新農村發展視域下電網智能化建設改造技術探討

陳慶輝

摘 要：隨著我國綜合國力的增強，新農村建設進程也在持續加快，這不僅體現了時代發展的趨勢，同時也是我國2020年全面建成小康社會的內在要求。新時代背景下，電力能源的應用愈發普遍與必要，農村電網作為保障農村電力供應的基礎，既要適應技術發展的規律，也要滿足國情發展的特點，以此來推動農村民生、經濟及建設的深入發展，為新農村建設目標的提前實現提供保障。因此，如何提升農村電網供電能力與可靠性，在信息化時代下實現電網的智能化管理，勢必成為當下最為緊迫的問題。本文以新農村發展為背景，以國內外發展對比的方式，闡述了當前農村智能電網發展的現狀，并對電網智能化建設的可行性加以分析，最終形成電網智能化改造技術方案，以期通過電網智能化改造技術的應用，為今后新農村電網改造提供有效參考。

關鍵詞：新農村;電網智能化;改造技術

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0182-03

0 引言

近年來，在國家經濟持續向好發展的形勢下，新農村建設步伐不斷加快，建設成果日益凸顯。在加快全面建成小康社會的進程中，農村電力需求同樣實現了成倍增長，并且農村用電結構也產生了顯著變化，對農村基礎電力設施的建設需求日益提升。新農村建設的持續推進，增加了農村電力市場的需求，供電量占比逐年增加，目前已達到了50%左右。在這一時代變革之下，突出新農村電網智能化建設，在為新農村發展提供能源保障的同時，還能夠進一步開發農村電力市場，改善農村生活條件，并為未來的鄉村振興發展目標實現發揮不可替代的作用。

1 新農村建設的政策背景

進入21世紀以來，我國經濟社會迅猛發展，人民生活水平日益提升，為社會的和諧與進步發揮著重要的推動作用?！叭r”問題歷來是我國重點聚焦的發生問題，新農村建設目標的提出，不僅適當了時代對于農村發展的要求，更是有效解決“三農”問題的關鍵途徑。與此同時，自黨的十八大以來，“精準扶貧”“鄉村振興”等眾多農村戰略相繼提出，使新農村建設的層次持續提升，標準著農村發展再次進入了一個新時代。社會的發展推動著對能源的新需求，尤其是在傳統能源與清潔能耗的更迭期，電力能源越發受到關注。事實上，電力作為重要的能源保障方式，已經在社會建設發展的各個領域得到深入應用，從新農村建設的層面而言，電力是最為重要的能源之一，如果不能獲得有效的保障，顯然會嚴重阻礙新農村的發展，并引發一系列的民生問題。

現階段，新農村建設已然進入新的發展時期，特別是網絡信息化、智能化、一體化時代的來臨，標準著社會發展方式將產生顯著變革，而這對于農村電力能源供應也同樣重要。在早期的農村電網建設過程中，往往更側重于城市電網的發展，導致農村電網建設逐步落后，從農村電網的格局看，以線路長、范圍小、負荷弱為特點，這也是農村電網設備功能單一、運行環境差、故障頻率高的根源所在。為此，在新農村的建設發展過程中，將農村電網智能化改造作為重要的任務，以彌補傳統的監測手段落后、人工抄表、故障檢測慢等缺陷，更好的適應現代電力技術發展的優勢，為新農村電網智能化水平的發展助力。[1]

2 智能化電網的發展特點及現狀

在互聯網快速發展的如今，智能化逐步成為社會各行業探索的焦點。智能電網也逐步被提出及應用，智能電網依托于物理電網智能化設備的融合，如智能通訊技術、智能信息技術及智能控制技術等，通過各個智能模塊之間的高度集成，為電網用戶提供環保、經濟、安全、互動的電力能源服務。而這種高效、智能的電網供應模式，已經在我國得到了越來越多的運用，并快速成為未來電網變革的新目標。從智能電網的特點上分析，智能電網的建設與投入，不僅可以保證電力能源的持續供應，還可以推動更高效的能源開發，促進清潔能源的發展，實現社會能源產業的低碳、環保。同時，在智能電網視域下，還可以促進能源結構的優化，使能源發展更加注重優勢互補性，為社會提供更為便捷、安全、高效的能源，保證社會能源需求的供應和發展。

自2003年，美國《Grid2030—電力的下一個100年的國家設想》公布后，美國及歐洲等西方發達國家，在智能電網領域已經有所建樹，基本完成了對智能電網產業的布局和建設，其優勢也得到了逐步彰顯，一是能源需求逐步下降;二是節約了勞動力成本;三是安全性能突出。2009年1月，美國白宮《經濟復興計劃進度報告》也正式對外公布，報告中指出：計劃在三年內完成4000萬個智能電表的配置，并將額外投資40億美元加快實現電網現代化，預計到2030年投資總規模將達到1.5萬億美元。歐洲在智能電網的發展方面，基本與美國保持著一致性，其根據自身的能源特點，大力發展風電及太陽能等綠色能源，據著名的Simens公司表示，預計到2030年歐洲將為智能電網系統投入5000億歐元，并且在現階段已經開始了大范圍的電網建設項目，使電力能源的供應效率不斷上升。[3]

相較于國外智能電網的發展而言，我國在智能電網技術領域研究起步晚，在實踐方面缺乏技術和經驗，但在我國科技工業及經濟領域發展的推動下，已經逐步開始實現著“彎道超車”的變革，不斷在智能設備領域取得突破性進展，打破了傳統領域上的國際技術壟斷態勢。比如，在特高壓電網我國已經步入世界前列。2009年至今，我國電網公司便開始致力于智能用電技術研究，不僅對技術路線實現了優化，還借鑒國內外經驗進行系統化的研發，以幫助電網領域提供優秀的解決方案。2012年5月國家《智能電網重大科技產業化工程“十二五”專項規劃》中，將智能電網推上了新的時代高度，對未來10至20年的智能電網建設進行了規劃，并預計投入4萬億元，以為我國城鎮化與城鄉配套發展提供智能保障，主要包括智能電網及其配套設備、控制系統、智能配電等，以實現電網系統優化與改造的協調發展。[2]

3 新農村電網智能化建設改造整體方案設計

3.1 電網智能化建設設計要求

新農村建設視域下的電網智能化建設，將對未來新農村建設發揮重要作用，在實現智能化建設的過程中，要突出參數測定、通信、保護等相關功能一體化的特點，實現動態補償無功功率、消除諧波畸變、電壓波動等功能，滿足農村電網通信數據全覆蓋需求。一方面，在進行農村電網智能化改變時，要突出箱式變電站的主體地位，研制和應用新型智能箱變設備，并依據不同的建設方案進行選擇與改良。例如，智能數據通訊中的有效與無線方案上，利用智能管理模塊對高壓回路、低壓主回路及分支回路的電流、電壓、開關狀態等數據實施遠程監管，發揮箱變的數據傳統中心的功能。另一方面，電網智能設備應具備數據采集、報警、事件記錄、遠程控制及數據存儲等功能，并支持無人值班接口和饋線保護等。[2]

3.2 電網智能化改造的可行性分析

電網智能化建設改造技術主要在于實現技術的智能，包括自動化、互動化和信息化等特點，在管理上體現信息的快速處理和反饋，以滿足智能化所指出的內在需要。新農村電網智能化建設改造，就是要依托現代電網智能技術的優勢，完善電網的基礎配置與管理，從而實現現代農村電網智能模式的轉換，而對于其改造技術的可行性問題，仍然是重要的關注內容之一。傳統背景下的農村電網由于建設時間長，技術水平低，線路設計不科學，導致變電站運行電壓偏低，影響了線路末端用戶的電能使用。而在智能電網技術的支持下，電網線路末端的電感裝置，將會對電壓數據信息進行實時的反饋，并通過運行電壓的調節，使線路末端始終保持在適當的電壓水平。數據信息的融合是農村電網智能化的主要特征，利用變電站、線路數據及傳感裝置等功能發揮，使農村電網數據能夠實現整體對接，幫助完成電網的智能化管理。依據農村電網結點分散的特性，在實現農村電網智能化的進程中，要充分應用智能計量通信技術，發揮出信息數據傳輸的優勢，對各類數據加以統籌管理，并配合需求控制響應系統，利用雙向通信監控系統實現負荷的調控。農村電力供需變化給電能質量提出更高要求，因此可以利用電網智能化控制終端，結合電網各結點的傳感裝置，加強對電網的諧波監控，優化電力能源傳輸能力，大幅提升電網運行的質量。現代電網的動態管理是重要內容之一，采取智能化管理技術的農村電網，可以依賴各傳感通信技術，不僅實現對電能供應的智能調節，還可以對電力故障進行快速診斷，避免線路負荷過載或者設備損壞，提升農村電網管理的安全性和高效性。[4]

3.3 電網智能化整體方案系統結構

從圖1的智能電網系統結構圖所示，間隔層設備除視頻攝像頭安裝于戶外，其余智能設備均安裝于各分支開關設備之中。從技術功能上看，智能電表、智能數顯表、智能斷路器、溫度采集設備及智能視頻監控等設備，發揮著系統信息的采集、測量、控制、保護及監控功能，并通過各設備之間的技術銜接，使相關的電網運行管理信息及反饋信息進行遠程傳輸，在標準通訊協議下實現區域信息的共享。

在智能化系統中，通訊層的主要功能是實現各智能設備之間的連接，即實現間隔層與站控層之間的數據交互功能。一般情況下，通訊層所使用的通信端口通常以光纖對外通訊，利用光纖數據的優異性實現遠距離、大容量的數據通信，并且還可以減少外部對數據通信的干擾，為智能技術的應用提供基礎保證。

站控層所采用的是具備SCADA功能的配電綜合自動化軟件，包括數據采集、報警、記錄、遙控、數據儲存等眾多功能，同時還能夠實現無人值班變電站的對接，使新農村電網智能化改造具備更為高效的應用階段，并在各項功能的銜接與應用中，使電網能夠進行遠程設置、修改、操作，并全面完成動態管理的實踐。

3.4 電網智能化改造通訊聯絡技術

基于現代網絡信息化時代下的電網智能化改造，具備了傳統電網建設中所沒有的優勢，包括設備的科技水平、通信技術標準、遠程控制功能等，而通訊聯絡技術作為智能化改造的核心，更需要進行全面的設計。將智能箱變、支路配電箱、集裝表箱及用戶智能表等進行連接，從而構建起創新式的管理網絡，并通過對相關設備管理的統一軟件系統的開發應用，實現各個智能設備之間的無縫連接。[5]如圖2所示。

通訊管理機作為通訊網絡架構中必不可少的配網遠動終端，在整體的通訊技術下發揮著數據傳輸、通信參數管理、通信協議驗證等作用，從而對通訊管理機下級的局部網進行操作和管理，進而對智能箱變支路配電箱、集裝表箱及用戶智能表加以統一管理，并對命令執行和反饋數據進行傳輸。而后，這一管理過程再由無線通信模塊與相關的調度管理站進行連接，在上傳電力數據的同時進行指令執行，使遠程調度功能得以實現。

通常情況下，通訊管理機安裝于智能箱變柜中，數據采集均采用RS485方式和通信管理機相連。通訊管理機的數據用戶配比上，每戶用戶均配置一臺智能表，以滿足對用戶電能數據的采集需求，同時在每個集裝表箱內安裝4臺智能表，包括一臺剩余電流動作保護器。由于農村電網用戶分散的特點，通訊管理機的通信距離相對較遠，而采取485通訊方式將可能造成數據信息的丟失，因此為保證數據信號的穩定傳輸，會在兩個設備終端之間安裝一臺485中繼器，以此增加數據傳輸的穩定性和可靠性。支路配電箱內安裝智能塑殼斷路器，每臺支路配電箱負責分管本支路集裝表箱，當本支路發生故障，智能斷路器能夠快速反應切斷回路避免事故擴大、保護下級智能設備。

智能箱式變內有智能數顯表、智能斷路器，溫濕度采集器、變壓器溫控儀等智能設備，這些設備構成了完整的電網智能化管理網絡，依托各設備對配變臺區主回路和各分支回路的電流、電壓、功率等電能數據的采集和處理，為電網管理提供重要的操作依據。同時，它還可以對變壓器溫度、母排接頭溫度、開關狀態量、三級漏保中各級剩余電流、配電室環境狀況進行實時檢測，并利用數據傳輸端口進行反饋。此外，在智能箱變的智能監控上，還能夠依賴視頻監控設備進行實時的視頻監測，從而與后臺監控中心完成各層面的對接。

4 結語

總之，隨著國家經濟的發展和科技的進步，新農村建設進程無疑將進一步加速，特別是在網絡信息化快速變革的時代，日新月異的智能控制、數據通信及大數據管理技術，必將使電網智能化技術越來越趨向于成熟。對于新農村電網智能化建設改造工程而言，其實踐意義與技術價值同等重要，依托于電網智能化建設的技術及發展優勢，不斷簡化電網故障處理程序，提升電網的智能化服務效率，實現新農村建設與城市化技術應用同步推進，而這不僅是我國社會現代化的重要基礎，更是對我國未來農村發展的期許，對我國的2020年目標具有重要的推動價值。[6]

同時，也要明白智能電網的建設改造之路沒有終點，并且需要付出更大的努力，才能縮短與國際上的差距，以適應我國成為世界強國的目標。當然，在農村電網智能化建設過程中，還要積極借鑒成功經驗，不斷進行技術拓展與創新，結合農村電網規劃的實際循序漸進，為我國農村電網智能化改造的發展提供不竭動力。

參考文獻

[1] 孫峰.農村電網改造存在的問題以及對策[J].山東工業技術，2015（17）：170.

[2] 韋賢廣.農村電網改造技術措施探討[J].技術與市場，2014（10）：38-39.

[3] 鄧宏，趙武.國內外智能電網的發展現狀與分析[J].電力設備，2016（12）：55-59.

[4] 陳立，陳群.基于農村配電網智能改造整體解決方案的研究[J].電力世界，2016（05）：82-83.

[5] 宋晶晶.新農村建設中智能電網建設問題研究[D].福州：福建農林大學，2014.

[6] 張仲侃.淺析智能化農村配網建設[J].科技與創新，2015（18）：143.