電力系統(tǒng)中的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)研究

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；智能配網(wǎng)；設(shè)計(jì)研究

電力系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展對(duì)于社會(huì)發(fā)展意義重大，尤其是在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展背景下，對(duì)電力功能的需求逐漸增大，不僅數(shù)量上需求擴(kuò)張，同時(shí)質(zhì)量上要求更加嚴(yán)格，給電力系統(tǒng)生產(chǎn)及配網(wǎng)增加壓力。為優(yōu)化電力配網(wǎng)效率，滿足用戶的高要求，電力企業(yè)正在積極探索智能配網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，將智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)列為重點(diǎn)工作計(jì)劃，完善配網(wǎng)智能化，利用各項(xiàng)智能化功能提升配網(wǎng)各項(xiàng)工作效率，保證配網(wǎng)高效運(yùn)行。

一、電力系統(tǒng)的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)重要性研究

電力系統(tǒng)的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)是電力系統(tǒng)與智能化融合的主要表現(xiàn)之一，也是構(gòu)建“智慧電力”的關(guān)鍵。因此，根據(jù)電力系統(tǒng)配網(wǎng)功能以及智能化技術(shù)特點(diǎn)對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)具有重要意義。

一方面，從電力系統(tǒng)配網(wǎng)角度研究。智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)促使傳統(tǒng)配電網(wǎng)智能改造，配電網(wǎng)運(yùn)行將具備自動(dòng)化特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)智能配送、智能檢修等多項(xiàng)功能，各功能應(yīng)用可提升電網(wǎng)運(yùn)行效率；對(duì)配電網(wǎng)工作人員而言，將會(huì)降低工作負(fù)荷；對(duì)電力企業(yè)而言可降低配電網(wǎng)運(yùn)維和管理成本。綜上所述，智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用在工作負(fù)荷、運(yùn)行效率和運(yùn)維成本等多方面發(fā)揮積極作用，將極大促進(jìn)配電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)展。

另外一方面，從社會(huì)發(fā)展角度來(lái)看，電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用可優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行效率，解決配網(wǎng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，為用電用戶提供更加穩(wěn)定的配網(wǎng)服務(wù)。同時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化不僅是智慧電力建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也將與智慧城市接軌，繼而促進(jìn)智慧城市的建設(shè)。

目前，為快速發(fā)展智能配網(wǎng)我國(guó)已經(jīng)加大投資力度，總體來(lái)看，自2009年配網(wǎng)智能化建設(shè)以來(lái)，截至2020年智能電網(wǎng)投資額總計(jì)3841億元，占我國(guó)同時(shí)期電網(wǎng)總投資的11.1%。在政策利好和國(guó)家資金投入的推動(dòng)下，我國(guó)配網(wǎng)智能化行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。

二、電力系統(tǒng)的智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)原則研究

電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)已經(jīng)取得初步成效，并且已經(jīng)在初期階段總結(jié)相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)。尤其是在電力系統(tǒng)需求以及智能化特點(diǎn)逐漸明朗之下，智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)原則愈發(fā)清晰，其中安全穩(wěn)定、高效、兼容以及可擴(kuò)展等原則是其設(shè)計(jì)必須遵循的原則，在該原則下設(shè)計(jì)的智能配網(wǎng)才能夠與電力系統(tǒng)適配。

（一）安全穩(wěn)定原則

智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)或接入電力系統(tǒng)必須以安全穩(wěn)定為基礎(chǔ)。多年來(lái)，我國(guó)相關(guān)部門以及電力企業(yè)都非常重視電力配網(wǎng)設(shè)計(jì)與發(fā)展，明確強(qiáng)調(diào)配網(wǎng)運(yùn)行安全是第一宗旨，與“安全生產(chǎn)”宗旨一致。智能配網(wǎng)只有在運(yùn)行安全和穩(wěn)定的前提下才能持續(xù)輸出，良好發(fā)揮其作用。如果設(shè)計(jì)的智能配網(wǎng)可運(yùn)行但是故障頻繁且安全隱患較大，其產(chǎn)生的負(fù)面作用將遠(yuǎn)超過(guò)效益。所以，智能配網(wǎng)在設(shè)計(jì)接入時(shí)，必須首先考慮安全因素，設(shè)計(jì)安全穩(wěn)定的智能配網(wǎng)。

（二）高效性原則

智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)必須遵循高效性原則。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，智能化技術(shù)是社會(huì)發(fā)展的核心技術(shù)，該技術(shù)是融合多種先進(jìn)技術(shù)的集成化技術(shù)，具備智能管理、自動(dòng)控制等多種優(yōu)勢(shì)，將其融入配網(wǎng)設(shè)計(jì)必須起到“1+1gt;2”的效果，如此才符合以發(fā)展為目標(biāo)的配網(wǎng)設(shè)計(jì)。目前，電力系統(tǒng)要求智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)融入，必須保持高效，使配網(wǎng)運(yùn)行速度更快、故障率更低、輸電質(zhì)量更高。

（三）兼容性原則

智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)的兼容性原則具體是指設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電力系統(tǒng)與配網(wǎng)的兼容性，電壓、接口、網(wǎng)絡(luò)通訊等方面都需要具備高兼容性，才可使智能配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)連接，確保二者連接后運(yùn)行穩(wěn)定安全，避免不兼容問(wèn)題造成電力系統(tǒng)或電網(wǎng)故障。

（四）可拓展性原則

可拓展性原則是電力系統(tǒng)中智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性原則，該原則要求智能配網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備、核心技術(shù)設(shè)計(jì)融入必須預(yù)留拓展空間和結(jié)構(gòu)，以確保智能化技術(shù)在升級(jí)后，智能配網(wǎng)能夠隨之拓展和升級(jí)，始終保持與先進(jìn)技術(shù)平行。

三、結(jié)合現(xiàn)狀分析電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

目前研究發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用已經(jīng)成為電力系統(tǒng)建設(shè)的主要趨勢(shì)，并且許多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)應(yīng)用智能配電網(wǎng)，本文結(jié)合案例及經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其中包括智能配網(wǎng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和主要功能兩大方面。

（一）電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)接入設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)配網(wǎng)的核心結(jié)構(gòu)，在關(guān)鍵原則基礎(chǔ)上完成智能配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才可為后續(xù)智能配網(wǎng)功能設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，以下是對(duì)智能配網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，針對(duì)性提出智能電網(wǎng)的綜合架構(gòu)包括物理層、傳感器網(wǎng)絡(luò)層、控制層以及應(yīng)用層等多個(gè)層級(jí)，各層級(jí)關(guān)鍵設(shè)備不同，功能作用不同，相互結(jié)合促使智能配網(wǎng)成型及應(yīng)用。

1．物理層。物理層也可稱作為基礎(chǔ)設(shè)施層，是配網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備所在層級(jí)，關(guān)系到電網(wǎng)的基礎(chǔ)運(yùn)行，該層級(jí)的核心設(shè)備電力線路、配電設(shè)備、變壓器等等。

2．傳感器網(wǎng)絡(luò)層。傳感器網(wǎng)絡(luò)層是構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集需要依靠傳感器網(wǎng)絡(luò)層。為實(shí)現(xiàn)多種信息的采集，在該層級(jí)設(shè)計(jì)中，構(gòu)建智能電表、開(kāi)關(guān)、插座以及傳感器等多元傳感體系，繼而保證智能配網(wǎng)具有前端數(shù)據(jù)獲取能力。

3．控制層?？刂茖邮窍到y(tǒng)的核心層級(jí)，該層級(jí)的主要作用在于聚合、分析與控制，智能配網(wǎng)的控制指令由此層級(jí)發(fā)出。智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)中，在控制層安裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可聚合傳感層采集的數(shù)據(jù)信息，獲取信息后進(jìn)行分析，最終根據(jù)配網(wǎng)監(jiān)測(cè)信息，了解其運(yùn)行狀態(tài)，最后在數(shù)據(jù)決策模型的引導(dǎo)下自動(dòng)發(fā)出控制指令。

4．應(yīng)用層。應(yīng)用層設(shè)計(jì)是多種應(yīng)用功能的整合應(yīng)用。根據(jù)智能配網(wǎng)的運(yùn)行管理需求，將智能化系統(tǒng)的各項(xiàng)功能分別設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集、信息報(bào)表儲(chǔ)存、診斷和自動(dòng)恢復(fù)等。

（二）電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)功能設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)功能設(shè)計(jì)是在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上完成的，同時(shí)也是配網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)多個(gè)智能配網(wǎng)案例進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其核心功能主要包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)、信息報(bào)表和儲(chǔ)存、診斷和自動(dòng)恢復(fù)。

1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸功能

智能配網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中必須具備數(shù)據(jù)傳輸功能，將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?chǔ)存模塊、控制模塊，為智能配網(wǎng)運(yùn)行管理提供數(shù)據(jù)參考。在其數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要?jiǎng)?chuàng)建智能配網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，以傳輸網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，結(jié)合需求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通信協(xié)議，繼而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。目前，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議種類繁多，在設(shè)計(jì)中需要考慮智能配網(wǎng)建設(shè)的核心原則，如數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)需要與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)兼容，也需要保證安全，才可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。目前智能配網(wǎng)大部分以工業(yè)以太網(wǎng)為核心網(wǎng)絡(luò)，在變電站等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建SDH/MSTP骨干通信網(wǎng)，繼而實(shí)現(xiàn)智能配網(wǎng)中各設(shè)備或線路之間的數(shù)據(jù)通信。另外，在進(jìn)行智能配網(wǎng)管理系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸功能配置寬帶通信、無(wú)線通信等多種技術(shù)，繼而保證智能配網(wǎng)高效開(kāi)展。

研究發(fā)現(xiàn)，目前智能配網(wǎng)開(kāi)始研究骨干網(wǎng)承載方案。以O(shè)PTN8600系列OTN設(shè)備為例，該設(shè)備在應(yīng)用中聯(lián)通構(gòu)建PTN設(shè)備、MSTP設(shè)備具有多業(yè)務(wù)接口、大容量交叉、快速保護(hù)倒換等優(yōu)勢(shì)。利用該技術(shù)建設(shè)骨干網(wǎng)絡(luò)，具有支持ODUk環(huán)網(wǎng)保護(hù)、ODUk SNC保護(hù)、光通道波長(zhǎng)1+1保護(hù)、光通道路由1+1保護(hù)、光線路1+1保護(hù)、光復(fù)用段1+1保護(hù)等所有保護(hù)方式，有利于提升系統(tǒng)保護(hù)性能。實(shí)踐中反饋，該骨干網(wǎng)絡(luò)倒換時(shí)間小于50ms，電力通信通道可靠性達(dá)99.9999%。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)功能

數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)功能是智能配網(wǎng)為確保智能調(diào)整、安全管理而設(shè)計(jì)的重要功能。在采集和監(jiān)測(cè)功能設(shè)計(jì)之時(shí)，要求制定專業(yè)化的采集和監(jiān)測(cè)體系，保證智能技術(shù)應(yīng)用達(dá)到理想效果。設(shè)計(jì)時(shí)構(gòu)建主站、配網(wǎng)前端數(shù)據(jù)采集相連的采集和監(jiān)測(cè)體系結(jié)構(gòu)，前端采集模塊由各類傳感器組成，利用傳感器和傳感網(wǎng)絡(luò)將采集的配網(wǎng)電壓、電流、溫度等信息傳輸?shù)脚渚W(wǎng)智能化系統(tǒng)，中樞系統(tǒng)可以對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存與分析，并根據(jù)預(yù)設(shè)功能對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控。配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行期間的電流值和電壓值以及功率等數(shù)據(jù)需要進(jìn)行精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)和采集，并做好數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。分析的結(jié)果和獲得的數(shù)據(jù)信息傳輸至主基站，整個(gè)過(guò)程實(shí)施的有效性應(yīng)以數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和監(jiān)測(cè)功能的正常發(fā)揮為支撐，因此，此項(xiàng)功能的科學(xué)實(shí)現(xiàn)對(duì)于配網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有關(guān)鍵性作用。例如，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集，提出PLC一站式電網(wǎng)監(jiān)測(cè)方案，該方案能夠獲取遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)監(jiān)管。該監(jiān)測(cè)方案具有多點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，以下表1為其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)總結(jié)。

3．報(bào)表信息和儲(chǔ)存功能

智能配網(wǎng)在設(shè)計(jì)功能時(shí)要求制定報(bào)表信息和儲(chǔ)存功能，該功能的設(shè)計(jì)主要是為了方便用戶查詢與管理。在設(shè)計(jì)時(shí)，利用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建報(bào)表智能制作以及儲(chǔ)存功能。該功能的設(shè)計(jì)是指在智能配網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，能夠?qū)⒉杉蛡鬏敾貋?lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，按照?qǐng)?bào)表格式分別填入報(bào)表，最后將報(bào)表自動(dòng)儲(chǔ)存到相應(yīng)文件夾，系統(tǒng)使用者在使用過(guò)程中，如果想要利用數(shù)據(jù)可到報(bào)表查詢模塊自動(dòng)查詢指定日期的報(bào)表，如果發(fā)現(xiàn)報(bào)表存在異?；蛘邌?wèn)題，則可以實(shí)施針對(duì)性處理。目前研究發(fā)現(xiàn)，諸多智能配網(wǎng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其報(bào)表功能已經(jīng)相對(duì)完備，設(shè)計(jì)了日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表以及年報(bào)表等多種報(bào)表功能，并利用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)智能配網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)具有海量?jī)?chǔ)存優(yōu)勢(shì)，并且在儲(chǔ)存之后進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的安全管理。

4．診斷和自動(dòng)恢復(fù)功能

傳統(tǒng)配網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，故障問(wèn)題影響極大，極易造成斷電事故，因此在配電網(wǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行中，非常重視故障預(yù)防和管理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)智能配網(wǎng)時(shí)，要重視智能配網(wǎng)的故障診斷和自動(dòng)處理設(shè)計(jì)，融合智能化設(shè)計(jì)，構(gòu)建智能配網(wǎng)的診斷和自動(dòng)恢復(fù)功能。首先，在設(shè)計(jì)診斷功能時(shí)，聯(lián)合數(shù)據(jù)采集和傳輸功能，將收集到的配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)錄入診斷模塊，診斷模塊按照基本故障邏輯參數(shù)，對(duì)故障模型進(jìn)行解算，最終確認(rèn)是否存在故障現(xiàn)象，如確認(rèn)模型為故障模型或者數(shù)據(jù)校驗(yàn)完成，則自動(dòng)顯示故障機(jī)代碼。其次，自動(dòng)恢復(fù)功能具體是指在診斷實(shí)施過(guò)程中，構(gòu)建專家處理模塊，該模塊可對(duì)故障模型進(jìn)行分析，確認(rèn)故障原因，并針對(duì)性分析故障解決措施，最后將解決措施建議發(fā)送給系統(tǒng)，由系統(tǒng)統(tǒng)一完成自動(dòng)恢復(fù)功能。診斷和自動(dòng)恢復(fù)功能的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，極大程度上提升了故障檢修效率。傳統(tǒng)配網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，故障檢修由專門人員完成，但是人力資源有限，所以導(dǎo)致檢修工作效率較低，構(gòu)建智能配網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)診斷和自動(dòng)恢復(fù)功能，可減少人力檢修出現(xiàn)的誤差，并提升檢修工作效率。

四、電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)計(jì)建議

通過(guò)上述總結(jié)電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)要點(diǎn)，也提出各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)，對(duì)于智能配網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。而事實(shí)上，目前我國(guó)電力系統(tǒng)正處于智能配網(wǎng)接入的初始階段，所以設(shè)計(jì)還存在相應(yīng)的瓶頸。因此，在未來(lái)發(fā)展中，我國(guó)必須堅(jiān)持、積極研究電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)的優(yōu)化創(chuàng)新發(fā)展路徑。

在此，筆者建議電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用結(jié)合分布式新能源發(fā)展目標(biāo)，有針對(duì)性加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)，配套完善電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行手段，保障電能質(zhì)量。另外智能配網(wǎng)接入也可促使電力系統(tǒng)新業(yè)態(tài)健康發(fā)展，目前的基本目標(biāo)是要，簡(jiǎn)化接網(wǎng)程序，優(yōu)化管理等，繼而為電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行提供保障。

結(jié)束語(yǔ)

本文提出電力系統(tǒng)智能配網(wǎng)設(shè)計(jì)原則，并總結(jié)總體結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)功能兩大要點(diǎn)，希望能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行管理打好基礎(chǔ)。另外，在未來(lái)，智能電力將會(huì)繼續(xù)作為電力系統(tǒng)核心研發(fā)方向，因此相關(guān)部門必須重視智能配網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展。