智能配電網(wǎng)運行管理改進技術(shù)研究

摘要：智能配電網(wǎng)運行面臨分布式電源接入、調(diào)度管理和故障處理等挑戰(zhàn)，針對這些問題，提出了分布式電源接入、調(diào)度管理和自動化檢測三個方面的改進技術(shù)，解決了電網(wǎng)設(shè)備使用效率偏低、電力資源供應(yīng)不穩(wěn)定、配電自動化水平有待提升的問題。探討了量子計算和物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算技術(shù)在智能配電網(wǎng)運行管理中的應(yīng)用前景，為促進智能配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、高效可靠發(fā)展提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；運行管理優(yōu)化；電網(wǎng)企業(yè)；分布式電源；自動化檢測

中圖分類號：TM72文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）35-0095-03開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

智能配電網(wǎng)作為新型電力系統(tǒng)，融合了網(wǎng)絡(luò)、電子、控制等多種技術(shù)，實現(xiàn)了可視化管理和自動化運維，能夠更好地滿足用戶用電需求。

智能配電網(wǎng)的運行管理對于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，從當(dāng)前運行管理工作出發(fā)，分析當(dāng)前智能配電網(wǎng)面臨的問題和挑戰(zhàn)，進一步優(yōu)化運行管理改進技術(shù)，針對性解決智能配電網(wǎng)運行面臨的問題，全面提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和自恢復(fù)性，提升配電網(wǎng)供電品質(zhì)和安全性，是智能配電網(wǎng)當(dāng)前的主要優(yōu)化方向。

1智能配電網(wǎng)運行中的常見問題及運行管理改進技術(shù)

1.1智能配電網(wǎng)運行中的常見問題

1.1.1分布式電源接入問題

智能配電網(wǎng)依托物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)了配電網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化管理，有效提升了供電質(zhì)量、可靠性和效率[1]。隨著分布式發(fā)電站的大力建設(shè)，其容量、并網(wǎng)形式和運行條件的差異性給配電網(wǎng)運行帶來了新的挑戰(zhàn)。一方面，分布式能源接入網(wǎng)會給配電網(wǎng)運行帶來擾動，即使是微小擾動也會影響電壓波動，需要保證在不同模式和工況下運行都能保證電壓穩(wěn)定。另一方面，智能電網(wǎng)存在獨立運行以及聯(lián)網(wǎng)運行兩種模式，切換模式可能會影響電氣量變化，從而面臨著解列問題，需要配電網(wǎng)能夠識別問題和故障進行自動化處理故障。

1.1.2配電網(wǎng)調(diào)度問題

傳統(tǒng)調(diào)度方式難以實現(xiàn)對分布式配電網(wǎng)的調(diào)度，同時隨著用戶數(shù)量的增長，還會增加調(diào)度系統(tǒng)運算難度，更無法對區(qū)域電網(wǎng)進行單獨調(diào)度。因此需要對智能配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，以適應(yīng)系統(tǒng)正常運行工況及故障工況下的監(jiān)測、保護、控制任務(wù)，完成用電和配電管理的智能化管理目標(biāo)[2]。特別是在電力資源調(diào)度這一主要任務(wù)中，為了更好地完成調(diào)度工作，更需要配電網(wǎng)能夠掌握用戶更詳細的信息，解決信息不對稱的情況下難以實現(xiàn)調(diào)度問題。

1.1.3配電網(wǎng)故障問題

智能配電網(wǎng)充分利用自動化運維技術(shù)實現(xiàn)了自動化檢修維護，自動化技術(shù)可以實現(xiàn)快速定位故障，并對該區(qū)域進行隔離，快速恢復(fù)其他非故障區(qū)域的正常供電。但當(dāng)前自動檢測技術(shù)仍然存在故障定位錯誤、隔離恢復(fù)供電遲緩等問題，在一定程度上影響到配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

1.2智能配電網(wǎng)運行管理改進技術(shù)

智能配電網(wǎng)運行管理的目標(biāo)是保障供電質(zhì)量，降低故障率，預(yù)防非計劃性停電，并通過自動化調(diào)度滿足用戶用電需求，提高用電效率。除了對配電網(wǎng)硬件配置進行完善外，更需要在技術(shù)層面上予以改進，不斷提高運行管理體系技術(shù)水平和自動化水平，從根本上保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。基于上文中提到的三類問題，本文提出運行管理改進技術(shù)，以期借助于運行管理改進技術(shù)能夠提高配電網(wǎng)運行質(zhì)量和穩(wěn)定性。

1.2.1分布式電源接入技術(shù)

分布式電源接入會改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行特性，可能導(dǎo)致電壓波動、設(shè)備信息多向互動、諧波污染等問題，因此需要采用相應(yīng)的技術(shù)措施保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

考慮到分布式能源系統(tǒng)主要為小量級能源系統(tǒng)，采取逆變電路形式接入網(wǎng)，不可避免存在一定時變性，而隨著系統(tǒng)運行工況不同，也意味著配電網(wǎng)運行控制面臨著電壓波動的問題。分布式電源并網(wǎng)后，輸出電能存在一定不確定性，通過利用合適的調(diào)度技術(shù)進行分布式電源的調(diào)度，從而提高電能利用率。取代傳統(tǒng)集中式調(diào)度技術(shù)，可應(yīng)用分布式調(diào)度技術(shù)，分布式調(diào)度技術(shù)只需要少部分用戶數(shù)據(jù)即可，充分解決信息不對稱的問題。根據(jù)用戶集群模型對用戶進行分組，并對用戶群組建立模型，實現(xiàn)分布式調(diào)度，全面提高調(diào)度效率。在上層中央管理系統(tǒng)中仍然采取集中調(diào)度模式，底層采取分布式電源調(diào)度系統(tǒng)，兩層調(diào)度系統(tǒng)之間滿足雙向通信功能。在分布式調(diào)度系統(tǒng)中，由分布式設(shè)備控制每個分布式電源的調(diào)度，協(xié)同配合電網(wǎng)調(diào)度工作，從而全面提高電網(wǎng)設(shè)備使用效率。

智能配電網(wǎng)最大優(yōu)勢在于互動性特征，為了更好地服務(wù)于分布式電源并網(wǎng)，需要進行設(shè)備信息的多向互動，以此充分滿足智能電網(wǎng)互動需求。因此應(yīng)用需求側(cè)響應(yīng)模式，即用戶參與智能電網(wǎng)互動的管理模式，這是實現(xiàn)電力系統(tǒng)交互以及各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵。一方面，通過用戶側(cè)終端允許用戶參與配電系統(tǒng)的運行和資源配置，讓用戶側(cè)終端提供電網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，更能滿足智能電網(wǎng)對需求側(cè)用戶的協(xié)調(diào)和交互工作，協(xié)助智能配電網(wǎng)提供更為智能化的服務(wù)。另一方面，給用戶帶來全新的體驗感，更滿足電力系統(tǒng)市場化的發(fā)展需求。分布式電源不僅作為獨立能源系統(tǒng)，同時也作為電力傳輸和電力銷售的重要節(jié)點，智能電網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)不僅要關(guān)注于分布式電源系統(tǒng)并網(wǎng)的穩(wěn)定性，更需要積極進行需求側(cè)交互工作，推動電力行業(yè)市場化發(fā)展。

分布式電源經(jīng)過增加電子裝置實現(xiàn)全面控制，但隨著電子裝置增加也不可避免面臨著諧波污染。同時受到單相負荷的影響，三相系統(tǒng)存在嚴重不平衡問題，更需要密切關(guān)注分布式電源電能質(zhì)量是否穩(wěn)定。用戶側(cè)也受到分布式電源功率不穩(wěn)定、間歇式工作的影響，產(chǎn)生電壓波動問題，造成供電質(zhì)量降低。為解決這一問題，建議應(yīng)用無功補償裝置等高性能元件，更好地進行諧波治理，提高電壓穩(wěn)定性，保證用戶側(cè)電能供應(yīng)質(zhì)量。

1.2.2調(diào)度管理技術(shù)

電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，受多種因素影響，需要通過對配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，才能準(zhǔn)確掌握其運行狀態(tài)，并制定合理的調(diào)度策略。如今用電需求大幅增加，同時也在不斷調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，電力調(diào)度關(guān)系到電網(wǎng)能否穩(wěn)定供電。因此應(yīng)重點關(guān)注調(diào)度工作能否準(zhǔn)確落實，并不斷優(yōu)化調(diào)度效率。基于智能技術(shù)建立電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)主要從以下幾個方面進行改進：

首先完善數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該項技術(shù)作為調(diào)度系統(tǒng)的核心技術(shù)，其主要職責(zé)在于將終端信息傳遞至智能決策層，方便于將決策信息傳至終端。如今用電需求和用戶數(shù)量逐漸增多，對于電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量提出更高要求。為了保障電力企業(yè)能夠保持和用戶的互動和溝通，更需要借助于完善的通信網(wǎng)絡(luò)支持通信互動的有效性和流暢性。目前配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)主要采取電力光纖設(shè)施，但仍然存在安全性不高，容量不足的問題。因此還需要積極應(yīng)用5G技術(shù)進行通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能夠獲得更為廣泛的通信范圍，通信信息也能得到無損化和高速傳播，為電網(wǎng)通信和運行奠定基礎(chǔ)。同時還需要積極建設(shè)無線專網(wǎng)，最大程度上規(guī)避網(wǎng)絡(luò)信號的干擾，保證電力系統(tǒng)內(nèi)部通信和信息傳輸安全高效。

其次需要全面推進傳感技術(shù)作為電力系統(tǒng)的主要測量技術(shù)，傳感技術(shù)可以成為配電網(wǎng)調(diào)度的基礎(chǔ)技術(shù)，更能推動智能電網(wǎng)自動化水平、智能化水平的全面提高。利用智能傳感技術(shù)準(zhǔn)確采集主站和自站數(shù)據(jù)，均統(tǒng)一收集在信息系統(tǒng)內(nèi)，服務(wù)于電力調(diào)度。自動化技術(shù)實時監(jiān)控配電網(wǎng)上數(shù)據(jù)的變化，能夠避免設(shè)備故障或人為失誤引起的錯誤調(diào)度操作，以全面保證配電網(wǎng)穩(wěn)定供電。通過應(yīng)用參數(shù)量測技術(shù)，準(zhǔn)確測量并記錄電網(wǎng)數(shù)據(jù)，以參數(shù)形式實時反映出來，經(jīng)過對電費和電量的計算，能夠?qū)τ脩舻碾娏π枨筮M行分析，提高電力計量精確度。同時經(jīng)過對配電網(wǎng)系統(tǒng)各部分節(jié)點電流和電壓測量，也能為電網(wǎng)負荷調(diào)查、電網(wǎng)故障預(yù)警提供可靠的數(shù)據(jù)支持。通過對配電網(wǎng)的測量，能夠為電力調(diào)度工作提供數(shù)據(jù)支持，提高電力調(diào)度的可靠度和準(zhǔn)確性。

最后應(yīng)用電力分配自動化技術(shù)，如今通信網(wǎng)絡(luò)、計算機技術(shù)以及自動化控制技術(shù)的快速發(fā)展，進一步完善了高級配電自動化水平。智能電網(wǎng)的改進更需要提高電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的自動化水平和效率，自動化水平也是影響智能電網(wǎng)建設(shè)水平的關(guān)鍵。在配電自動化上通過引進SCADA系統(tǒng)，將故障服務(wù)、信息系統(tǒng)等功能進行整合，能夠?qū)崿F(xiàn)對配電調(diào)度自動化處理，全面提高調(diào)度效率。智能配電網(wǎng)的優(yōu)化還可以減少電能在輸電過程中的損耗，提高電網(wǎng)效率，降低能源成本，對于提高電力系統(tǒng)的可持續(xù)性和經(jīng)濟性至關(guān)重要[3]。

1.2.3自動化檢測技術(shù)

行業(yè)對于電力系統(tǒng)的認知及其中不同專業(yè)的職能劃分也產(chǎn)生了多次較大的變化[4]，檢測技術(shù)也在趨向于智能化發(fā)展。智能配電網(wǎng)采取自動化檢測技術(shù)可分為就地式和集中式兩種模式。前者可進一步劃分為重合式和分布式。其中重合模式是借助于重合閘實現(xiàn)多次開關(guān)，保證電力供應(yīng)。分布式模式可通過設(shè)備和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，跳開開關(guān)保護非故障區(qū)域正常供電，對故障區(qū)域進行隔離，在電路修復(fù)后可以恢復(fù)正常供電。在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用定向耦合器可以實現(xiàn)自動化采集運行數(shù)據(jù)，實時掌控電網(wǎng)狀態(tài)，以便于第一時間獲取故障數(shù)據(jù)，立即啟動處理方案。后者技術(shù)核心在于光纖技術(shù)以及GPRS技術(shù)，支持終端和主站實時通信，主站可以接收信號，快速定位故障位置，并對故障完成初步診斷。再經(jīng)由光纖通信和GPRS通信的支持，隔離故障區(qū)域，對供電網(wǎng)絡(luò)進行暫時性規(guī)劃，以保證其他區(qū)域電力正常供應(yīng)。

1）故障檢測。

利用自動檢測技術(shù)可以依據(jù)正極電壓變化過程的時間之比，快速診斷并識別故障線路，時間比值代表著線路電壓變化的特征值，在故障線路和正常線路中存在一定差異，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)變化進行準(zhǔn)確反應(yīng)。再按照不同故障類型存在的特征，能夠進一步檢測故障線路，以量化方式準(zhǔn)確識別線路故障?？紤]到配電網(wǎng)對于自動化檢測時效性要求，可應(yīng)用電壓差法來確定電壓升高和降低時間。若故障線路和正常線路之間沒有直接聯(lián)系，換流器位置的故障行波波頭削弱，使得電壓降低時間表現(xiàn)出延長，因此時間比值減小。在變頻器單側(cè)測定時間比值，若時間比值超過故障特征值，其他正常線路時間比值并未超過故障特征值，即說明該監(jiān)測點存在故障，經(jīng)單端檢測實現(xiàn)雙極故障檢測。

2）故障定位。

采取行波法定位故障位置，即利用故障行波抵達兩端的時間能夠計算故障位置，從而實現(xiàn)對故障位置的定位。假設(shè)故障位置抵達左側(cè)檢測位置的距離為x，左側(cè)檢測故障信號的時間為t1，右側(cè)檢測故障信號的時間為t2，那么可以由公式計算出故障信號到達量測電壓波形過零點時間的差值（左側(cè)ta，右側(cè)tb），公式表示為：

其中，ta表示左側(cè)檢測到故障信號抵達左側(cè)電壓波形過零點存在的時間差，t1表示故障信號被左側(cè)檢測的時間，tx表示首個電壓過零點與左側(cè)電壓過零點的時間差值，tb表示右側(cè)檢測到故障信號抵達右側(cè)電壓波形過零點存在的時間差，t2表示故障信號被右側(cè)檢測的時間，t0表示首個電壓過零點與右側(cè)電壓過零點的時間差值。

由此可以得到故障行波抵達兩側(cè)時間差和故障位置的關(guān)系，公式為：

Δt=2x-l／v=|t1-t2|（2）

其中，△t表示行波波動到兩側(cè)的時間差，v表示波速。

通過檢測信號并計算，可以確定故障位置和配電網(wǎng)檢測點距離，進行精準(zhǔn)故障定位。

3）故障隔離。

根據(jù)配電網(wǎng)故障主要位置的不同，設(shè)置相對應(yīng)的隔離程序。如電源開關(guān)處檢測到信號，將電源開關(guān)及臨近開關(guān)立即跳閘處理，將電源開關(guān)重合功能進行關(guān)閉處理。如站出線位置檢測到故障，跳出開關(guān)，將控制開關(guān)穩(wěn)定在分閘狀態(tài)，利用故障電流傳遞開關(guān)信息至控制開關(guān)，對非故障區(qū)域控制開關(guān)進行斷開處理。如檢測到主干線路故障，傳遞故障電流信息給控制開關(guān)后，接收到信息后，將開關(guān)斷開，將故障區(qū)域隔離開。具體隔離區(qū)域的劃分是根據(jù)故障位置不同劃分不同隔離區(qū)域。

4）供電恢復(fù)。

供電企業(yè)管理者應(yīng)當(dāng)提升對配電工作的重視程度，推動配電系統(tǒng)向智能化、集約化方向發(fā)展，保證在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時依然能夠向城市輸送電能[5]。供電恢復(fù)方面可以根據(jù)故障種類不同可以進一步劃分為暫時性故障以及永久性故障。檢測到故障電流后，開關(guān)跳閘，短暫延時重合閘，若無法重合，將開關(guān)閉鎖在分間狀態(tài)。在單位時間內(nèi)將控制開關(guān)從閉合狀態(tài)改為斷開狀態(tài)。故障點最近位置的開關(guān)，未通過故障電流，由于故障隔離處于跳閘狀態(tài)，無須打開控制開關(guān)時間控制功能。切換跳閘狀態(tài)后，如果控制開關(guān)接收到鄰近控制開關(guān)發(fā)出的重合失敗信號，或者沒能收到任何狀態(tài)信息，控制開關(guān)處于分叉狀態(tài)。收到鄰近開關(guān)成功重合信息，可以讓控制開關(guān)處于合閘狀態(tài)?？刂崎_關(guān)在分間狀態(tài)下，可以通過人工或者遙控方式對閉鎖開關(guān)恢復(fù)?？刂粕嫌伍_關(guān)保持閉合狀態(tài)，可以保證故障區(qū)域下游的正常線路可以穩(wěn)定供電。此種方式的運用在一定程度上滿足日常工作需求，減少傳統(tǒng)人工操作的時間，保證電力供應(yīng)穩(wěn)定性[6]。

2電網(wǎng)企業(yè)智能配電網(wǎng)運行管理改進技術(shù)未來發(fā)展方向

2.1量子計算助力智能配電網(wǎng)優(yōu)化與安全防護

量子計算在解決大規(guī)模、復(fù)雜配電網(wǎng)優(yōu)化問題方面具有巨大潛力。隨著時間技術(shù)的發(fā)展和市場需求，配電網(wǎng)規(guī)模會越來越大，且產(chǎn)量也會逐漸趨向于復(fù)雜發(fā)展，像不同區(qū)域的負荷需求、分布式電源出力、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)等方面的問題都急需完善。

2.1.1提升運行效率

智能配電網(wǎng)是一種基于先進的技術(shù)和全面數(shù)字化的系統(tǒng)，旨在更高效地管理和分配電能資源[7]。傳統(tǒng)的計算方法在對規(guī)模較大并且復(fù)雜的配電網(wǎng)優(yōu)化時，需要耗費的時間較長，無法保證計算效率。采用量子計算能夠?qū)崿F(xiàn)高效、高質(zhì)的解決潮流分布、無功優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等問題，保證將網(wǎng)絡(luò)損耗降到最低，提升系統(tǒng)運行效率和安全性。

2.1.2保證數(shù)據(jù)傳輸安全性

從安全防護領(lǐng)域分析，智能配電網(wǎng)運行期間會受到各個渠道的網(wǎng)絡(luò)攻擊，而量子計算能夠在現(xiàn)有的加密算法上做出深化，保證配電網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。以對智能配電網(wǎng)進行遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸為例，量子密鑰能保證在信息加密后，實現(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的“0”竊取和篡改。

2.1.3應(yīng)用場景和優(yōu)勢

在智能配電網(wǎng)領(lǐng)域，量子計算在負荷預(yù)測環(huán)節(jié)憑借強大的計算能力，能迅速處理海量歷史用電數(shù)據(jù)與環(huán)境因素信息，實現(xiàn)用電高峰的高精度預(yù)測，為電力調(diào)度提供前瞻性的規(guī)劃參考；分布式能源接入管理方面，物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算技術(shù)的邊緣設(shè)備能實時監(jiān)測分布式電源的運行狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，依舊能保證數(shù)據(jù)處理的時效性。二者相結(jié)合，能高效解決配電網(wǎng)運行管理中的數(shù)據(jù)處理、穩(wěn)定性保障等難題，為智能配電網(wǎng)穩(wěn)定高效運行打好基礎(chǔ)。

2.2融合物聯(lián)網(wǎng)與邊緣計算的智能配電網(wǎng)實時管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持智能配電網(wǎng)中全部設(shè)備互相連接、協(xié)同作業(yè)。

2.2.1全面性

配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，是與用戶側(cè)連接的部分，建設(shè)低時延、高可靠、廣覆蓋的配電網(wǎng)是實現(xiàn)電網(wǎng)輸配效率提升的基本保障[8]。工作人員在配電網(wǎng)設(shè)備上設(shè)置溫度、電流、電壓等不同類型的高精度傳感器，實時全面地采集設(shè)備運行期間產(chǎn)生的所有信息參數(shù)，并將收集到的海量數(shù)據(jù)上傳到云端，避免出現(xiàn)信息遺漏、缺失等情況。

2.2.2時效性

考慮到傳統(tǒng)上傳期間會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲的問題，采用邊緣計算作為輔助，將計算和數(shù)據(jù)存儲能力下沉，確保數(shù)據(jù)處理的時效性。比如，在某配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備溫度異常上升且超出標(biāo)準(zhǔn)閾值的情況，邊緣計算節(jié)點會根據(jù)對應(yīng)區(qū)域的參數(shù)變化展開計算分析，判斷故障情況和潛在隱患，并采取預(yù)設(shè)措施，確保對智能配電網(wǎng)的實時管理，持續(xù)性提升故障響應(yīng)速度，實現(xiàn)運行期間風(fēng)險的規(guī)避和排除。

3結(jié)束語

在智能配電網(wǎng)運行管理中應(yīng)用分布式電源接入技術(shù)、智能調(diào)度管理技術(shù)以及自動化檢測技術(shù)，可以解決智能配電網(wǎng)在運行過程中面臨的分布式電源接入網(wǎng)問題、電力調(diào)度問題以及配電網(wǎng)故障問題，充分借助于人工智能技術(shù)優(yōu)勢，全面提高智能配電網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性，能夠最大程度上保證配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】