淺析我國的智能化配電網

摘要：智能電網代表著未來電網研究和發展的方向，智能配電網是智能電網的重要組成部分，也是電網智能化的重要突破口。本文由建設智能電網的重要意義從而引出了智能配電網的概念、特性，介紹了支撐智能配電網的先進電力新技術，詳細分析了我國配電網的現狀，論述了我國智能配電網建設的規劃目標和發展路線，指出了建設智能配電網的重要性和必要性。

關鍵詞：智能化 配電網 技術 發展

1、引言

進入21世紀，與我們生活息息相關的電力系統正面臨著越來越多的挑戰，其中包括全球氣候變暖，能源壓力以及數字化社會對供電可靠性和電能質量的嚴格要求。為解決這些問題，我國已經把智能電網（Smart Grid）作為重大發展戰略，并在“十二五”規劃綱要中提出：適應大規?？鐓^輸電和新能源發電并網的要求，加快現代電網體系建設，依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設。建設智能電網，對于保障能源安全，應對氣候變化，發展低碳經濟，促進我國經濟社會全面、協調、可持續發展都具有十分重要的現實意義。根據目前國內外的研究報告，智能電網主要由四部分組成，分別是高級配電運行、高級量測體系、高級輸電運行、高級資產管理。在各個部分中，高級配電運行是目前裝備較薄弱的環節，所以在國際上關于智能電網的研究報告中，智能配電網是大家關注的重點[1]。

智能配電網（Smart Distribution Grid，SDG）是智能電網中連接主網和面向用戶供電的重要組成部分[2]。智能配電網有助于提高電網供電可靠性、系統運行效率以及終端電能質量;有助于實現分布式發電、儲能、微網的并網與優化運行，實現高效互動的需求側管理;有助于結合先進的現代管理理念，構建集成與優化的配電資產運行、維護與管理系統。智能配電網較傳統配電網更加堅強并具有更大的“彈性”，能夠滿足未來配電系統集成、互動、自愈、兼容、優化的要求[3]，最終為電力用戶提供安全、可靠、優質、經濟、環保的電力供應和其他附加服務。

2、智能配電網概述

2.1 智能配電網的概念

智能配電網就是以配電網高級自動化技術為基礎，通過應用和融合先進的測量和傳感技術、控制技術、計算機和網絡技術、信息與通信等技術，利用智能化的開關設備、配電終端設備，在堅強電網架構和雙向網絡的物理支持以及各種集成高級應用功能的可視化軟件支持下，允許可再生能源和分布式發電單元的大量接入和微網運行，鼓勵各類不同電力用戶積極參與電網互動，以實現配電網在正常運行狀態下完善的監測、保護、控制、優化和非正常運行狀態下的自愈控制[4]，引導用戶科學、合理用電，提高電能使用的經濟性和安全性。

2.2 智能配電網的特性

配電網的發展經歷了從傳統配電網到數字配電網再到智能配電網三個遞進階段，而智能配電網作為智能電網的重要組成部分，較傳統配電網具有以下特性：

（1）供電可靠性高：具有抵抗破壞的能力，對電力運行進行實時預測和故障智能處理，最大限度減少配電網故障對用戶生產、生活的影響，實現自愈。

（2）電能質量優質：利用先進技術，實現對電壓的監控，保證電壓合格，實現對電能質量敏感設備的高質量、連續性供電。

（3）兼容性強：能夠同時適應集中發電與分散發電模式，實現與負荷側的交互，支持風電等可再生能源的接入，擴大系統運行調節的可選資源范圍，滿足電網與自然環境的和諧發展。

（4）互動能力強：使用戶由被動的電力消費者變為電網運行管理的積極參與者，為用戶提供更多的服務，實現從以電力企業為中心向以用戶為中心的轉變。

（5）資產利用率高：及時有效的監測主要設備狀態，實施狀態檢修，延長設備使用壽命，合理控制潮流，降低損耗，減少設備投資，避免設備閑置和浪費。

（6）集成化程度高：實現實時和非實時信息的高度集成、共享與利用，為運行管理展示全面、完整和精細的電網運營狀態信息，同時提供相應的輔助決策支持、控制實施方案和應對預案。

2.3 智能配電網的技術支撐[4]

智能配電網需要有先進的電力新技術作為支撐才能夠平穩、有效地運行，可以說，智能配電網將諸多先進電力新技術有機集成、融合成了一個統一整體，這些新技術包括：

（1）高級配電自動化技術（Advanced Distribution Automation，ADA）:它是配電網革命性的管理和控制方法，是電能進行智能化分配的技術核心，更是智能配電網建設的技術基礎。它包含饋線自動化技術、配電網廣域測控技術、信息技術、分布式電源集成和停電管理系統等內容。相比較配電自動化（Distribution Automation，DA），高級配電自動化技術是對常規配電自動化技術的繼承和發展，是智能配電網中的配電自動化。ADA的主要特點體現在支持分布式電源的大量接入、深度滲透上。

（2）智能站控和配調技術：變電與調度是電力系統進行智能化的核心環節，智能變電站和智能配調技術在配電網進行智能化中起著至關重要的作用。智能變電站具有數據采集數字化、系統分層分布化、信息建模標準化、信息交換網絡化、系統功能集成化、設備檢修狀態化、設備操作智能化等多個特點；智能配調是現有的能量管理系統、配電管理系統、數據采集和監視控制系統等技術的結合和再升級，具有可視化互操作平臺、預測、交易與調度、快速安全穩定分析、智能保護整定、預警報警與事故處理等功能。

（3）自愈控制技術：智能配電網的自愈控制是指智能配電網能夠及時檢測出已經發生或正在發生的故障，并進行相應的糾正性操作，使其不影響對用戶的正常供電或將其影響降至最小[5]。自愈控制主要是解決“供電不間斷的問題”，也就是在無需或僅需少量人為干預情況下，監測電網的實時運行狀態，及時發現、快速診斷和消除故障隱患。

（4）分布式發電并網控制技術：智能配電網的主要特性之一是支持分布式電源的大量接入，它區別于傳統電網被動地硬性限制分布式電源接入點與容量，而是從有利于可再生能源足額上網、節省整體投資出發，支持分布式電源的“即插即用”，通過優化調度，實現對各種能源的優化利用。

（5）智能微網技術：通過采用先進的電力技術、通信技術、計算機技術和控制技術在實現微網現有功能的基礎上，滿足微網對未來電力、能源、環境和經濟的更高發展需求。智能微網技術涉及眾多技術領域，主要包括通信、傳感與計量、能量管理等。

（6）用戶服務和需求側響應技術：主要是指實現需方響應，系統和用戶雙向“互動”。在傳統電網中，用戶只是被動地接受供電，絕大部分用戶幾乎完全與電力零售市場和電能生產過程隔離。在智能電網中，用戶的用電模式和行為將會發生巨大變化，它能夠幫助電力系統平衡電能供需，可以通過響應分時電價或激勵措施而改變消費方式，從而在電力市場價格較高或系統可靠性受到威脅時減少用電量，達到削峰填谷，系統安全運行，節能減排的目的。

（7）智能配電網集成通信技術：通過高速、雙向、集成的通信系統，持續進行自我監測和校正，重新分配潮流，同時使不同的智能電子設備、智能表計、控制中心、保護系統等進行網絡化通信，提高配電網的駕馭能力和優質服務水平。

（8）DFACTS(Distribution Flexible AC Transmission System)技術:又稱定制電力，是柔性交流輸電（FACTS）技術在配電領域的延伸應用[5]，它是改善電能質量的有力工具，主要用來提高供電質量，消除三項不平衡，使電壓的幅值和波形符合要求。由于在低壓配電系統中電力電子器件的選擇范圍更廣泛，發展DFACTS技術更具有優越性，更容易滿足智能配電網對電能質量的要求。

（9）智能配電網資產管理：包括在線監測和實時數據、狀態檢修、資產全生命周期優化管理、工程管理、智能分析決策、可視化管理等內容。

3、目前我國配電網的現狀

3.1 積極方面

配電網直接面向用戶，是保證供電質量、提高電網運行效率、創新用戶服務的關鍵環節。近年來，國家電網公司持續加強配電網網架建設，統籌城鄉電網發展，加快新農村電網和城鄉配電網的建設，加大重點城市及地、縣級電網的改造力度，逐步消除了供電“瓶頸”。同時，配電自動化技術的研究較為深入并得到初步應用，配電網側分布式發電與清潔能源接入技術研究取得了較為顯著的成果，部分城市配電管理系統已經涵蓋了地理信息系統（GIS），生產管理系統（PMS），故障管理系統（OMS）和工作管理系統（WMS），并實現了與配電監控系統（DSCADA），客戶管理系統（CMS），企業資源規劃（ERP）等系統的對接，初步建成了配電生產業務高效處理的公共支撐平臺。

3.2 不足之處

目前，我國配電網整體供電能力和可靠性水平依然偏低，管理水平相對落后，配電自動化系統覆蓋范圍不到9％，遠遠低于先進國家水平。由于技術不成熟、網架結構調整頻繁、運行維護力量不足等原因，配電自動化實用化水平較低，部分裝置處于閑置狀態，配電側、用戶側通信信息網絡仍處于研究摸索階段，數據傳輸通道存在明顯不足。部分地區城市配電變壓器經濟運行水平不高，農村配電網負荷分散，點多面廣，運行環境差，發展不平衡。

3.3 需要解決的問題

我國配電網的發展明顯滯后于發電、輸電，因而急需解決以下問題：①配電網運行優化和自愈控制問題；②分布式發電并網運行對配電網的影響問題；③支持可再生能源發電的政策和市場運行問題；④配電阻塞問題；⑤用戶參與電網互動，進行需求側管理問題；⑦負荷參與電網調峰問題等。

4、我國智能配電網建設的規劃目標和發展路線[6]

4.1 我國智能配電網建設的規劃目標

國家電網公司在“2009特高壓輸電技術國際會議”上提出了“堅強智能電網”的發展規劃，根據堅強智能電網總體發展目標（配電環節），到 2020 年，要基本建成網架堅強、網絡智能的配電網絡，配網可靠性、運行效率、供電質量和主要技術裝備達到國際先進水平。規劃提出，將分三個階段推進配電智能化的建設：

第一階段（2009～2010年）

主要目標是：高質量完成配電環節智能化試點建設任務，在部分急需的關鍵設備和技術標準方面取得突破，為后續建設積累寶貴經驗，打好基礎；做好試點城市的配電自動化與配網調控一體化智能技術支持系統建設工作，按時完成建設方案編制和有關建設任務；積極開展配電環節的關鍵設備研制，尤其要保證用于試點建設的關鍵設備研制進度；加快推進標準制定工作，結合試點工程建設，完成一批和配電環節智能化建設緊密相關的標準的制定工作，基本滿足后續建設的需求。

第二階段（2011～2015年）

主要目標是：實現配電自動化和配網調控一體化智能技術支持系統建設對重點城市的覆蓋，使覆蓋區域內的供電可靠性、電網運行效率和電能質量得到全面提升；配電信息化系統功能得到進一步拓展和完善，并實現大范圍應用，有效提高配電網運維管理集約化水平；在試點基礎上，分布式發電、儲能和微網系統得到較大規模應用，初步發揮出其對提高供電可靠性和幫助系統削峰填谷等方面的作用；在配電智能化關鍵設備方面取得全面突破，得到廣泛應用，產品質量和國產化率穩步提高；技術標準體系初步完善，有效推動和規范配電環節智能化建設。

到“十二五”末，城市配電網供電可靠率達到99.97%，綜合電壓合格率達到99.2%，線損率進一步下降到6.0%；農網綜合線損率低于6.2%、供電可靠率高于99.73%、綜合供電電壓合格率高于98.45%。

第三階段（2016～2020年）

主要目標是：進一步完善配電自動化系統和配網調控一體化智能技術支持系統，以經濟實用為原則，擴大系統覆蓋范圍，擴展系統應用功能，使得系統在提高配網供電可靠性、電網運行效率和電能質量方面發揮更大作用；進一步加強和完善配電信息化系統有關應用功能，拓展應用范圍和應用深度，各類應用功能之間實現有機整合，配電環節和調度、用電等環節實現高效互動，對配電網運維管理集約化起到全面支撐作用；全面掌握分布式發電、儲能和微網系統的接入與協調控制技術，在提高電網可靠性和提升電力系統整體運行效率方面取得較大的綜合效益；配電智能化關鍵設備得到全面應用，部分國產核心設備達到國際一流水平；形成完善的配電相關技術標準體系，在國際智能電網技術標準制定中的影響力顯著提升，并掌握一定的主導權。

4.2 我國智能配電網建設的發展路線

（1）通過采用先進的自動化、通信、信息技術，循序漸進地分階段、分層次規劃和實施，逐步提高配電自動化系統與配網調控一體化智能技術支持系統的覆蓋范圍，充分發揮堅強配電網架的潛力，實現配電網的全面監控、靈活控制、優化運行以及運維管理的集約化，大幅度提升電網整體的可靠性和運行效率。通過與其他應用系統的互聯，擴展諸如保電管理、事故緊急處理等功能，進一步滿足智能配電網發展的需要。

（2）通過加強配電信息化系統建設，完善配網已有信息化系統建設，拓展適應配電網未來發展趨勢的新型應用功能系統，促進配電網生產指揮與運行維護集約化，消除信息孤島，有效整合配電各類應用系統之間的數據與功能，深化與調度、用電等環節的互動，提升配網的整體生產管理水平。

（3）通過研究和推廣分布式發電、儲能及微網的接入與協調控制技術，深入分析對電網負荷特性以及生產運行帶來的影響，正確引導，逐步擴大分布式發電、儲能與微網在電網中的應用規模，逐步提高協調控制能力，充分發揮新型分布式發電、儲能與微網技術能源利用效率高、節能減排效益明顯、電熱冷三聯產綜合效益好的優點，提高系統的供電可靠性，改善系統的峰谷特性，使其成為未來大型電網的有力補充和有效支撐。

（4）通過關鍵技術進步與突破，推動配網智能化建設，包括深入開展配電自動化標準體系研究；開展智能配電網自愈控制技術、設備智能監測與預防性維護技術等確保高可靠供電的關鍵技術研究；開展超導技術應用、分布式儲能與大電網協同互動等前瞻性課題研究，占領相關科技制高點。

5、結束語

配電網的智能化是統一堅強智能電網的重要內容，結合我國配電網建設的實際，掌握智能配電網核心支持技術，賦予配電網自預測、自預防、自優化、自恢復、自適應的能力，對于提高我國配電網的自動化和可靠性水平、改變傳統電網的控制方式和建設具有較優越綜合性能、較高運營效率、較好社會效益、較低投資成本的統一堅強智能電網，推動我國配電網技術革命和解決人類所面臨的能源、環境、氣候等問題都具有重要意義。

參考文獻：

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[5]徐丙垠，李天有，薛永瑞等.智能配電網講座第一講智能配電網概述[J].供用電，2009，26

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[6]國家電網公司.國家電網智能化規范總報告[R].2010:105－110.