智能電網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)在城市電網(wǎng)的應(yīng)用

朱敏彥，袁宸胤

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司 南通供電公司，江蘇 南通 226000；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 智能電網(wǎng)的發(fā)展情況

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)智能電網(wǎng)作了許多探討。目前，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者都在致力于智能電網(wǎng)的建設(shè)。隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)將朝著智能、可靠、穩(wěn)定、安全、高效、方便、環(huán)保的方向發(fā)展。在智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)形成了1個(gè)大型的研究組織，其主要從事電力生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售等方面的工作。許多國(guó)外的電力公司都在加速開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)，將技術(shù)與企業(yè)的實(shí)際運(yùn)作相結(jié)合，從而合理、高效地應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。中國(guó)是1個(gè)剛剛起步的國(guó)家，正在積極進(jìn)行特高壓網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和改造。智能電網(wǎng)監(jiān)控裝置中的電能收集技術(shù)主要有電流互感器和電壓互感器，而目前市場(chǎng)上使用最多的則是電力變壓器。由于電磁變壓器式的取能方式存在著鐵心飽和等問(wèn)題，容易發(fā)生爆炸，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。而電流互感器主要是利用一次側(cè)對(duì)高壓母線的電壓進(jìn)行二次側(cè)的輸出，但在電壓波動(dòng)幅度為幾千安培的情況下，該方法無(wú)法穩(wěn)定工作，盡管電壓過(guò)高時(shí)可以采用穩(wěn)壓技術(shù)，但當(dāng)母線電壓值低于幾伏特時(shí)，其輸出功率將會(huì)降低，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的影響。還有一些使用蓄電池供電，但是電池壽命較短，維修時(shí)間較長(zhǎng)。配網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控是保證配網(wǎng)安全可靠的重要組成部分，一種性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活在線的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)將直接影響到智能電網(wǎng)的發(fā)展。智能電網(wǎng)的發(fā)展如圖1所示[1]。

圖1 智能電網(wǎng)的發(fā)展

2 智能電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的作用及主要性能

2.1 智能電網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的作用

（1）科學(xué)配電。員工們依托于電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的智能電網(wǎng)技術(shù)可以準(zhǔn)確了解每個(gè)用戶的用電量信息，并根據(jù)用戶的需求制定出合理的方案，從而使整個(gè)電網(wǎng)的分配更加合理。

（2）利用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。智能電網(wǎng)技術(shù)能夠更好地監(jiān)測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)，掌握設(shè)備運(yùn)行、線路傳輸?shù)确矫娴男畔?，以便?duì)出現(xiàn)的各種故障保持警覺(jué)，便于采取相應(yīng)的防范措施，提高電網(wǎng)的安全性。

2.2 電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的智能電網(wǎng)技術(shù)的主要性能

在實(shí)際電網(wǎng)基礎(chǔ)上，將信息傳輸、自動(dòng)化、電力工程、網(wǎng)絡(luò)以及通信等技術(shù)有機(jī)融合在一起的技術(shù)稱為智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)與實(shí)體電網(wǎng)高度一體化，實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和控制，智能電網(wǎng)具有一定的柔性[2]。

（1）較高的靈活性。智能電網(wǎng)的智能化程度越高，就越能保證電網(wǎng)在突發(fā)事件時(shí)保持負(fù)荷的穩(wěn)定，而不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成任何影響。智能電網(wǎng)具有高度的適應(yīng)性和協(xié)同工作的特性。即便是在極端的情況下，智能電網(wǎng)也能保證工作的穩(wěn)定和安全。同時(shí)，智能電網(wǎng)可以進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)收集，從而提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率。

（2）較強(qiáng)的自動(dòng)恢復(fù)能力。在沒(méi)有人工管理的情況下，電網(wǎng)需要達(dá)到高度的智能，這樣相關(guān)的設(shè)備才能在突發(fā)事件中自行處理，保證后續(xù)工作的順利進(jìn)行。智能電網(wǎng)可以隨時(shí)隨地進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置等。

（3）良好的兼容性。該電網(wǎng)系統(tǒng)具有很好的運(yùn)行兼容性，可以廣泛應(yīng)用于多種平臺(tái)。將智能電網(wǎng)技術(shù)引入電網(wǎng)，將有助于開(kāi)拓新的領(lǐng)域，并使其具有更多的實(shí)用功能。

（4）較高的完整系數(shù)和穩(wěn)定性能。電力系統(tǒng)的可靠性取決于它的完整系數(shù)和穩(wěn)定性的規(guī)范化。在智能電網(wǎng)中，各個(gè)層次的設(shè)備都可以被連接在一起，它們之間的聯(lián)系非常緊密，可以防止一些突發(fā)事件發(fā)生[3]。

（5）使電能資源得到優(yōu)化配置。目前，風(fēng)力、太陽(yáng)能這樣的清潔能源已經(jīng)成為了各行各業(yè)的最愛(ài)。大部分的能量都會(huì)被轉(zhuǎn)換成更容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)碾娏?。為解決能源緊缺問(wèn)題，我國(guó)正在逐步建立智能化電網(wǎng)，電力的發(fā)展與傳輸裝置也在不斷改進(jìn)，再加上潔凈能源的研究與應(yīng)用，將會(huì)對(duì)目前的能源體制進(jìn)行重大的變革。另外，通過(guò)這種方式可以有效地解決我國(guó)能源區(qū)域分配失衡的問(wèn)題，降低能耗，提高資源利用效率。

（6）較高的自動(dòng)化程度。智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了橫向一體化與縱向一體化的高效、可靠聯(lián)合。目前，在線分析、報(bào)警以及一定程度上的決策功能都可以由智能電網(wǎng)來(lái)完成。

（7）改善互動(dòng)能力。通過(guò)智能電網(wǎng)，用戶可以與電網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)交互，使電網(wǎng)能夠及時(shí)了解用戶的需求，為用戶提供最佳的供電服務(wù)。另外，智能電網(wǎng)可以有效了解不同的用電狀況，降低或規(guī)避用電高峰，改善用戶體驗(yàn)。

3 智能電網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)在城市電網(wǎng)的應(yīng)用

（1）電子關(guān)鍵技術(shù)。盡管電子技術(shù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步，但它的重要性卻毋庸置疑。電能的關(guān)鍵在于用功率電子元件進(jìn)行控制和變換，可以很容易地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（2）通信的關(guān)鍵性技術(shù)?？刂漆尫偶夹g(shù)和通信技術(shù)是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證。從現(xiàn)在起，通信技術(shù)正在發(fā)生變化，無(wú)論是在處理量還是處理速度上，都得到了極大的提高。

（3）關(guān)鍵技術(shù)的控制。核心控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電路智能化的核心，同時(shí)是對(duì)各種突發(fā)事件進(jìn)行快速的檢測(cè)和應(yīng)急處置的有效保障。此外，這也是1項(xiàng)能夠解決電力管理中問(wèn)題與困擾的新技術(shù)。未來(lái)，可能會(huì)出現(xiàn)1個(gè)以該功能為先決條件的專家系統(tǒng)，以保證其運(yùn)作必須經(jīng)過(guò)專家系統(tǒng)的確認(rèn)，使其能夠正常、有序的運(yùn)作。

（4）關(guān)鍵的傳感器。在智能電網(wǎng)中，傳感器技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。而且，隨著科技的發(fā)展，許多新的傳感器技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并被廣泛使用。作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，能夠更好地監(jiān)測(cè)線路的危險(xiǎn)狀況，防止火災(zāi)。

4 構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策系統(tǒng)

4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

首先，智能監(jiān)控與事故處理決策系統(tǒng)必須根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)出來(lái)的信息，篩選出最可靠、最重要的數(shù)據(jù)信息。其次，電網(wǎng)調(diào)度人員可以通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，從而對(duì)電網(wǎng)整體性作出有效的判斷。最后，調(diào)度智能化監(jiān)控，可以為電網(wǎng)的事故處理提供輔助性的分析和決策，有助于電網(wǎng)調(diào)度人員更好地處理電力事故[4]。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)電網(wǎng)事故，提供決策參考，幫助電力調(diào)度人員及時(shí)處理故障。電力調(diào)度人員根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，分析電網(wǎng)存在的問(wèn)題，并及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式。該系統(tǒng)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理分析，篩選出準(zhǔn)確、關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息，為電網(wǎng)調(diào)度人員提供有效的參考。

通過(guò)電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)集成技術(shù)，將電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的繼電保護(hù)、電力監(jiān)控、電力調(diào)度等各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息集成在一起。通過(guò)數(shù)據(jù)濾波處理，去除電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)效、無(wú)用數(shù)據(jù)信息，獲得相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，智能事故決策系統(tǒng)可以智能化管理異常故障，并及時(shí)恢復(fù)故障線路，確保電網(wǎng)的有序運(yùn)行。

電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策系統(tǒng)通過(guò)通信系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)服務(wù)器，并采用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）與電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控裝置、電力調(diào)度系統(tǒng)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)庫(kù)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的監(jiān)控。系統(tǒng)軟件主要是負(fù)責(zé)對(duì)硬件的控制，并自動(dòng)化采集、記錄、分析電網(wǎng)電力設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

4.3 電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策平臺(tái)

電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策平臺(tái)包括智能監(jiān)控模塊、信息組織模塊、集成模塊、事故處理輔助決策模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)模塊等多個(gè)模塊。智能監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行監(jiān)控；集成模塊將智能電網(wǎng)的各個(gè)系統(tǒng)集成在一起，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)的運(yùn)行要求；事故處理輔助模塊的主要功能是根據(jù)收集的異常數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，從而為事故處理決策提供幫助；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息[5]。

4.4 建設(shè)科學(xué)的智能電網(wǎng)信息化平臺(tái)

在智能電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)中，必須要有1個(gè)智能化的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)，在全國(guó)范圍內(nèi)建立1個(gè)完善的智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)，同時(shí)要積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)，在綜合協(xié)調(diào)、科學(xué)優(yōu)化的基礎(chǔ)上對(duì)智能電網(wǎng)信息平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)。在城市變電站、網(wǎng)點(diǎn)等的建設(shè)中，引入智能化的信息平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)，科學(xué)地改造現(xiàn)有的智能電網(wǎng)。建立智能電網(wǎng)信息平臺(tái)，能夠更好地收集各類電力信息，并對(duì)其進(jìn)行綜合優(yōu)化，為城市電網(wǎng)的規(guī)劃、科學(xué)建設(shè)創(chuàng)造良好的環(huán)境。智能電網(wǎng)信息化平臺(tái)的建立要求全面整合各大變電站及各類網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)具體區(qū)域內(nèi)的電力信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

4.5 對(duì)新建城區(qū)進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃

經(jīng)過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在高峰時(shí)段電力供應(yīng)短缺的城市大部分都是新開(kāi)發(fā)的城區(qū)，并且缺少對(duì)電網(wǎng)的科學(xué)規(guī)劃與建設(shè)。為了有效解決這些問(wèn)題，我國(guó)各地都應(yīng)加強(qiáng)對(duì)市區(qū)的管理，建立科學(xué)、精確的定位觀念。根據(jù)城市的基本數(shù)據(jù)對(duì)各功能分區(qū)進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)變電站、相應(yīng)地質(zhì)等進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估與分析，并根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)際情況，確定各變電站的供電接入點(diǎn)和輸電通道。

4.6 優(yōu)化地理信息系統(tǒng)設(shè)備

當(dāng)前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在城市電網(wǎng)的建設(shè)、規(guī)劃中都引入了地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），GIS在城市電網(wǎng)規(guī)劃和改造中的應(yīng)用必不可少。由于電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，線路設(shè)備種類繁多，負(fù)荷量大，采用常規(guī)的人力資源管理方式難以適應(yīng)電網(wǎng)的規(guī)劃需要。因此，在進(jìn)行城市電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，必須要有1個(gè)科學(xué)的GIS采集系統(tǒng)。例如，SFP-GIS是1種能夠采集、查詢、存儲(chǔ)、分析各類電力數(shù)據(jù)的通用GIS。為了提高電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)水平，需要通過(guò)建立1個(gè)科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）、電力市場(chǎng)營(yíng)銷系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS），以達(dá)到信息共享的目的。

4.7 實(shí)現(xiàn)城市配電網(wǎng)的自動(dòng)化

將以某城市的電力企業(yè)配電網(wǎng)為例，該城市已經(jīng)完成了針對(duì)東西配電網(wǎng)的自動(dòng)化改造試點(diǎn)工程，并且還通過(guò)了國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)驗(yàn)收。但是，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，目前遼寧省大連市、上海市等中型城市都已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施自動(dòng)配電系統(tǒng)的試驗(yàn)。而且根據(jù)智能配電網(wǎng)要求可以看出，在城市電網(wǎng)規(guī)劃和改造時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：要想確保城市電網(wǎng)運(yùn)行具有可靠性、安全性，就需要根據(jù)當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀及其他要求，科學(xué)合理編制城市配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展規(guī)劃，并且還需要遵循“因地制宜、分區(qū)分層管理”原則[6]。

5 結(jié) 論

綜上所述，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市電網(wǎng)的建設(shè)必須與智能電網(wǎng)的特點(diǎn)相結(jié)合。在智能電網(wǎng)環(huán)境下，城市電網(wǎng)規(guī)劃工作的復(fù)雜性、不確定性、非線性、多目標(biāo)等問(wèn)題日益凸顯。需要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)，提高城市智能化網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。建設(shè)科學(xué)的電網(wǎng)信息化平臺(tái)，加強(qiáng)對(duì)新建城市的科學(xué)規(guī)劃，并引入GIS技術(shù)。