配電網(wǎng)技術的發(fā)展及未來展望

● 國網(wǎng)長沙供電公司 丁 俊

1 配電網(wǎng)概述

配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，并通過配電設施就地或者逐級配送給各類用戶的電力網(wǎng)絡，一般分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)。通常所指的配電網(wǎng)為中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)，即從 “變電站10（6）千伏開關柜出線端子”到“與客戶分界點”。但也有個例存在，如有些發(fā)達地區(qū)110千伏線路也用于配電網(wǎng)，而有些縣域的35千伏線路也用于主網(wǎng)，因此配電網(wǎng)的電壓等級主要取決于各個城市電網(wǎng)規(guī)模或者城市用電量。

配電網(wǎng)主要由相關電壓等級的架空線路、電纜線路、變電站、開關站、配電室、箱式變電站、柱上變壓器、環(huán)網(wǎng)單元等組成。根據(jù)不久前相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，國家電網(wǎng)公司擁有配電線路共計約360萬千米，配電變壓器共計約420萬臺，配電開關365萬臺。

2 配電網(wǎng)現(xiàn)有基本網(wǎng)架結構及特點

2.1 10千伏配電網(wǎng)網(wǎng)架結構現(xiàn)狀

無論哪個電壓等級的電力網(wǎng)絡，網(wǎng)架都是其根本所在。因此優(yōu)化網(wǎng)架結構，是提升現(xiàn)有配電網(wǎng)運行水平的基礎。就配電網(wǎng)目前的現(xiàn)狀而言，架空線路整體以多聯(lián)絡或輻射式網(wǎng)架居多，其中城網(wǎng)以多聯(lián)絡結構為主，農(nóng)網(wǎng)以輻射式結構為主；電纜線路整體以單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架為主，其中城網(wǎng)以單環(huán)網(wǎng)結構為主，農(nóng)網(wǎng)以單環(huán)網(wǎng)、雙射式結構為主。

2.2 存在的主要問題

A+、A類供電區(qū)雙側電源的電纜環(huán)網(wǎng)結構尚未完全形成，部分區(qū)域不滿足N-1要求，變電站全停時負荷無法站間全部轉供。

B、C類供電區(qū)轉供能力還需提高，部分架空網(wǎng)架結構不清晰，分段及聯(lián)絡點設置不合理，導線截面不匹配。

D、E類供電區(qū)供電半徑長，分段數(shù)少。

2.3 主要解決思路

（1）加強整體規(guī)劃。原有配電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一而長遠的網(wǎng)架和接線規(guī)劃，如哪塊區(qū)域的配電變壓器過載了，就在哪新上配電變壓器；哪里的配電線路供電“卡脖子”了，就在哪里撥接線路，等等，“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的現(xiàn)象仍然比較常見。目前我國主網(wǎng)網(wǎng)架發(fā)展水平處于世界領先位置，一個重要原因就在于其整體規(guī)劃相對比較長遠。

（2）開展差異化建設。依據(jù)《配電網(wǎng)技術導則》等標準中網(wǎng)架結構的建設目標，在電源點充足的供電區(qū)域，采取多分段、適度聯(lián)絡的方式；在電源點有限的供電區(qū)域，采取多分段、單聯(lián)絡方式；單一電源點的供電區(qū)域，采取多分段、單輻射方式。通過配電網(wǎng)差異化建設，因地制宜提升配電網(wǎng)的運行水平。

（3）適當借鑒國外設計理念。如蘇州工業(yè)園區(qū)借鑒新加坡“花瓣型”配電網(wǎng)接線方式，供電可靠率進一步提高到99.9995%以上，達到或趕超新加坡、東京等世界先進城市配電網(wǎng)水平。當然，并不是國外城市配電網(wǎng)規(guī)劃設計就一定完美，但是有些理念和思路值得學習，如法國的啞鈴式接線、英國的網(wǎng)孔式接線等。

3 配電網(wǎng)現(xiàn)有關鍵技術及應用情況

3.1 帶電作業(yè)技術

隨著現(xiàn)代帶電作業(yè)技術的蓬勃發(fā)展，帶電作業(yè)已成為提高配電網(wǎng)供電可靠性的重要抓手。目前配電網(wǎng)帶電作業(yè)已推廣絕緣手套作業(yè)法、絕緣桿作業(yè)法和綜合不停電作業(yè)法等3種方法，針對普通消缺、裝拆附件、裝拆引線、更換避雷器等四大類33項內(nèi)容開展了帶電作業(yè)。2012年11月，國網(wǎng)長沙供電公司組織開展首次電纜旁路作業(yè)，進一步推動了配電網(wǎng)帶電作業(yè)發(fā)展。目前檢修造成的停電還占停電原因的40%左右，推廣應用帶電作業(yè)可以有效減少停電時間、提高供電可靠性，同時還需結合先進技術進一步研發(fā)安全、便捷、高效的作業(yè)工具。

3.2 小電阻接地技術

我國原有的配電網(wǎng)中性點主要采用消弧線圈接地方式，師承前蘇聯(lián)經(jīng)驗與標準，在單相接地故障發(fā)生時允許帶故障運行2小時。該接地方式在原來經(jīng)濟技術條件下發(fā)揮了重大作用，但當前存在4個主要不足之處：電力電纜在城市大量應用，消弧線圈需不斷增容；部分選線裝置準確率低，效果不佳；系統(tǒng)長時間帶故障運行，對線路絕緣薄弱環(huán)節(jié)造成很大危害，容易引發(fā)相間短路；永久性接地故障處置需進行拉路探索，造成同一10千伏母線非故障線路受累停電。

隨著現(xiàn)代配電網(wǎng)技術發(fā)展，用戶對供電可靠性的需求，不在于能否帶接地故障運行一段時間來滿足，而是依靠電網(wǎng)結構的完善和調(diào)度控制措施來保障，于是10千伏小電阻接地技術應用而生。配電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地改造后，具有以下優(yōu)勢：容易檢出單相接地故障線路，準確率高；迅速切除單相接地故障，避免過電壓導致事故擴大；避免非故障線路受累停電。當然，由于小電阻接地技術對保護配置要求較高，且對接地線路直接跳閘停電，一般適應于電纜化率超過70%且網(wǎng)絡較完善的供電區(qū)域。

3.3 配電網(wǎng)核相及不停電轉供負荷技術

配網(wǎng)不停電合環(huán)轉供負荷技術開展得比較早，2001年5月長沙配網(wǎng)用負荷開關進行10千伏核相及不停電轉供操作，開創(chuàng)了湖南配電網(wǎng)首次不停電轉供負荷的歷史，也是國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)較早開展配網(wǎng)不停電轉供操作的單位之一。近幾年來，長沙在該項技術的應用上開創(chuàng)了新的發(fā)展方向。隨著城市化進程不斷加快，配電網(wǎng)電纜化率程度越來越高，電纜線路的聯(lián)絡開關——環(huán)網(wǎng)柜，采用“全絕緣、全密封”結構，原有技術無法一次核相，即使潮流計算、保護校核滿足合環(huán)操作的要求，也只能停電調(diào)電操作。

為此，國網(wǎng)長沙供電公司經(jīng)過不斷探索和研究，開發(fā)了基于“黑箱”模型的環(huán)網(wǎng)柜二次核相及不停電轉供負荷技術，從根本上解決了環(huán)網(wǎng)柜核相位置問題和環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部一、二次接線判斷問題，從而實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)柜互聯(lián)線路不停電轉供負荷。以長沙為例，該技術平均每年將避免配電線路短時停電1400次，減少電量損失300萬千瓦時，節(jié)約調(diào)度與運檢、營銷、用戶等單位之間協(xié)調(diào)時間2000余小時，大大降低一線人員負擔，提高供電可靠性指標，有效避免優(yōu)質(zhì)服務事件和由此帶來的經(jīng)濟法律糾紛。

3.4 配電自動化技術

配電自動化對提高城市配電網(wǎng)供電可靠性具有投資少、見效快等顯著優(yōu)勢。2012年1月長沙麓谷配電自動化試點項目通過國網(wǎng)公司工程驗收，標志著湖南省第一家配電自動化建設取得階段性成功，為提升配網(wǎng)專業(yè)管理水平提供了堅實的技術基礎。根據(jù)相關統(tǒng)計，在國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，配電自動化建成單位平均倒閘操作時間，由投運前的26.9分鐘，下降至3.9分鐘，降幅85.5%；非故障區(qū)域平均故障恢復供電時間，由投運前50.8分鐘，下降至10.9分鐘，降幅78.5%。

隨著新一代配電主站、一二次設備融合、即插即用終端等技術應用，將全面提升配電網(wǎng)網(wǎng)絡與設備運行狀態(tài)的主動感知和決策控制能力，全面服務于調(diào)度、運維、規(guī)劃、建設、營銷、搶修等各個專業(yè)，有效支撐配電網(wǎng)精益化管理水平提高。

4 配電網(wǎng)未來技術展望

未來的智能配電網(wǎng)網(wǎng)架將在現(xiàn)有網(wǎng)架優(yōu)化目標的基礎上，進一步綜合考慮分布式電源接入、移動儲能、故障自愈、虛擬電廠等多種因素。這些現(xiàn)有的或者未來即將發(fā)展的關鍵技術，將極大促進配電網(wǎng)的發(fā)展。

4.1 移動儲能技術

隨著分布式電源接入比例提高、電動汽車擁有量的大量增加，原本就復雜的配電網(wǎng)綜合負荷特性的復雜程度大為增加，帶來配電網(wǎng)的負荷峰谷差增大、電壓質(zhì)量惡化、供電可靠性降低和分布式電源消納困難等系列問題。為此，國網(wǎng)長沙供電公司提出《面向配電網(wǎng)多應用場景的MW級電池儲能系統(tǒng)調(diào)度策略研究》課題，將重點研究在配電網(wǎng)中如何實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度與運行控制，為儲能技術的工程化應用決策提供參考，該課題已納入國網(wǎng)湖南省電力有限公司2016年科技項目庫。

通過該項新技術研發(fā)，國網(wǎng)長沙供電公司將力爭在以下功能應用方面取得突破：（1）利用電池儲能系統(tǒng)，通過負荷高峰放電、低谷充電，減小配電網(wǎng)峰谷差，提高現(xiàn)有配電網(wǎng)設備利用率和電網(wǎng)運行效率；（2）通過發(fā)出和吸收無功功率，改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量；（3）通過其快速精確的功率跟蹤能力，平抑分布式電源出力波動；（4）通過快速精確提供有功、無功支撐，在發(fā)電廠、分布式電源或者特高壓突然退出運行時輔助電網(wǎng)緊急控制（緊急情況下的調(diào)頻、調(diào)壓），有效應對電網(wǎng)故障的發(fā)生；（5）通過充當起始電源，在供電恢復過程中輔助電網(wǎng)黑啟動。未來分布式電池儲能系統(tǒng)的規(guī)模應用還將有效延緩和減少電源與電網(wǎng)建設，提高電網(wǎng)的整體資產(chǎn)利用率。

4.2 配電網(wǎng)精準切負荷技術

2017年5月24 日，央視新聞聯(lián)播報道我國最大規(guī)模的虛擬電廠在江蘇投入運行。那么虛擬電廠難道是實際上不存在的電廠嗎，事實并非如此。實際上，本次新聞聯(lián)播所指的“虛擬電廠”，正式的提法應為配網(wǎng)精準切負荷控制技術。

眾所周知，電力系統(tǒng)是瞬時平衡的。就像一個天平，一端連接用戶，一端連接電廠，其平衡的支架就是電網(wǎng)。一旦平衡打破，電網(wǎng)將發(fā)生大面積停電，甚至系統(tǒng)瓦解。由于用戶用電是不斷變化的，要保持平衡，以往只能通過調(diào)節(jié)電廠發(fā)電量。而這套“源網(wǎng)荷系統(tǒng)”，是通過智能化技術，在實現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時，也能調(diào)控用戶用電，讓兩邊都在不停適應變化使“天平”達到瞬時平衡。

通過這套系統(tǒng)，控制線路不僅是一根主線連接到用戶，而是延伸到用戶每個用電設備，使得大量分散不可控的用電設備，轉化為毫秒級的可控資源。該系統(tǒng)可以把一個企業(yè)的用電設備，細化分為生產(chǎn)用電、辦公用電和生活用電，甚至是對照明、空調(diào)等都可以實時控制。一旦電力供應出現(xiàn)問題，可以做到對每一家企事業(yè)單位的生產(chǎn)、辦公等用電不停，而部分照明中斷、空調(diào)調(diào)高溫度。換而言之，這些電力可以隨時讓出來供給其他設備使用，相當于新增了一座“虛擬發(fā)電廠”，而不是采取以往的“一刀切”模式，對某配電線路全線拉停。

除了應對事故停電，精準切負荷控制技術在配電網(wǎng)日常運行中將發(fā)揮重要作用，通過需求側響應和主動配電系統(tǒng)互動，實現(xiàn)消峰填谷和智慧用電。目前江蘇省已在1370家企業(yè)用戶試點推廣這套系統(tǒng)，可以隨時停電、不影響企業(yè)正常生產(chǎn)生活的用電容量達到了376萬千瓦。據(jù)了解，這套系統(tǒng)將開始在全國推廣，預計到2020年，全國規(guī)?？蛇_到1億千瓦。當然，涉及到一系列配套政策，尤其是激勵措施的完善，如分時電價、可中斷負荷補貼等。

4.3 主動配電網(wǎng)技術

隨著電力電子及控制技術的發(fā)展，配電網(wǎng)逐步由自動化向智能化演進，主動配電網(wǎng)的概念應運而生。主動配電網(wǎng)，即分布式電源高度滲透、功率雙向流動的配電網(wǎng)絡。主動配電網(wǎng)有4個特征：具備一定分布式可控資源；具有較為完善的可觀可控水平；具有實現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的管控中心；是可靈活調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡拓撲結構。

主動配電網(wǎng)可以對有可能出現(xiàn)的危險進行預判，并制定相應的應對策略，通過控制中心有效執(zhí)行，而不是像配電自動化系統(tǒng)只能在故障發(fā)生后才被動地采取措施。如某區(qū)域遭遇暴雨時，對于歷史雷擊故障較多的線路，可以通過控制中心對負荷潮流進行控制或者網(wǎng)絡重組，使其繞過這些線路，從而避免或盡量減少停電損失。

主動配電網(wǎng)通過自動采集到的信號，進行數(shù)據(jù)分析掌握相關信息，為用戶提供最優(yōu)方案。供電企業(yè)根據(jù)網(wǎng)絡和負荷情況，提醒用戶在合適的時機選擇用電等。用戶可以隨時查詢到實時的電價，查詢到周邊分布式電源售電情況，自主調(diào)整用電行為，節(jié)省電費支出。通過以上模式，從而實現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的電力資源最優(yōu)分配等。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源與主動配電網(wǎng)的深度融合，未來配電網(wǎng)將從傳統(tǒng)的供方主導、單向供電、基本依賴人工管理的運營模式向用戶參與、潮流雙向流動、高度自動化的方向轉變，將產(chǎn)生越來越明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。