智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在城市配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

刁艷賓

（國(guó)網(wǎng)臨汾供電公司，山西 臨汾 041000）

0 引 言

當(dāng)前社會(huì)用電需求不斷增長(zhǎng)，使得供電企業(yè)運(yùn)營(yíng)壓力越來(lái)越大。智能配電網(wǎng)促進(jìn)了電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有效提升供電可靠性和供電效率，因此具有良好的應(yīng)用前景。在城市配電網(wǎng)規(guī)劃中，使用智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有助于提高配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，減少人為操作帶來(lái)的誤差與延后性，做到精準(zhǔn)計(jì)量電量，并智能化進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù)。

1 智能配電網(wǎng)概述

從基本概念上講，智能配電網(wǎng)是指實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化運(yùn)行，將感知與計(jì)量?jī)煞N方法相結(jié)合，構(gòu)建基于信息感知與計(jì)量相結(jié)合的智能電網(wǎng)決策支撐體系，并將相應(yīng)的技術(shù)流程進(jìn)行量化，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的整體安全。智能配電網(wǎng)的功能模塊如圖1 所示，具有高度一體化水平，通過信息綜合，最大限度地保證整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，有助于電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一管理。整個(gè)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完備，在遭遇外界損壞或者自然災(zāi)害時(shí)，可以迅速恢復(fù)電力供應(yīng)，各個(gè)層級(jí)的防御體系緊密協(xié)作，以保證電力供應(yīng)的高效、可靠，防止大面積停電或連鎖故障，保持電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和供電可靠性[1]。智能配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)靈活的交直流傳輸，保證智能調(diào)度的正常運(yùn)行，做好電力資源的存儲(chǔ)管理，優(yōu)化配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，保證電網(wǎng)安全、靈活且穩(wěn)定地運(yùn)行，提升電力經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在智能配電網(wǎng)的建設(shè)中，以可持續(xù)發(fā)展為重點(diǎn)，促進(jìn)對(duì)潔凈能源的開發(fā)、利用和儲(chǔ)存，增加對(duì)節(jié)能與環(huán)境保護(hù)的科技投資，使電力系統(tǒng)朝著綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。此外，通過多種技術(shù)手段，能夠更好地應(yīng)對(duì)供需失衡帶來(lái)的電力供給不足，對(duì)保證我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。

圖1 智能配電網(wǎng)的功能模塊

2 智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自動(dòng)修復(fù)技術(shù)

智能配電網(wǎng)自動(dòng)修復(fù)技術(shù)將控制技術(shù)、信息技術(shù)、繼電保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)切換設(shè)備等集成在一起，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化最關(guān)鍵的技術(shù)之一[2]。自動(dòng)修復(fù)技術(shù)指在不依靠配電站或主站的情況下，通過有關(guān)的算法和邏輯命令，自動(dòng)運(yùn)行開關(guān)裝置、保護(hù)裝置及配電自動(dòng)化終端裝置等。在發(fā)生相應(yīng)故障之后，智能配電網(wǎng)可以自動(dòng)將故障點(diǎn)從故障位置中分離出來(lái)，并將故障時(shí)間、地點(diǎn)等信息傳送到配網(wǎng)故障管理和監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)故障地區(qū)自動(dòng)恢復(fù)供電。目前，國(guó)內(nèi)已研制出一種可以充分采集配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，并且可以成功完成繼電保護(hù)定值范圍切換的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理、分析及存儲(chǔ)，從而提升配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 分布式發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電技術(shù)的實(shí)質(zhì)是一種非模塊發(fā)電技術(shù)，核心功能是面向大電網(wǎng)、高壓的集中式單相供應(yīng)技術(shù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電力功率從千瓦到百兆瓦不等，會(huì)按照不同地區(qū)的電力需要來(lái)靈活調(diào)整供電量[3]。目前，我國(guó)大多數(shù)電力系統(tǒng)中均應(yīng)用了分布式發(fā)電技術(shù)，在城市配電網(wǎng)規(guī)劃中利用分布式發(fā)電技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)。首先，在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，采用分布式電源的方式降低了電網(wǎng)的網(wǎng)損，有利于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。其次，相對(duì)于常規(guī)的集中式電源，分布式發(fā)電技術(shù)具有更高的適應(yīng)性和更易實(shí)現(xiàn)的調(diào)峰能力。最后，分布式電源可以有效解決傳統(tǒng)集中式電源的不足，保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。分布式發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃流程如圖2 所示，系統(tǒng)中各部分之間的協(xié)調(diào)配合能夠有效提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率。

圖2 分布式發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)劃流程

2.3 交流輸電技術(shù)

交流輸電技術(shù)是通過遠(yuǎn)程控制技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等有關(guān)技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)際操作過程中的相位、阻抗、電流及電壓等基礎(chǔ)參量，從而達(dá)到對(duì)電網(wǎng)中無(wú)功或者有功進(jìn)行柔性控制的目的，提高其在運(yùn)營(yíng)過程中的穩(wěn)定性和可靠性。例如，對(duì)于用電穩(wěn)定性要求比較高的生產(chǎn)企業(yè)，要求電力企業(yè)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地供電，如果在用電過程中發(fā)生電壓驟降、諧波等現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)企業(yè)受到較大經(jīng)濟(jì)損失。在這樣的要求下，如果繼續(xù)采用常規(guī)的電源模式，將無(wú)法滿足電網(wǎng)的要求。為此，有必要采用交流傳輸?shù)姆绞絹?lái)解決這類客戶特殊的用電需求。交流輸電技術(shù)可以有效克服現(xiàn)有供電模式在大功率和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)阮I(lǐng)域中的難題，同時(shí)可以有效改善在常規(guī)交流電網(wǎng)中所面臨的精度低、連續(xù)性差、傳輸效率低等問題。運(yùn)用交流輸電技術(shù)，使整個(gè)配電網(wǎng)在滿足生產(chǎn)企業(yè)供電需求的基礎(chǔ)上，從根源上增強(qiáng)供電可靠性，降低在運(yùn)行中發(fā)生事故的概率。

2.4 參數(shù)測(cè)量技術(shù)

智能配電網(wǎng)為了準(zhǔn)確進(jìn)行電能質(zhì)量的調(diào)控與管理，需要在線監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量。一個(gè)完備的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度、儲(chǔ)能及線路自動(dòng)化管理的有力支撐。利用參數(shù)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)整體狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，對(duì)提高智能配電網(wǎng)的靈活性具有重大意義。通過對(duì)各類測(cè)試裝置的合理選用，采用精確的測(cè)試方法與信息傳遞方法，以達(dá)到對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行高精密檢測(cè)與可靠性監(jiān)控的目的，為電網(wǎng)智能化運(yùn)營(yíng)提供重要支撐。在城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，要求有關(guān)部門根據(jù)自身的具體狀況，深入開展參數(shù)測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用，以達(dá)到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全面地獲取配電系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過程中所生成的各種參量。

在遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)智能配電網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，充分采集配電網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營(yíng)過程中所生成的各種數(shù)據(jù)資料，同時(shí)構(gòu)建一個(gè)專用數(shù)據(jù)庫(kù)。如果配電網(wǎng)中出現(xiàn)故障，就能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保證有關(guān)工作人員可以在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)和維修，減少配電網(wǎng)絡(luò)故障給供電企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。通過測(cè)試這些參數(shù)，可以有效解決由常規(guī)電能計(jì)量方法引起的電量計(jì)量誤差過大等問題，從而真正提升用電計(jì)量準(zhǔn)確性，保證消費(fèi)者和供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在實(shí)施過程中通過對(duì)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和表達(dá)，形成閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和表達(dá)流程，分析各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)各節(jié)點(diǎn)消耗情況，在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)供電進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，從而提升配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3 智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在城市配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1 城市中心區(qū)域的配電網(wǎng)規(guī)劃

在對(duì)各地區(qū)電力企業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行定期檢查的基礎(chǔ)上，結(jié)合本地區(qū)的用電需要和電網(wǎng)建設(shè)等現(xiàn)實(shí)目的，對(duì)現(xiàn)行供電環(huán)境進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，剔除與特殊要求不符的內(nèi)部電壓供電網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的安全性規(guī)范，采取合理的方法進(jìn)行電氣設(shè)備的故障探測(cè)，減小系統(tǒng)的破壞程度，提升配電系統(tǒng)的供電效率與可靠性，滿足N-1 安全標(biāo)準(zhǔn)的要求[4]。監(jiān)控終端可以采集所有相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過一定的處理方法將采集的有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給調(diào)度中心的主站，同時(shí)可以進(jìn)行信號(hào)逆向傳送，從而達(dá)到變電站自動(dòng)化的目的。

當(dāng)某一區(qū)域發(fā)生電路故障時(shí)，應(yīng)由專家采用特殊隔離手段，對(duì)問題進(jìn)行具體分析，再?zèng)Q定修復(fù)方案。在配電網(wǎng)的智能設(shè)計(jì)中，采用自動(dòng)修復(fù)技術(shù)重構(gòu)出有缺陷的電網(wǎng)，并將相應(yīng)拓?fù)湫畔?shí)時(shí)傳送給配電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的快速定位。調(diào)度員依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障信息，向操作人員提供了相應(yīng)的技術(shù)指引，使得操作人員可以第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)故障的設(shè)備進(jìn)行維修。在維護(hù)工作結(jié)束后，由監(jiān)控中心的調(diào)度員根據(jù)命令對(duì)配電的智能化裝置實(shí)施遙控和管理，確保電力供應(yīng)能夠按照原來(lái)的工況運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證整個(gè)配電自動(dòng)化的工作效率，配網(wǎng)使用的設(shè)備也要做好養(yǎng)護(hù)與更新工作，避免設(shè)備故障而導(dǎo)致電壓下降和消耗供電資增多等情況，定期完成設(shè)備的智能化更新，使城市配電網(wǎng)更加標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 智能用戶端管理

智能用戶端管理就是通過智能化的裝置和系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控、控制以及管理城市居民的能耗，從而達(dá)到節(jié)省能耗的目的。在智能化用戶端上，通過在終端上加裝諸如“智慧水表”“智慧插座”等裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶用電量，有利于制定配電決策。另外，通過智能用戶端管理，使客戶與配電網(wǎng)絡(luò)之間能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換和能源流通，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶用電行為的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理，促進(jìn)其養(yǎng)成節(jié)能環(huán)保的行為，提升節(jié)能降耗效果[5]。在接入配電系統(tǒng)后，使其有效地參與到電網(wǎng)調(diào)度與優(yōu)化中，滿足資源的柔性配置與供求的有效協(xié)調(diào)。基于智能終端的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，將智能家電、智能照明等智能設(shè)備接入到智能終端中，可以對(duì)住宅能耗進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控與管理。

智能用戶端管理具有諸多優(yōu)勢(shì)，深入了解與分析客戶的用能行為，是電力系統(tǒng)規(guī)劃與調(diào)度的關(guān)鍵。將智能配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用到城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，可以檢測(cè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行信息，比如可以根據(jù)探測(cè)到的數(shù)據(jù)信息檢測(cè)某一特定地區(qū)的用電需求，并分析異常用電情況，判斷配電網(wǎng)運(yùn)行是否存在問題。在用電負(fù)荷不斷增加的情況下，目前采用的電能計(jì)量手段主要是電磁流量計(jì)，很難在高峰時(shí)段完成電能計(jì)量，使用參數(shù)測(cè)量技術(shù)幫助供電企業(yè)更準(zhǔn)確地進(jìn)行電量和電費(fèi)計(jì)算，可以有效提升電費(fèi)計(jì)量效率，對(duì)于提高配電網(wǎng)的管理水平具有很大的幫助。

4 結(jié) 論

推動(dòng)城市配電網(wǎng)絡(luò)的智能化，是一個(gè)長(zhǎng)期化、規(guī)范化的系統(tǒng)工程。采用智能配網(wǎng)技術(shù)，可以更加便捷地進(jìn)行城市配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)施，保證其安全可靠地運(yùn)行，提升綜合性能。為了提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效果，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)按照需求更新配電裝置，按照規(guī)劃方案有序調(diào)整配電線路，針對(duì)地區(qū)情況規(guī)劃城市中心與外環(huán)配電網(wǎng)，以此滿足用戶的用電需求。