智能配電網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

焦欣欣

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 河南 南陽(yáng) 473000）

智能電網(wǎng)建立在集成、高速雙向通道的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感器和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、節(jié)能、高效運(yùn)行，滿(mǎn)足不同用電戶(hù)的需求。智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在整個(gè)電力系統(tǒng)中，與分散的用電戶(hù)直接相連接的110 kV以下電力系統(tǒng)都屬于配電環(huán)節(jié)。

1 智能配電網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀

中國(guó)的智能電網(wǎng)研究起步相對(duì)較晚，國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃分3個(gè)階段逐步推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)工作。第1階段(2009—2010年)，規(guī)劃試點(diǎn)階段；第2階段(2011—2015年)，全面建設(shè)階段；第3階段(2016—2020年)，引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2016年以來(lái)，中國(guó)智能電網(wǎng)進(jìn)入引領(lǐng)提升階段，在示范工程、電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施、新能源接納、居民智能用電等方面大力推進(jìn)。分布式能源實(shí)現(xiàn)即插即用，智能電表普及應(yīng)用，為相關(guān)的一次與二次設(shè)備制造商帶來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。

2 智能配電網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成

完整的智能配電網(wǎng)信息架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施體系由高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)、智能站控和配調(diào)技術(shù)、自愈控制技術(shù)、分布式發(fā)電、儲(chǔ)能與智能微網(wǎng)技術(shù)、用戶(hù)服務(wù)和需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)、智能配電網(wǎng)集成通信技術(shù)、智能配電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)和高級(jí)資產(chǎn)管理等技術(shù)構(gòu)建而成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力客戶(hù)、電力資產(chǎn)、電力運(yùn)營(yíng)的持續(xù)監(jiān)視，提高電網(wǎng)公司管理水平、工作效率、服務(wù)水平，保證電網(wǎng)的可靠性[1]。

3 智能電網(wǎng)與配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)系

通過(guò)配電網(wǎng)自動(dòng)化采集的智能電網(wǎng)信息，可延伸到用戶(hù)。

配電網(wǎng)自動(dòng)化和用電營(yíng)銷(xiāo)自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，直接面向最終用戶(hù)，改進(jìn)客戶(hù)服務(wù)。

智能電網(wǎng)最終體現(xiàn)在配電和用電營(yíng)銷(xiāo)方面，滲透到家用電器。

智能配電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)電力公司與電力客戶(hù)的互動(dòng)，用戶(hù)可利用各自的智能控制終端根據(jù)電網(wǎng)供電信息調(diào)整用電參數(shù)[1]。

4 智能開(kāi)關(guān)設(shè)備

智能變電站實(shí)現(xiàn)可觀測(cè)、可控制、可管理功能。智能開(kāi)關(guān)是智能配電網(wǎng)的核心設(shè)備，其技術(shù)功能將直接影響配電網(wǎng)的智能化水平和發(fā)展速度。

智能配電網(wǎng)的功能需求主要體現(xiàn)在通信、控制、檢測(cè)及評(píng)估方面，具體要求如下：

通信功能要求以標(biāo)準(zhǔn)化的方式，將信息以智能配電網(wǎng)設(shè)備識(shí)別的言語(yǔ)形式提供給所有設(shè)備；

控制功能要求更加優(yōu)良，包括自動(dòng)化程度、控制精確度、操控簡(jiǎn)便性、互動(dòng)性等；

狀態(tài)監(jiān)測(cè)及評(píng)估功能齊備權(quán)威，包括在線(xiàn)檢測(cè)、診斷專(zhuān)家?guī)?、設(shè)備服役期的延長(zhǎng)和維護(hù)的簡(jiǎn)化等。

4.1 智能配電網(wǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的要求

4.1.1 智能配電網(wǎng)的特征要求

智能電網(wǎng)具有分布式能源接入、微電網(wǎng)接入、交直流混合、電能質(zhì)量控制、系統(tǒng)平衡運(yùn)行、不間斷供電、資產(chǎn)管理等特征。

4.1.2 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的特征要求

在平衡運(yùn)行方面，具有提升提供實(shí)時(shí)信息（電壓、電流、功率、負(fù)載特性、開(kāi)關(guān)位置等）的能力和提升電能分配的控制能力。

在不間斷供電方面，能提升故障切除能力及支持供電快速恢復(fù)，提供設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及設(shè)備運(yùn)行能力的預(yù)判斷。

在資產(chǎn)管理方面，能延長(zhǎng)設(shè)備服役能力，降低設(shè)備服役成本。

4.1.3 對(duì)智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的信息需求

在智能調(diào)度方面，需要發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)的電量信息及發(fā)展趨勢(shì)信息。

在智能控制方面，需要設(shè)備現(xiàn)狀、承載能力變化、設(shè)備狀態(tài)變化等信息。

在智能運(yùn)營(yíng)與管理方面，需要多種真實(shí)、實(shí)時(shí)、相互關(guān)聯(lián)的信息。

4.1.4 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備對(duì)信息的需求

信息采集的目的。具有優(yōu)化控制功能、增加狀態(tài)評(píng)判功能、提供管理功能等基礎(chǔ)信息。

信息獲取方式。提供傳感器獲取底層設(shè)備基礎(chǔ)信息、狀態(tài)信息，操作和控制信息記錄，累計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)歷史信息。

信息關(guān)聯(lián)方式。采用統(tǒng)一模型描述多種信息關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用統(tǒng)一的傳輸方式保證信息共享的一致性和及時(shí)性。

4.1.5 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制功能要求

在操作可靠性方面，依靠設(shè)備而不依靠人，消除人為因素，即自動(dòng)化。

在操作精度方面，具有操作指令的檢驗(yàn)確認(rèn)、操作過(guò)程的監(jiān)控、操作結(jié)果的評(píng)定能力。

在操作簡(jiǎn)便性方面，能實(shí)現(xiàn)順序控制、多方式多人機(jī)界面操控等。

在優(yōu)化操作方面，具有選相位測(cè)定控制技術(shù)。

在智能操作方面，可以根據(jù)累計(jì)電燒蝕、風(fēng)機(jī)等指標(biāo)分析操控。

4.1.6 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備等資產(chǎn)管理的支撐要求

智能開(kāi)關(guān)設(shè)備在資產(chǎn)管理方面，其綜合性能符合降低購(gòu)置成本、運(yùn)行成本（狀態(tài)評(píng)估、故障預(yù)測(cè)）及運(yùn)行懲罰性成本的要求，符合安全可靠長(zhǎng)期運(yùn)行的目標(biāo)。

4.2 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)形式

智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備可以通過(guò)非一體化設(shè)計(jì)、多裝置構(gòu)成與開(kāi)關(guān)柜體組合，部分功能一體化設(shè)計(jì)與開(kāi)關(guān)柜體集成，功能、結(jié)構(gòu)全面一體化集成來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.3 智能配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的發(fā)展構(gòu)想

通信能力具有豐富的信息內(nèi)容、統(tǒng)一的邏輯模型、統(tǒng)一的傳輸方式。采用IEC61850規(guī)約方式，對(duì)實(shí)現(xiàn)方式兼容。

控制功能的多種實(shí)施方式，包括單柜程序化控制、整站程序化操作、斷路器首選相控制、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。

實(shí)施豐富的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，包括多種信息的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、專(zhuān)家系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制計(jì)算，即“選相關(guān)合”。計(jì)算要素為：電源電壓過(guò)零點(diǎn)關(guān)合時(shí)，電容器支路的合閘涌流最小，電容器上的電壓最小；電源電壓峰值處關(guān)合時(shí)，電抗器支路的合閘涌流最??；電源電壓過(guò)零點(diǎn)關(guān)合時(shí)，電感上的電壓最小，電壓幅值變化大于4倍。對(duì)于部分諧波支路，電源電壓峰值關(guān)合時(shí)，由于諧波電流的影響，關(guān)合涌流不是最大值。

5 中壓母線(xiàn)快速保護(hù)

6～20 kV中壓母線(xiàn)故障因素主要包括：絕緣老化和機(jī)械磨損，人為及操作錯(cuò)誤，設(shè)備安全距離與高壓要求相比有差距，出線(xiàn)多、操作頻繁、運(yùn)行電流大等導(dǎo)致的過(guò)電壓，嚙齒動(dòng)物危害，電壓互感器一次擊穿，高溫導(dǎo)致銅排、電纜燒毀，氣體急劇膨脹導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜爆炸，強(qiáng)烈震動(dòng)導(dǎo)致固定件松動(dòng)，高溫、強(qiáng)光等。

為保證變壓器及母線(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)快速性的要求，迫切需要配置中壓母線(xiàn)快速保護(hù)。

依靠變壓器后備過(guò)流保護(hù)，需要進(jìn)行整定配合，保護(hù)整定時(shí)間一般在1 s以上。不安全因素為：切除故障的時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備損傷程度大甚至燒毀。

采用電弧光保護(hù)方案，即由電弧光保護(hù)裝置構(gòu)成獨(dú)立母線(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)，采用“光+電”信號(hào)雙重判據(jù)，能實(shí)現(xiàn)多間隔（可多達(dá)240個(gè)）母線(xiàn)保護(hù)，適合于常規(guī)站和數(shù)字化站。

分布式母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)解決方案“基于IEC61850數(shù)字化過(guò)程層技術(shù)”，通過(guò)SMV模擬量以及GOOSE開(kāi)關(guān)量信號(hào)交互，實(shí)現(xiàn)完整的母線(xiàn)保護(hù)功能，適用于數(shù)字化變電站。

6 智能配電網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程

智能配電網(wǎng)發(fā)展主要分為2個(gè)步驟。

6.1 第1步的主要任務(wù)

智能配電網(wǎng)網(wǎng)架體系建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)模型與交換體系集成，通信體系與信息模型建立，智能設(shè)備、智能終端、智能電能表、智能傳感器研發(fā)，智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建立，智能配電網(wǎng)生產(chǎn)、管理、報(bào)修等子系統(tǒng)一體化、可視化平臺(tái)建立，故障報(bào)修95598接警分析，快速仿真、狀態(tài)估計(jì)、潮流分析，在線(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)分析，儲(chǔ)能技術(shù)分析。

6.2 第2步的主要任務(wù)

智能配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化重構(gòu)，智能配電網(wǎng)智能監(jiān)控及自愈控制可視化，智能配電調(diào)度，設(shè)備不停電檢修，智能自愈控制高級(jí)應(yīng)用，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)，電力技術(shù)定制，電動(dòng)汽車(chē)充電站規(guī)劃、調(diào)度，分布式電源和微電網(wǎng)即插即用、智能接入及運(yùn)行控制[1]。

7 配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

包括用戶(hù)在內(nèi)的配電智能化的發(fā)展空間非常廣闊，ZEpower電力監(jiān)控系統(tǒng)普遍應(yīng)用于電力系統(tǒng)、市政醫(yī)療、智能建筑、石油化工、冶金、輕工業(yè)、公共交通、水處理等領(lǐng)域，采用現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的各項(xiàng)分析和管理功能，提高配電系統(tǒng)管理的效率，實(shí)現(xiàn)事故預(yù)告和預(yù)控，保障配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，提高電能質(zhì)量，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)降低電能消耗的目標(biāo)，從而為用戶(hù)創(chuàng)造更多的價(jià)值，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。