的智能配電系統(tǒng)。

速凍蔬菜食品品質(zhì)和生產(chǎn)加工中的每個(gè)環(huán)節(jié)都有密切關(guān)系，所以應(yīng)當(dāng)從原料品質(zhì)、凍前處理、速凍方式至凍后打包與貯運(yùn)等每個(gè)方面都嚴(yán)格控制品質(zhì)，根據(jù)P.P.P與T.T.T概念實(shí)行以GMP與SSOP為前提的HACCP體系，確保食品品質(zhì)的穩(wěn)定與提升。

高級配電自動(dòng)化系統(tǒng)包括高級配電運(yùn)行自動(dòng)化（DOA）與高級配電管理自動(dòng)化（DMA）兩個(gè)部分。高級DOA完成饋線自動(dòng)化、電壓無功控制、配電網(wǎng)安全監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集以及DER調(diào)度等實(shí)時(shí)應(yīng)用功能；高級DMA以地理圖形為背景信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)的錄人、編輯、查詢與統(tǒng)計(jì)管理以及配電設(shè)備空間與屬性數(shù)據(jù)［7］。

4 分布式電源接入

分布式電源 （DER，Distributed Electric Resource）概念上包括分布式儲(chǔ)能裝置和分布式發(fā)電裝置。

分布式發(fā)電 （Distributed Generation，DG）是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施，經(jīng)濟(jì)、高效、可靠地發(fā)電［8］。一般認(rèn)為分布式發(fā)電機(jī)組的定義在50MW以下。從并網(wǎng)發(fā)電角度，DER、DG不做嚴(yán)格區(qū)分。分布式發(fā)電是提高能源利用效率、發(fā)展可再生能源的必然選擇。分布式發(fā)電技術(shù)一般包括以下方面：熱電冷聯(lián)產(chǎn)，包括熱電廠，微型燃?xì)廨啓C(jī)等；小水電；風(fēng)力發(fā)電；太陽能發(fā)電；生物質(zhì)發(fā)電等。

分布式儲(chǔ)能技術(shù)一般包括：UPS電源；燃料電池；電力蓄熱、蓄冷和電動(dòng)汽車等。

分布式發(fā)電裝置并網(wǎng)后會(huì)給配電網(wǎng)帶來一系列積極的影響［9］。

1）提高供電可靠性。DER可以增加大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。含DER的微電網(wǎng)可以在大電網(wǎng)停電時(shí)維持全部或部分重要用戶的供電，減少大面積停電帶來的嚴(yán)重?fù)p失。

2）提高電網(wǎng)的防災(zāi)害水平。災(zāi)害期間，DER可維持部分重要負(fù)荷的供電，減少災(zāi)害損失。

3）DER啟停方便，調(diào)峰性能好，有利于平衡負(fù)荷。

4）DER投資小、見效快。發(fā)展DG可以減少、延緩對大型常規(guī)發(fā)電廠與輸配電系統(tǒng)的投資，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。

5）可以滿足特殊場合的用電需求。如用于大電網(wǎng)不易達(dá)到的偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電；在重要集會(huì)或慶典上，DER處于熱備用狀態(tài)可作為移動(dòng)應(yīng)急發(fā)電。

6）減少傳輸損耗。DER就近向用電設(shè)備供電，避免輸電網(wǎng)長距離送電的電能傳輸損耗。

與此同時(shí)，分布式電源的接入也對配電網(wǎng)的建設(shè)帶來的眾多的問題，技術(shù)問題包括：電壓調(diào)整問題、保護(hù)裝置的誤動(dòng)作、對短路電流水平的影響以及對配電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響［10］。管理問題包括：增加配電網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度的復(fù)雜性并且給配電網(wǎng)的檢修與維護(hù)帶來了影響。不僅如此，對配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與經(jīng)營也帶來了重大的影響［11］。

5 結(jié)論

本文對智能配電網(wǎng)（SDG）建設(shè)中的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了介紹和分析。首先介紹了智能配電網(wǎng)的概念和基本特征，簡要說明了建設(shè)智能配電網(wǎng)對智能電網(wǎng)的重要性；AMI是電網(wǎng)智能化的第一步，介紹了其概念、系統(tǒng)組成以及優(yōu)點(diǎn)，并指出現(xiàn)在發(fā)展中的不足；高級配電自動(dòng)化是配電網(wǎng)革命性的管理與控制方法，介紹了其概念、功能組成及特征；智能配電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的最大的區(qū)別就是分布式能源的接入，介紹了分布式能源的概念、優(yōu)點(diǎn)以及對智能配電網(wǎng)的影響。

智能配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)中的重要組成部分，其發(fā)展得到了很多專家和技術(shù)人員的重視，只有密切跟蹤和深入研究相關(guān)技術(shù)，結(jié)合我國發(fā)展實(shí)際，一步一個(gè)腳印的實(shí)踐，最終才能取得成功。

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