智能配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究

岳超 張文松 李美玲 王正輝 祁秋民

摘要：在分析智能配電網(wǎng)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，闡述了智能配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)，有針對性地提出了規(guī)劃思路，總結(jié)了智能配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展的重要性。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);規(guī)劃;分布式發(fā)電;負荷預(yù)測

中圖分類號：TM711

配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用，與國民經(jīng)濟密切相關(guān)。隨著智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)要求也越來越高，對供電可靠性的要求也逐漸增加。[1]因此，需要全方位的發(fā)展智能配電網(wǎng)技術(shù)，運用科學(xué)的方法進行規(guī)劃，才能保證智能配電網(wǎng)為用戶提供高效、可靠的電力供應(yīng)。

1智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1分布式發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，主要采用太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式發(fā)電。太陽能發(fā)電以其清潔、可再生、分布廣泛的特點，在全國得以大力推廣，太陽能發(fā)電的應(yīng)用主要有光伏發(fā)電、光熱發(fā)電兩種。近幾年，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用也較為廣泛，中央企業(yè)投資大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場，風(fēng)力發(fā)電已進入穩(wěn)定發(fā)展階段。分布式發(fā)電技術(shù)和傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，以其環(huán)保的特點脫穎而出，符合我國綠色發(fā)展理念，不僅更好地推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步，更重要的是進一步推進了可持續(xù)發(fā)展理念。

1.2配網(wǎng)自動化技術(shù)

通過分析經(jīng)由智能檢測系統(tǒng)所傳輸?shù)碾娋W(wǎng)數(shù)據(jù)，在SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對配電網(wǎng)進行自動監(jiān)控、智能調(diào)度等管理，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的信息智能管理功能。配網(wǎng)自動化技術(shù)主要分為運行自動化技術(shù)和管理自動化技術(shù)。[2]

運行自動化技術(shù)主要通過信息采集監(jiān)控自動化實現(xiàn)調(diào)度人員對配電網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)、正常運行故障方式等進行監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)采集終端傳輸?shù)叫畔⒔K端，由調(diào)度人員進行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過故障隔離與修復(fù)自動化系統(tǒng)，根據(jù)收集的信息，判斷故障類型及故障點，從而做出跳閘操作，隔離故障區(qū)域，再通過重合閘操作實現(xiàn)對供電區(qū)的正常供電。另一方面，通過讀表自動化技術(shù)，分析用戶的用電數(shù)據(jù)，通過智能系統(tǒng)繪制用電曲線，從而對電力決策提供數(shù)據(jù)支撐，以便更好地為用戶提供服務(wù)。

管理自動化技術(shù)主要通過智能系統(tǒng)分析、制定設(shè)備及電網(wǎng)檢修計劃，提高電網(wǎng)的運行管理水平，并通過停電管理自動化、用電管理自動化系統(tǒng)，收集電網(wǎng)信息，通過后臺數(shù)據(jù)分析，制定電網(wǎng)停電檢修計劃等，在一定程度上減少了運行人員的工作量，并為科學(xué)的決策提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)電網(wǎng)的自動化管理。

1.3智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

智能配電網(wǎng)因其系統(tǒng)內(nèi)存在大量的數(shù)據(jù)，不同的用電行業(yè)、不同的用戶所能提供的數(shù)據(jù)也存在差異化，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)通過先進的數(shù)據(jù)挖掘及可視化技術(shù)，[3]將智能配電網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)進行分析、處理，建立完整的數(shù)據(jù)價值鏈，解讀數(shù)據(jù)中隱藏的相互關(guān)系，將不同的數(shù)據(jù)關(guān)系網(wǎng)進行交流和融合，最后，將數(shù)據(jù)價值鏈的分析結(jié)果還原為配電網(wǎng)自身，為決策者提供相應(yīng)的決策思路，通過挖掘配電網(wǎng)中具有價值的數(shù)據(jù)，用以提高電網(wǎng)自身管理水平，修正智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中存在的問題。

1.4微電網(wǎng)技術(shù)

微電網(wǎng)是由某一種或幾種微電源與電力負荷以某種拓撲結(jié)構(gòu)連接在一起所組成的電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)受到電網(wǎng)內(nèi)部電力電子器件所控制。這種微電網(wǎng)可以為負荷提供必要的電力供應(yīng)，并且可以通過內(nèi)部的電力電子器件靈活控制，實現(xiàn)了隨時隨地對負荷進行供電。相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，這種方式可以被視為一個單一可控供電單元，能夠滿足電力負荷對電能質(zhì)量的基本要求。微電網(wǎng)通過分布式電源和儲能系統(tǒng)聯(lián)合供電，一方面，當(dāng)分布式電源輸出功率不能滿足負荷需求時，可以由儲能系統(tǒng)放電為負荷正常供電，另一方面，當(dāng)分布式電源出力大于負荷需求時，儲能系統(tǒng)可以存儲多余的電能，有需求的時候再放電。而且，儲能系統(tǒng)還可以平滑分布式電源的出力，從而提高系統(tǒng)的可靠性，因此，微電網(wǎng)相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)更能靈活的進行供電。微電網(wǎng)的主要特征如下：

（1）微電網(wǎng)和傳統(tǒng)配電網(wǎng)類似，主要采用輻射狀的接線形式，系統(tǒng)中主要含有微電源、電力電子控制設(shè)備、儲能系統(tǒng)和負荷等，這些電力元件共同組成統(tǒng)一的微電網(wǎng)正常運行。

（2）大多數(shù)微電網(wǎng)規(guī)模、容量較小，呈現(xiàn)系統(tǒng)的微型化。在我國低壓配電網(wǎng)中，微電網(wǎng)的容量一般為兆瓦級以下，通常將微電網(wǎng)直接與電力負荷相連接，實現(xiàn)靈活就地供電。[4]

（3）微電網(wǎng)與主網(wǎng)通過公共連接點相連，可以實現(xiàn)功率的雙向流動。微電網(wǎng)可以平衡電能，通過微電源、儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，使系統(tǒng)內(nèi)的負荷優(yōu)先由微電源供電，當(dāng)電能不足時通過公共連接點由主網(wǎng)進行正常供電，實現(xiàn)了微電網(wǎng)由孤島到并網(wǎng)的穩(wěn)定運行。[5]

（4）微電網(wǎng)供電可靠性高，在主網(wǎng)發(fā)生故障后能夠迅速斷開公共連接點，轉(zhuǎn)換為孤島運行方式為負荷供電，當(dāng)故障解除主網(wǎng)恢復(fù)供電后又可以重新并網(wǎng)運行，保證了對電網(wǎng)中重要負荷的可靠供電，提高了供電可靠性。

1.5主動配電網(wǎng)

主動配電網(wǎng)被定義為：可以對分布式電源、柔性負載和儲能裝置等系統(tǒng)中可控能源進行自發(fā)控制的配電網(wǎng)，也可通過靈活的改變網(wǎng)絡(luò)拓撲可對配電網(wǎng)潮流進行管理，在適當(dāng)?shù)恼{(diào)控和接入標準基礎(chǔ)上接入配電網(wǎng)的分布式電源，起到一些系統(tǒng)支撐作用。[6]在主動配電網(wǎng)中，自動化、通信等技術(shù)以及優(yōu)化的控制策略被用于進行分布式電源、儲能和負荷的有效調(diào)控，保證配電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟運行。進一步地，主動配電網(wǎng)的“主動”之處可以理解為下述4個方面：（1）具有可控制的分布式能源（例如分布式電源、儲能、柔性負荷等）;（2）將分布式電源引入最優(yōu)調(diào)度，控制其發(fā)出的功率;（3）配電網(wǎng)故障時，非故障區(qū)域的重要負荷可由分布式電源供電;（4）部分分布式電源發(fā)電過剩時，不必降低出力運行，而是通過柔性負荷和網(wǎng)絡(luò)分層消耗多余的出力。

2智能配電網(wǎng)規(guī)劃要點

2.1智能配電網(wǎng)負荷預(yù)測

電力負荷按照其不同的用電情況可以分為以下八類：城鎮(zhèn)居民用電負荷，商業(yè)用電負荷，一般工業(yè)用電負荷，農(nóng)、林、漁、牧、水利用電。智能配電網(wǎng)負荷預(yù)測通過整理擬規(guī)劃地區(qū)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，分析該地區(qū)電力負荷發(fā)展特點及未來發(fā)展趨勢。主要步驟如下：

（1）確定負荷預(yù)測原則：收集相關(guān)電網(wǎng)資料，整理分析歷史負荷變化趨勢，確定擬規(guī)劃智能配電網(wǎng)負荷預(yù)測水平年及遠景年，分析不同的負荷預(yù)測方法的適用范圍，并確定最優(yōu)方案作為指導(dǎo)方法。

（2）整理資料：對收集的國民經(jīng)濟報告、電網(wǎng)歷史負荷數(shù)據(jù)等資料進行整理，剔除異常數(shù)據(jù)，審核整理出負荷預(yù)測所需的最優(yōu)數(shù)據(jù)，并進行修正和調(diào)整。

（3）建立模型：以選擇的負荷預(yù)測方法為指導(dǎo)，在概括整理資料的基礎(chǔ)上，對預(yù)測方法進行數(shù)學(xué)建模，同時根據(jù)規(guī)劃地區(qū)的實際情況修正數(shù)學(xué)模型。

（4）進行負荷預(yù)測：在相關(guān)計算軟件中搭建數(shù)學(xué)模型，以確定的原則為基礎(chǔ)，輸入歷史數(shù)據(jù)進行計算，得出初步預(yù)測值，并根據(jù)地區(qū)實際情況與擬規(guī)劃的智能配電網(wǎng)的影響因素，重復(fù)修正預(yù)測值，得出最終預(yù)測結(jié)果。

2.2智能配電網(wǎng)可靠性評估

智能配電網(wǎng)可靠性評估主要有解析法、模擬法及Monte-Carlo模擬法。解析法主要用于評估簡單的智能配電系統(tǒng)，是將系統(tǒng)中的所有元件設(shè)為理想元件，并且將其故障停運狀態(tài)理想化，根據(jù)系統(tǒng)和元件之間不同的邏輯關(guān)系，對不同元件建立不同的數(shù)學(xué)模型，通過迭代計算求解此模型，計算系統(tǒng)的可靠性指標。解析法主要有故障模式后果分析法、網(wǎng)絡(luò)等值法、故障遍歷搜索法等。解析法精度較高，數(shù)學(xué)模型邏輯表達清晰，但是如果網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，元件數(shù)目較多時，由于輸入數(shù)學(xué)模型中的數(shù)據(jù)也相應(yīng)增多，計算量也會不斷增加，因此只能考慮有限數(shù)量的負荷。

當(dāng)電力系統(tǒng)由復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組成，并且系統(tǒng)中含有多個分支時，無法建立合適的數(shù)學(xué)模型進行分析。因此需要采用模擬法來分析可靠性。這種方法利用計算機生成隨機數(shù)，根據(jù)準確的概率模型反復(fù)迭代，進行隨機模擬試驗，計算系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)中的各個元件的故障率、修復(fù)時間等已知，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，含有較多分支并難以建立準確的評估模型時，可以采用Monte-Carlo抽樣法，Monte-Carlo模擬法又被稱為隨機抽樣法。這個方法需要根據(jù)準確的概率模型進行反復(fù)的模擬，然后通過統(tǒng)計抽樣試驗計算所求數(shù)據(jù)，最后根據(jù)樣本結(jié)果收斂條件判斷是否收斂，得出所求數(shù)據(jù)的近似解。Monte-Carlo模擬法應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)中，可以相對容易的模擬出系統(tǒng)在發(fā)生故障前運行條件，發(fā)生故障后的停運狀態(tài)，Monte-Carlo模擬法和解析法的不同之處在于，它不受電力系統(tǒng)的規(guī)模制約，在電力系統(tǒng)規(guī)模較大時也能夠相對容易的分析其可靠性，因此該方法適合于評估大型且較為復(fù)雜的電力系統(tǒng)。

2.3智能配電網(wǎng)經(jīng)濟性評價

經(jīng)濟型評價作為衡量項目規(guī)劃是否合理的重要方面，在智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程中起到重要作用。通過對智能配電網(wǎng)的綜合效益進行定量分析，比較各類規(guī)劃方案的評價數(shù)據(jù)，確定最優(yōu)方案，為配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展提供科學(xué)的決策。在經(jīng)濟型評價體系中，主要通過初始投資費用、系統(tǒng)年運行維護費用、總費用現(xiàn)值、年停電損失費用、單位負荷年費用、收益成本等指標來衡量智能配電網(wǎng)的經(jīng)濟型。在具體的評價階段，以傳統(tǒng)最小費用評價法、收益成本評價方法、收益增量成本增量評價方法、利潤驅(qū)動評價方法等對智能配電網(wǎng)進行綜合評價，為智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供指導(dǎo)。

3結(jié)語

配電網(wǎng)作為電網(wǎng)企業(yè)與用戶之間溝通的橋梁，直接影響著用戶的用電體驗和電網(wǎng)的供電可靠性。隨著人民生活水平的提高和經(jīng)濟的發(fā)展，用戶對電網(wǎng)的要求也越來越高。通過科學(xué)的方法規(guī)劃智能配電網(wǎng)，才能保證配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電可靠性，提高未來智能配電網(wǎng)的智能化程度，保證電網(wǎng)安全有序的發(fā)展。

參考文獻：

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