電力系統智能配電網設計研究

焦迎雪

山西鐵道職業技術學院，山西 太原 030013

0 引言

與傳統電網對比，智能電網最大改革內容為配電網，智能配電網能夠接入大量可再生能源，實現微電網的運行，使不同電力用戶與電網能夠互動。由于配電網是分布式電源接入其接入點，存在雙向電力潮流，配電網調度控制和運檢管理趨同于輸電網。目前，電力系統配電網自動化缺乏良好管控局面，還存在雙向互動服務壓力。所以，實現電力系統智能配電網的設計具有重要意義。

1 智能配電網概述

1.1 智能配電網的構成

智能電網包含電力系統所有領域，基于一次、二次設備，與電力電子技術、計算機技術和通信技術相互結合。基于技術層次分析，現代電網和未來智能電網的不同主要在于新能源發電、電力市場化、電能質量、電網自愈能力等方面。智能電網實施是基于電力系統和通信系統高度集成與發展創建智能電網體系，包括智能輸電網和配電網。

智能變電站能夠實現電網智能化的運行與控制，根據智能化電力調度目標實現基于同步信息的廣域保護和緊急控制一體化的創建，對電力系統原件保護和控制、區域穩定控制、緊急控制系統等綜合防御體系進行協調。由于電力系統特點為廣域動態化，要求智能電網保護控制基于數據信息交換，解決全局與局部的功能問題、速度協調問題，實現分布保護控制與廣域控制的協調性[1-3]。

智能配電網的組成部分如下：

（1）配電網主體部分，由配電網與變電站構成；

（2）配電網運行樞紐，由微電網、開關、環形電路構成；

（3）配電網終端，由配電設備、全球定位系統、通信網絡、智能終端等設備構成，通過配電網終端能夠使用戶連接配電系統。

隨著經濟的不斷發展，用電量顯著增加，傳統配電網無法使用戶用電穩定性需求得到滿足。智能配電網的使用有助于保證電壓運行穩定，電氣設備在用電高峰時期也不易被燒壞。

1.2 智能配電網的優勢

智能配電網能夠實現電力系統發電、送電、變電、配電，最后將電送到用戶。在電能配置過程中，需以本地區用電情況合理計算負荷并且分配。由于家庭用電和工業用電不同，在配電時有根據的計算電能分配，從而保證配電網的安全性。另外，根據配電高級優先的原則，綜合控制配電復合，對智能配電網的運行進行全天候控制。對比傳統配電網來說，智能配電網具有較強的安全性，將物聯網作為基礎，集成現代通信技術、傳感技術等高新技術，從而構成全新電網，可以保證供電的安全性。智能配電網自愈功能能夠降低對用戶停電的損失，使用綜合技術能夠有效滿足用戶對電力質量的需求，適應整個市場的實際發展需求。在經濟不斷發展的過程中，人們對電量的需求也越來越多，但是環保也尤為重要，所創建的智能配電網能夠對資源配置進行優化，從而實現經濟環保。另外，智能電網的數字化、信息化與自動化發展也促進了智能配電網的建設。

2 智能配電網的設計需求

2.1 測量數據精準性

為了提高智能配電網設計的實際水平，需重視配電網測量控制終端設計問題。配電網終端是通過配電設備、供料器和通信網絡等構成作為配電網主要構成，智能終端為實現智能配電網設計主要設備支撐。在實際設計中，保證測量數據精準性尤為重要，還需保證實際控制測量效率[4-6]。

2.2 用戶、管理與運行自動化

自動化設計是電力系統智能配電網設計的主要環節，目前電力系統自動化已經成為電力行業發展主要方向。電力系統需保證配電網自動化，從而有效適應當前電力市場，主要包括用戶、管理與運行三方面的自動化。用戶自動化指的是操作人員根據計算機技術實現用戶信息管理和自動抄表工作。提高電力系統經濟效益的來源為收取用戶電費，抄表過程就是收取電費的主要根據，對電力系統發展建設尤為重要。傳統抄表工作人工成本比較大，操作效率較低，會產生抄表誤差，自動化抄表則能夠有效解決此問題。管理自動化指的是使用計算機技術管理配電網設備組成和實際運行狀態，對比傳統管理技術，自動化管理能夠節約人力資源，有效避免管理漏洞，提高配電網電力系統的管理水平。運行自動化是使用計算機技術方便配電網運行階段合理控制，如果存在數據錯誤，系統能自行調整，從而提高系統整體運行的效率。

3 智能配電網的設計

3.1 調度支持系統界面

在系統界面設計過程中要顯示基本圖形，包括多類型圖形，并以不同類別顯示。另外，還要能夠實現多圖顯示。在接線圖管理時，調度支持系統管理配電網接線圖，要求調度人員對接線圖審核后對比前后接線圖，將兩者差異性信息展現出來，并記錄下來，確認審核結果后更新電網接線圖。此系統能夠分析供電和停電范圍，打印接線圖[7]。

在配電網運行信息可視化展現中，利用箭頭表示線路潮流，箭頭與潮流的流動方向相同，箭頭大小與潮流大小、流動速度存在正比關系。將配電潮流顯示出來，查看具體情況，保證最終效果。在設備運行過程中，通過三維圖形將設備運行的信息展現出來，柱子的高低表示力大的大小，柱子長度表示無功容量。鼠標移動到某柱子時，系統利用數字化方式顯示全部指標。調度支持系統的構成如圖1所示。

圖1 調度支持系統的構成

3.2 數據監控和收集

在監控和收集數據時，要便于配電網的全程監控，以有效解決配電網中的故障問題。通過載波與光纖的組網技術實現數據監控和收集，在配電網中覆蓋設計技術，對配電網進行整體監控。一旦配電網設備存在故障，通過上述技術能夠及時收集故障數據，并反饋給工作人員，工作人員對數據進行科學分析，并查找監控信息，以有效解決故障，從而提高故障分析效率和系統運行效率[8]。

3.3 可視化設計

在電力系統智能配電網設計過程中，需重視可視化設計，利用計算機系統與圖像的方式充分展現配電網數據與信息，便于計算機人員對配電網的運行進行可視化操作。工作人員在可視化設計中通過計算機輸入信息，解決實際配電網的故障問題。

3.4 圖形顯示和接線圖管理

在對調度支持系統圖形界面設計過程中，主要包括電氣、電纜網和開關站圖等接線圖，利用單線圖、區域圖、全網接線等方式展現電氣接線，在接線圖中顯示配網運行信息，實現多圖顯示、視圖縮放等功能。

3.5 配網潮流顯示

通過潮流能夠將電流、無功、有功顯示出來，使用戶通過鼠標點擊選擇。通過餅圖能夠顯示線路潮流的占比，圓餅表示100%線路容量，流過潮流表示為藍色。假如線路潮流大于線路容量80%的時候，圓餅就會擴大，表示為紅色。

另外，通過層次結構圖、全網主接線路對全網母線電壓高低、變壓器負載進行分辨。在全圖中利用不同顏色表示負載輕重、高度水平，以離線數據和實時數據實現數據的導入。

線路負載等高線能夠顯示負載情況，通過不同的顏色標識相同的電壓等級線路；變壓器負載等高線能夠利用不同顏色將變壓器復雜的情況展現出來，類似于節點電壓等高線。節點等高線結構如圖2所示，其中“12”表示主接線，“13”表示母線。

圖2 節點等高線結構

3.6 三維圖形旋轉

無功設備、變壓器在同幅圖中比較密集時顯示三維圖形，前面的圖形會遮蔽后面的圖形。如果不方便觀察，判斷將可能出現失誤。通過三維圖形旋轉的功能使圖形到任意角度進行旋轉，便于觀察。利用調度支持系統設置SCADA/EMS接口，然后利用地理圖、數據、主接線圖對配網進行智能分析。調度支持系統能夠直接通過接口服務器和SCADA/EMS等系統和可視化系統進行連接，如果不同區需設置隔離裝置。系統數據傳輸結構如圖3所示。

圖3 系統數據傳輸結構

3.7 繼電保護的選取

在現代配電網光纖化發展和智能化轉型建設過程中，智能配電網繼電保護方案一般使用電流差動保護位置。但是，電流差動保護在傳統意義上是為了充分發揮智能配電網繼電保護優勢，要求每段線路兩側都設置獨立運行電流互感器和斷路器設備，增加了智能配電網投入成本。可知，當前的智能配電網保護和控制工作要將重點放到傳統電流差動保護合理改進的基礎上。另外，充分考慮高電阻接地故障狀態。智能配電網差動保護性能存在嚴重阻滯，導致明顯拒絕動作，使電流差動保護作為智能配電網繼電保護方式時，增加了傳輸通道對應保護數據信息的傳輸難度。尤其是針對智能配電網較長電線線路來說，即便是電流速斷保護動作響應速度最高，也無法解決因為網絡不暢通導致的保護時延問題。對于上述分析，創建基于智能配電網保護與控制過程中，實現電動差動保護工作模式和電流速斷保護管工作模式充分的融合和使用。使以上兩種保護工作模式作為智能配電網主保護配置，使傳統意義的電流差動保護工作模式作為整體智能配電網后備保護。在此保護模式中，電流差動保護和電流速度保護能夠同時輸出運算，從而得出相對應的保護輸出數值，有效保證智能配電網運行安全性和穩定性。保護控制結構[9]如圖4所示。

圖4 保護控制結構

4 結束語

智能配電網為電力系統主要組成部分，起到連接電力系統和終端用戶的作用。通過文章研究，在智能配電網設計中使用監控技術、配電數據采集、可視化技術，可實現監測數據和排除障礙一體化建設，通過原本輸入顯示系統和實時數據將系統狀態實時展現出來。