基于智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

邵 郁，張 令

（國網(wǎng)六安供電公司，安徽 六安 237000）

1 智能配電網(wǎng)

1.1 智能配電網(wǎng)的概念

智能配電網(wǎng)指在傳統(tǒng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用各類先進的技術(shù)使電網(wǎng)能夠自動化、智能化運作，實現(xiàn)穩(wěn)定、堅強、經(jīng)濟、安全以及環(huán)保的電力供應和其他附加服務。智能配電網(wǎng)不是在傳統(tǒng)配電網(wǎng)進行改進，而是讓電網(wǎng)系統(tǒng)從以人為主的控制，轉(zhuǎn)向以智能為主結(jié)合人工控制的改變。

1.2 智能配電網(wǎng)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，更多是將發(fā)電廠的電力輸送到遠端的用戶中，這種傳輸方式不夠經(jīng)濟環(huán)保，分配也不夠合理，導致城市經(jīng)常會出現(xiàn)一部分區(qū)域停電、另一部分區(qū)域電力過剩的情況。智能配電網(wǎng)的優(yōu)勢則在于智能化，具體包括以下幾點。

1.2.1 電能利用高效

智能配電網(wǎng)優(yōu)化資源的利用模式，從傳統(tǒng)的電力傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛秒娰|(zhì)量的在線監(jiān)測和補償。配電網(wǎng)使用現(xiàn)代電力電子技術(shù)實現(xiàn)電壓和無功的優(yōu)化控制，使得電力的傳輸更加穩(wěn)定且電壓有效值更加符合要求，用戶的用電更加高效的同時減少設(shè)備的損耗，延長使用壽命[1]。

1.2.2 安全性能優(yōu)化

智能配電網(wǎng)改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的用電負荷，有效地提升負荷供電的運行靈活性，自身具備較強的自愈恢復能力，對于已經(jīng)發(fā)生的故障能夠做出快速檢測并給出解決措施，將不正常供電產(chǎn)生的影響最小化；配電網(wǎng)能夠利用智能化調(diào)度的優(yōu)勢，盡可能減少停電用戶的數(shù)量，并且減少停電時長，從而降低外力破壞或自然災害帶來的影響。

1.2.3 配電智能化

智能配電網(wǎng)能夠支持分布式發(fā)電、可再生能源及儲能裝置的大量接入，實現(xiàn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)電能的回收和再分配。整個城市在智能化配電技術(shù)的幫助下，如調(diào)整高壓電壓和無功補償?shù)?，可以做到電能的精準輸送。例如，某一個區(qū)域此時需要大量用電，電網(wǎng)便能夠及時的予以支援，極大地改善人們的生產(chǎn)生活。

2 智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 分布式發(fā)電技術(shù)

隨著科學技術(shù)創(chuàng)新，興起一種創(chuàng)新型基礎(chǔ)發(fā)電形式即分布式發(fā)電。其發(fā)電功率一般在千瓦到百兆瓦之間，大部分低于30 MW，對于特定區(qū)域的用戶來說，功率可以設(shè)置在30 ～50 MW。分布式發(fā)電的原理是利用不同的發(fā)電模塊的自由組合滿足不同用戶的用電需求，分布式發(fā)電的優(yōu)勢在于能夠有效整合功能各異的發(fā)電模塊，提高發(fā)電效率，提升對電力資源的控制能力，使得多余的電量可以另外進行綜合性應用。分布式發(fā)電的電力能源多為風能、太陽能和地熱能，因此分布式發(fā)電是一項新能源技術(shù)，發(fā)電時無須消耗化學能源，污染較小[2]。

2.2 配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)

配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的實現(xiàn)是繼電保護和軟件控制等一系列的綜合控制，是整個智能配電網(wǎng)的基石，關(guān)乎電網(wǎng)是否安全合格。自愈控制技術(shù)依托于數(shù)控方面的先進理論，結(jié)合故障自動判定算法、安全隱患預測算法等，能夠評價潛在的安全隱患，并做出精準預測，還能夠準確評判故障頻發(fā)的區(qū)域，減少檢修的難度和時間。自愈控制技術(shù)為電網(wǎng)內(nèi)的電能運行質(zhì)量進行評分，讓管理部門及時做出相應的針對措施，從而與智能配電網(wǎng)的自動配電功能一起確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，并持續(xù)優(yōu)化完善用戶服務。首先，自愈控制技術(shù)的實現(xiàn)需要依靠終端各類智能化硬件，如各類傳感器、監(jiān)測儀等，這些終端設(shè)備需要做出智能化改進，方便配合自愈控制技術(shù)的在線監(jiān)測功能，實現(xiàn)故障預測和診斷的自動適應；其次，當電網(wǎng)系統(tǒng)周遭環(huán)境較為復雜時，如磁場波動或是野外環(huán)境等，配電網(wǎng)的終端設(shè)備和通信協(xié)議需要具備普適性，并能夠自動調(diào)節(jié)維護；最后，遠程服務器需要提供足夠的算力支持，自愈控制技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)通信和算法分析的穩(wěn)定性與可靠性有著更高的要求，只有具備更快的通信和更強的信息處理算力，才能發(fā)揮出自愈控制技術(shù)的能力。

2.3 智能配電網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)

智能算法依賴的便是優(yōu)質(zhì)充足的數(shù)據(jù)、足夠復雜的學習模型與強大的計算能力，因此智能配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)尤為重要。數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)需要具備3 個技術(shù)原理。一是數(shù)據(jù)提取，能夠從類型繁多和數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)中，清洗掉無用的數(shù)據(jù)，并提取出具有較高價值的數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，能夠?qū)㈦s亂無章的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為適合輸入智能算法模型的數(shù)據(jù)類型，即對數(shù)據(jù)進行精確加工；三是數(shù)據(jù)加載，經(jīng)過加載后的數(shù)據(jù)才能存儲于數(shù)據(jù)源系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)會被集成化并作為支撐智能配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的底層訓練數(shù)據(jù)，與新數(shù)據(jù)一起，完成對算法模型的迭代訓練[3]。

2.4 高級配電自動化技術(shù)

傳統(tǒng)配電自動化的主要內(nèi)容是調(diào)配用戶側(cè)、變電站和配電網(wǎng)絡(luò)的電力，調(diào)配工作較為簡單，并且無法適應復雜的配電工作。高級配電自動化技術(shù)是智能配電網(wǎng)具備的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠?qū)^(qū)域用電水平進行綜合分析，優(yōu)化完善區(qū)域用電分配工作。高級配電自動化技術(shù)包括電壓無功控制、饋線自動化、配電網(wǎng)安全監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集以及其他的終端設(shè)備工作管理等，為運用高級配電自動化技術(shù)，需要事先制定規(guī)劃建設(shè)方案。首先，全方位調(diào)研區(qū)域內(nèi)的用電用戶；其次，完成配電網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建，保證數(shù)據(jù)信息的傳輸更為詳實準確；再次，利用通信網(wǎng)絡(luò)極強的實用性，實現(xiàn)區(qū)域組網(wǎng)，確保用戶的終端設(shè)備可以直接裝置配電終端，使得信息雙向傳輸不會出現(xiàn)差錯；最后，將智能電表安置在電網(wǎng)中間位置，起到信息中轉(zhuǎn)站的作用，使得高級配電自動化技術(shù)可以充分發(fā)揮其智能控制的作用。

2.5 配電網(wǎng)仿真與模擬技術(shù)

配電網(wǎng)仿真與模擬技術(shù)是用來評估配電網(wǎng)即時狀況的技術(shù)。一般情況下，智能配電網(wǎng)想要正式使用，需要經(jīng)過數(shù)個階段的測試。然而，一些突發(fā)狀況很難用測試流程全部覆蓋，這時仿真與模擬技術(shù)便能發(fā)揮出作用，通過軟件平臺、預測技術(shù)和數(shù)學分析工具，評估配電網(wǎng)的即時狀況、安全動態(tài)和電能負荷，盡可能地提前測試各類風險因素，幫助有關(guān)部門提前制定策略[4]。

2.6 故障電流限制技術(shù)

故障電流限制技術(shù)主要采用電力電子、高溫超導等技術(shù)限制短路電流，在實際使用過程中需要配合使用故障電流限制器，才能最大限度地降低短路電流的水平。由于短路電流對配電網(wǎng)絡(luò)、線路及用戶設(shè)備都會造成很大影響，而智能配電網(wǎng)使用限制技術(shù)能將短路電流限制到2 倍額定電流以下，便可以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)不會受到短路的危害，從而改變配電網(wǎng)的性能。

2.7 電動汽車充換電技術(shù)

隨著科技的進步和環(huán)保意識的增強，我國開始在電動汽車領(lǐng)域進行布局，并且現(xiàn)在也有較多的車企正在研發(fā)并上線電動汽車。電動汽車不但綠色環(huán)保，而且具備很好的經(jīng)濟適用性。但是，對于城市配電網(wǎng)來說，電動汽車的充換電帶來巨大的電量負荷，智能配電網(wǎng)可以利用電動汽車充換電技術(shù)，有效平滑電網(wǎng)負荷，良好滿足電動汽車的儲能需求，保證電能質(zhì)量。

2.8 高級測量系統(tǒng)技術(shù)

高級測量系統(tǒng)技術(shù)是自動抄表技術(shù)的衍生，不僅具備自動抄表的功能，還具備雙向通信的特點，實現(xiàn)停電報告，測量網(wǎng)絡(luò)通信，自動完成網(wǎng)絡(luò)故障的最短時間恢復等功能。最重要的是，高級測量系統(tǒng)技術(shù)可以幫助測量點位自動注冊高級計量基礎(chǔ)設(shè)施（Advanced Metering Infrastructure，AMI）系統(tǒng)，與配電網(wǎng)管理系統(tǒng)實現(xiàn)高度融合，優(yōu)化現(xiàn)有資源配置，大幅提高智能配電網(wǎng)的運行效率[5]。

3 基于智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

3.1 對城市中心城區(qū)的配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃

3.1.1 改造現(xiàn)有電網(wǎng)

目前，很多城市中心地區(qū)供電安全等級不符合N-1-1 安全準則的要求，無法建設(shè)智能配電網(wǎng)，所以要改造城市中心區(qū)域的部分中壓配電網(wǎng)絡(luò)，使其能夠增強配電網(wǎng)的安全性和可靠性。

3.1.2 進行配電自動化建設(shè)

現(xiàn)有電網(wǎng)改造完畢后，開始實施配電自動化建設(shè)，包括增加電壓無功控制、饋線自動化設(shè)施、配電網(wǎng)安全監(jiān)控設(shè)備以及其他的終端智能設(shè)備，然后進行快速測試。如果發(fā)現(xiàn)故障，可以利用饋線自動化系統(tǒng)對其進行快速定位，然后利用自愈控制系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，并更新拓撲信息，所有的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)信息需要及時的自主化上傳到遠端服務器，等待調(diào)度員的及時處理。

3.1.3 更換老舊設(shè)備

為防止智能配電網(wǎng)不適配老舊設(shè)備，需要更換城市中心區(qū)域的設(shè)備，首先更換運行年齡大于30 年的設(shè)備。這些老舊設(shè)備具有較大的配電損耗、電纜絕緣老化等缺點，無法進行自動化升級。其次，更換故障率較高的設(shè)備，減少智能配電網(wǎng)對故障的頻繁診斷和自愈處理頻率。最后，添加新式智能終端設(shè)備，并與智能配電網(wǎng)系統(tǒng)同步信息。

另外，對于上級電網(wǎng)來說，也應該更換其電源設(shè)備和電源進線，可以采用鏈式接線方式，形成雙側(cè)電源供電，對35 kV 變電站進行優(yōu)化，保證供電的可靠性，增強負荷轉(zhuǎn)移能力。

3.2 對城市外環(huán)區(qū)域的配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃

3.2.1 改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)

對于城市外環(huán)區(qū)域，電力供應的可靠性更為重要，因為不利于檢修和維護，所以需要適度的改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)。讓線路薄弱點與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變得緊密，提升電網(wǎng)效益，并將新的開關(guān)站建設(shè)于電力負荷的熱點區(qū)域，改接線路，使得配電網(wǎng)的供電變得更加優(yōu)化[6]。

3.2.2 完善配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)

在城市中心城區(qū)對于自動化配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造基礎(chǔ)上，做二次系統(tǒng)的建設(shè)完善工作，促使配電網(wǎng)的智能水平進一步提升。城市外環(huán)區(qū)域的配電半徑更大，使得配電線路變得更長，一旦發(fā)生故障，就會花費很長時間展開維修工作，停電時間的增加會嚴重影響居民和企業(yè)用電，因此應該基于線路負載率和線路負荷的重要程度改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)。例如，長線路可以增加分段聯(lián)絡(luò)節(jié)點，配電終端設(shè)備可以增加監(jiān)測和遙控的比例，使得配電網(wǎng)可以更快的定位故障，實現(xiàn)對事故的快速處理。

3.2.3 優(yōu)化分布式發(fā)電并網(wǎng)

分布式發(fā)電依靠多組靈活的發(fā)電模塊，可以實現(xiàn)電力多發(fā)任務，因此在優(yōu)化前，需要統(tǒng)計城市外環(huán)區(qū)域的所有配電網(wǎng)負荷情況，對不同的負荷節(jié)點，適當?shù)亟尤氩煌壤姆植际侥茉?，然后?yōu)化配電網(wǎng)相應的潮流分布，降低重載線路過高的負載率。另外，分布式發(fā)電利用的是新能源，因此當主網(wǎng)發(fā)生供電中斷時，可以利用分布式發(fā)電運行電源，減少停電時長。

3.3 加強智能配電網(wǎng)對提升城市配電網(wǎng)規(guī)劃水平的策略

工作人員展開智能配電網(wǎng)改造工作時，需要注意以下3 點。一是規(guī)劃設(shè)計城市電網(wǎng)主干網(wǎng)，并綜合考量分網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，將主干網(wǎng)的配電半徑控制在合理范圍，降低線損率，主干網(wǎng)實施集中補償，配電網(wǎng)實施分散補償。二是根據(jù)城市內(nèi)部風能、太陽能等新能源的發(fā)電情況，選擇性的增加分布式發(fā)電并網(wǎng)容量，如果有部分城市區(qū)域供電負荷達到飽和狀態(tài)，可以利用分布式發(fā)電進行有效應對，尤其是城郊地區(qū)，使用分布式發(fā)電可以有效提升郊區(qū)的電能質(zhì)量，并且分布式發(fā)電還可以實現(xiàn)電能的回收再利用，大大節(jié)約城市用電的成本。三是根據(jù)交通情況和區(qū)域電車數(shù)量考慮電動汽車充換電站的建設(shè)規(guī)劃，合理安排充電樁，根據(jù)當天充電負荷的情況，實時調(diào)整充電電價。

4 結(jié) 論

隨著科學技術(shù)的不斷進步和我國居民用電需求的不斷提升，智能配電網(wǎng)在設(shè)計構(gòu)想和實踐應用方面具備理想的技術(shù)基礎(chǔ)和需求基礎(chǔ)。智能配電網(wǎng)具有電能利用效率高、安全性能全面優(yōu)化和配電智能化等優(yōu)勢，分布式發(fā)電技術(shù)、配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)、智能配電網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、配電網(wǎng)仿真與模擬技術(shù)、故障電流限制技術(shù)、電動汽車充換電技術(shù)以及高級測量系統(tǒng)技術(shù)等在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方面將具有十分廣闊的應用前景，在推動我國城市電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方面將發(fā)揮著不可替代的重要作用。