智能電網(wǎng)對配電網(wǎng)設(shè)計的影響探究

馬祖濤

摘要：智能電網(wǎng)將對未來配電網(wǎng)的發(fā)展前景產(chǎn)生廣泛和深入的影響。智能電網(wǎng)必須具備包括自愈性、高可靠性、可以進行能量管理以及實時制定上網(wǎng)電價等多個特性。從配電網(wǎng)設(shè)計的角度出發(fā)，智能電網(wǎng)必須結(jié)合諸如智能儀表、自動控制、通訊、分布式電源或儲能裝置等多種新技術(shù)。對智能電網(wǎng)對配電網(wǎng)設(shè)計可能產(chǎn)生的影響進行討論。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)設(shè)計;配電網(wǎng)自動化;智能電網(wǎng)

隨著科技水平的不斷進步，電力工業(yè)中不斷地涌現(xiàn)出新的技術(shù)，如何將最新的科技成果應(yīng)用于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中，是電力科技工作者不懈的追求。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)多為輻射狀結(jié)構(gòu)并無法和外界進行信息交換，而未來的配電網(wǎng)將更多地采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并具備智能功能。本文將首先介紹當前國外智能電網(wǎng)主要的研究動態(tài)，重點討論智能電網(wǎng)下和配電網(wǎng)設(shè)計相關(guān)的潛在技術(shù)以及這些技術(shù)的集成問題。

1、各種技術(shù)對配電網(wǎng)設(shè)計的影響

在研究智能電網(wǎng)的諸多課題中，智能電網(wǎng)對現(xiàn)有配電網(wǎng)的影響;智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布局與現(xiàn)有配電網(wǎng)的相互關(guān)系都是有待深入研究的課題。為了回答這些問題，本節(jié)將分別介紹智能電網(wǎng)和現(xiàn)有配電網(wǎng)設(shè)計相關(guān)的各種技術(shù)。

1.1智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施

智能電網(wǎng)將在每個用戶服務(wù)中心裝設(shè)先進的智能儀表。這些儀表在計量時將具有雙向通訊功能，可以從遠方連接或斷開服務(wù)、記錄波形、監(jiān)測電壓和電流、支持使用時間和實時計費結(jié)構(gòu)。這些智能儀表和當前普通儀表裝設(shè)的位置相同，因此將不會在設(shè)計上產(chǎn)生直接的影響。但是這些智能儀表將產(chǎn)生大量供運行和規(guī)劃使用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來實現(xiàn)更高的可靠性和資產(chǎn)評估。

智能儀表可能帶來的最大的改變將是在實時計費領(lǐng)域。真正的實時計費將趨向于平衡配電系統(tǒng)的負荷模式;同時，這些儀表將為各種智能應(yīng)用提供自動響應(yīng)接口。從設(shè)計的角度出發(fā)，有關(guān)峰值負荷數(shù)據(jù)將是最重要的。如果每個用戶的峰荷減少，供電線路可以設(shè)計得更長，允許的電壓將會更低，電纜的線徑可以更小。最有可能的情況是基于智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施將使供電半徑增加。

1.2配電網(wǎng)自動化

配電網(wǎng)自動化指位于供電線路之外監(jiān)控、控制和通訊功能。從設(shè)計的角度出發(fā)，配電網(wǎng)自動化最關(guān)鍵的方面是保護和開關(guān)操作，通常這兩者都集中到同一個裝置中。當今配電網(wǎng)自動化在配電網(wǎng)中可以視為一個費用合理的智能節(jié)點。這些設(shè)備可以通過開斷短路電流、監(jiān)視電流和電壓、和其它節(jié)點通訊、自動重構(gòu)系統(tǒng)來恢復(fù)用戶供電或?qū)崿F(xiàn)其它目的。快速而靈活地重構(gòu)一個供電線路是智能電網(wǎng)的一個重要組成部分，這種能力是由配電網(wǎng)自動化來實現(xiàn)的。它既需要配電網(wǎng)各組成部分有足夠的容量來接受和傳輸電能，也需要保護裝置在一個重構(gòu)的系統(tǒng)中可以合理地隔離故障。這兩方面都對配電網(wǎng)的設(shè)計有影響。目前，多數(shù)配電網(wǎng)系統(tǒng)都設(shè)計成一個主干三相線路帶單相支線。主干線路接收由位于供電半徑中心的變電站傳輸過來的電能，而單相支線用于連接主干線路和負荷。實際配電網(wǎng)系統(tǒng)含有多個支路，通常是以開環(huán)或者其它復(fù)雜方式運行并保留互相交跨的接線方式。

智能電網(wǎng)不僅僅是以最小費用連接變電站和用戶，同時它也是一個可以快速和靈活重構(gòu)的系統(tǒng)。因此，未來的配電網(wǎng)將被設(shè)計成一個含有多個配電線路的智能電網(wǎng)，這個智能電網(wǎng)可以連接多個變電站。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)都采用時間-電流相配合的保護裝置，這些裝置都位于遠離變電站的一側(cè)。但是對于智能電網(wǎng)而言，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是靈活可變的，從設(shè)計的角度出發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)保護將不得不同時規(guī)劃從而保證保護在各種情況下的合理配置。

1.3分布式電源

分布式電源是連接到配電網(wǎng)的小容量發(fā)電機或儲能裝置。對于穿越功率小的系統(tǒng)（大約為峰荷容量的15%左右），分布式電源在連接點的保護配置將對配電網(wǎng)設(shè)計沒有大的影響。

一個智能電網(wǎng)將可能擁有更大容量、接入靈活的分布式電源。在這種情況下，配電網(wǎng)將和一個小型的輸電網(wǎng)類似，它需要考慮諸如非輻射性潮流、更高的短路容量等輸電網(wǎng)中常出現(xiàn)的問題。配電網(wǎng)設(shè)計另外需要考慮問題包括在孤島情況下的運行能力問題、減輕配電網(wǎng)優(yōu)化潮流的限制問題、分布式電源和實際電廠運行配合的問題等。

2、智能電網(wǎng)的集成

如上節(jié)介紹，如果一個配電網(wǎng)同時具有智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施、眾多的配電網(wǎng)自動化設(shè)備、高穿越功率的分布式電源等多項技術(shù)，每個技術(shù)都將對配電網(wǎng)的設(shè)計產(chǎn)生影響。但是，一個真正的智能電網(wǎng)將不會分別處理這些技術(shù)帶來的問題，而是綜合考慮這些技術(shù)，使這些技術(shù)能實現(xiàn)效益的最大化。

很多集成功能和通訊系統(tǒng)、IT系統(tǒng)及商務(wù)流程有關(guān)。配電網(wǎng)設(shè)計時要同時綜合多項技術(shù)帶來的優(yōu)點，使智能電區(qū)*逐步建設(shè)成一個網(wǎng)狀的配電中樞。這個智能電網(wǎng)相對于輸電網(wǎng)而言更像以輻射狀運行，但是相對與分布式電源而言又不是輻射狀運行。保護這個配電中樞需要足夠的智能策略，即保護裝置的整定可以隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。輻射線路的接頭仍然可以接到配電中樞，但是支線保護可以逐漸取消熔斷器;支線上的配電網(wǎng)自動化裝置將更為普遍，支線將逐步設(shè)計成環(huán)狀或更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

目前，配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計傳輸電能到用戶時，線路的電壓必須在不過載的情況下運行于一個允許的范圍。在智能電網(wǎng)中，這一標準也是成立的。在設(shè)計智能電網(wǎng)時需要考慮費用、可靠性、發(fā)電的靈活性和用戶的選擇。

結(jié)論：

綜上所述，未來的配電網(wǎng)將同時擁有智能儀表、可靠的通訊能力、廣為使用的配電網(wǎng)自動化設(shè)備、分布式電源和儲能裝置。通過集成這些技術(shù)，智能電網(wǎng)可以具有自愈性、供電可靠性更高、電能質(zhì)量更好、可以抵抗互聯(lián)網(wǎng)的攻擊、多方向運行的潮流、設(shè)備利用率更高、運行成本更低、用戶選擇更多等多個優(yōu)點。智能電網(wǎng)下配電網(wǎng)的設(shè)計將和現(xiàn)在的配電網(wǎng)有顯著的不同，改造目前的配電網(wǎng)，使其適應(yīng)未來智能電網(wǎng)的發(fā)展將是一個漫長的路程。

參考文獻

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