電力系統中的智能配網設計研究

【關鍵詞】電力系統；智能配網；設計研究

電力系統的創新與發展對于社會發展意義重大，尤其是在當前社會發展背景下，對電力功能的需求逐漸增大，不僅數量上需求擴張，同時質量上要求更加嚴格，給電力系統生產及配網增加壓力。為優化電力配網效率，滿足用戶的高要求，電力企業正在積極探索智能配網的設計與應用，將智能配網設計列為重點工作計劃，完善配網智能化，利用各項智能化功能提升配網各項工作效率，保證配網高效運行。

一、電力系統的智能配網設計重要性研究

電力系統的智能配網設計是電力系統與智能化融合的主要表現之一，也是構建“智慧電力”的關鍵。因此，根據電力系統配網功能以及智能化技術特點對配網進行智能化設計具有重要意義。

一方面，從電力系統配網角度研究。智能配網設計促使傳統配電網智能改造，配電網運行將具備自動化特點，可實現智能配送、智能檢修等多項功能，各功能應用可提升電網運行效率；對配電網工作人員而言，將會降低工作負荷；對電力企業而言可降低配電網運維和管理成本。綜上所述，智能配電網設計與應用在工作負荷、運行效率和運維成本等多方面發揮積極作用，將極大促進配電網運行發展。

另外一方面，從社會發展角度來看，電力系統智能配網設計應用可優化配網運行效率，解決配網運行中存在的問題，為用電用戶提供更加穩定的配網服務。同時，配網自動化不僅是智慧電力建設的關鍵環節，也將與智慧城市接軌，繼而促進智慧城市的建設。

目前，為快速發展智能配網我國已經加大投資力度，總體來看，自2009年配網智能化建設以來，截至2020年智能電網投資額總計3841億元，占我國同時期電網總投資的11.1%。在政策利好和國家資金投入的推動下，我國配網智能化行業的市場規模持續擴大。

二、電力系統的智能配網設計原則研究

電力系統智能配網設計已經取得初步成效，并且已經在初期階段總結相應經驗。尤其是在電力系統需求以及智能化特點逐漸明朗之下，智能配網設計原則愈發清晰，其中安全穩定、高效、兼容以及可擴展等原則是其設計必須遵循的原則，在該原則下設計的智能配網才能夠與電力系統適配。

（一）安全穩定原則

智能配網設計或接入電力系統必須以安全穩定為基礎。多年來，我國相關部門以及電力企業都非常重視電力配網設計與發展，明確強調配網運行安全是第一宗旨，與“安全生產”宗旨一致。智能配網只有在運行安全和穩定的前提下才能持續輸出，良好發揮其作用。如果設計的智能配網可運行但是故障頻繁且安全隱患較大，其產生的負面作用將遠超過效益。所以，智能配網在設計接入時，必須首先考慮安全因素，設計安全穩定的智能配網。

（二）高效性原則

智能配網設計必須遵循高效性原則。在當前社會發展過程中，智能化技術是社會發展的核心技術，該技術是融合多種先進技術的集成化技術，具備智能管理、自動控制等多種優勢，將其融入配網設計必須起到“1+1gt;2”的效果，如此才符合以發展為目標的配網設計。目前，電力系統要求智能配網設計融入，必須保持高效，使配網運行速度更快、故障率更低、輸電質量更高。

（三）兼容性原則

智能配網設計的兼容性原則具體是指設計時要考慮電力系統與配網的兼容性，電壓、接口、網絡通訊等方面都需要具備高兼容性，才可使智能配電網與電力系統連接，確保二者連接后運行穩定安全，避免不兼容問題造成電力系統或電網故障。

（四）可拓展性原則

可拓展性原則是電力系統中智能配網設計的關鍵性原則，該原則要求智能配網的關鍵設備、核心技術設計融入必須預留拓展空間和結構，以確保智能化技術在升級后，智能配網能夠隨之拓展和升級，始終保持與先進技術平行。

三、結合現狀分析電力系統配網設計要點

目前研究發現，電力系統智能配電網設計應用已經成為電力系統建設的主要趨勢，并且許多地區已經開始設計應用智能配電網，本文結合案例及經驗，總結智能配網設計要點，其中包括智能配網的關鍵結構和主要功能兩大方面。

（一）電力系統智能配網結構設計

電力系統智能配網接入設計應重點設計配網的核心結構，在關鍵原則基礎上完成智能配網的結構設計，才可為后續智能配網功能設計奠定基礎，以下是對智能配網結構設計要點進行分析。

通過對電力系統智能配網結構設計研究，針對性提出智能電網的綜合架構包括物理層、傳感器網絡層、控制層以及應用層等多個層級，各層級關鍵設備不同，功能作用不同，相互結合促使智能配網成型及應用。

1．物理層。物理層也可稱作為基礎設施層，是配網基礎設備所在層級，關系到電網的基礎運行，該層級的核心設備電力線路、配電設備、變壓器等等。

2．傳感器網絡層。傳感器網絡層是構建智能網絡的關鍵，實現數據采集需要依靠傳感器網絡層。為實現多種信息的采集，在該層級設計中，構建智能電表、開關、插座以及傳感器等多元傳感體系，繼而保證智能配網具有前端數據獲取能力。

3．控制層。控制層是系統的核心層級，該層級的主要作用在于聚合、分析與控制，智能配網的控制指令由此層級發出。智能配網設計中，在控制層安裝計算機控制系統，可聚合傳感層采集的數據信息，獲取信息后進行分析，最終根據配網監測信息，了解其運行狀態，最后在數據決策模型的引導下自動發出控制指令。

4．應用層。應用層設計是多種應用功能的整合應用。根據智能配網的運行管理需求，將智能化系統的各項功能分別設計有數據傳輸、數據采集、信息報表儲存、診斷和自動恢復等。

（二）電力系統智能配網功能設計

電力系統智能配網功能設計是在結構基礎上完成的，同時也是配網應用的關鍵，通過對多個智能配網案例進行研究發現，其核心功能主要包括數據傳輸、數據采集和監測、信息報表和儲存、診斷和自動恢復。

1．數據傳輸功能

智能配網在運行過程中必須具備數據傳輸功能，將獲取的數據傳輸到儲存模塊、控制模塊，為智能配網運行管理提供數據參考。在其數據傳輸功能設計時，首先需要創建智能配網的數據傳輸網絡，以傳輸網絡作為傳輸通道，結合需求設計數據通信協議，繼而實現數據傳輸。目前，數據傳輸網絡和通信協議種類繁多，在設計中需要考慮智能配網建設的核心原則，如數據傳輸網絡需要與電力系統網絡兼容，也需要保證安全，才可實現穩定數據傳輸。目前智能配網大部分以工業以太網為核心網絡，在變電站等關鍵結構中創建SDH/MSTP骨干通信網，繼而實現智能配網中各設備或線路之間的數據通信。另外，在進行智能配網管理系統終端設計時，數據傳輸功能配置寬帶通信、無線通信等多種技術，繼而保證智能配網高效開展。

研究發現，目前智能配網開始研究骨干網承載方案。以OPTN8600系列OTN設備為例，該設備在應用中聯通構建PTN設備、MSTP設備具有多業務接口、大容量交叉、快速保護倒換等優勢。利用該技術建設骨干網絡，具有支持ODUk環網保護、ODUk SNC保護、光通道波長1+1保護、光通道路由1+1保護、光線路1+1保護、光復用段1+1保護等所有保護方式，有利于提升系統保護性能。實踐中反饋，該骨干網絡倒換時間小于50ms，電力通信通道可靠性達99.9999%。

2．數據采集和監測功能

數據采集和監測功能是智能配網為確保智能調整、安全管理而設計的重要功能。在采集和監測功能設計之時，要求制定專業化的采集和監測體系，保證智能技術應用達到理想效果。設計時構建主站、配網前端數據采集相連的采集和監測體系結構，前端采集模塊由各類傳感器組成，利用傳感器和傳感網絡將采集的配網電壓、電流、溫度等信息傳輸到配網智能化系統，中樞系統可以對信息進行儲存與分析，并根據預設功能對配網運行進行調控。配電網系統運行期間的電流值和電壓值以及功率等數據需要進行精準的監測和采集，并做好數據的統計和分析。分析的結果和獲得的數據信息傳輸至主基站，整個過程實施的有效性應以數據的精準性和監測功能的正常發揮為支撐，因此，此項功能的科學實現對于配網的穩定運行具有關鍵性作用。例如，為實現精準數據采集，提出PLC一站式電網監測方案，該方案能夠獲取遠程監控，對配網進行全面監測監管。該監測方案具有多點優勢，以下表1為其優勢特點總結。

3．報表信息和儲存功能

智能配網在設計功能時要求制定報表信息和儲存功能，該功能的設計主要是為了方便用戶查詢與管理。在設計時，利用數字化技術創建報表智能制作以及儲存功能。該功能的設計是指在智能配網運行過程中，能夠將采集和傳輸回來的數據進行分類，按照報表格式分別填入報表，最后將報表自動儲存到相應文件夾，系統使用者在使用過程中，如果想要利用數據可到報表查詢模塊自動查詢指定日期的報表，如果發現報表存在異常或者問題，則可以實施針對性處理。目前研究發現，諸多智能配網在進行設計時，其報表功能已經相對完備，設計了日報表、周報表、月報表以及年報表等多種報表功能，并利用SQL數據庫設計智能配網數據庫，該數據庫具有海量儲存優勢，并且在儲存之后進行數據加密，可實現數據信息的安全管理。

4．診斷和自動恢復功能

傳統配網運行過程中，故障問題影響極大，極易造成斷電事故，因此在配電網設計運行中，非常重視故障預防和管理設計。在設計智能配網時，要重視智能配網的故障診斷和自動處理設計，融合智能化設計，構建智能配網的診斷和自動恢復功能。首先，在設計診斷功能時，聯合數據采集和傳輸功能，將收集到的配網運行數據錄入診斷模塊，診斷模塊按照基本故障邏輯參數，對故障模型進行解算，最終確認是否存在故障現象，如確認模型為故障模型或者數據校驗完成，則自動顯示故障機代碼。其次，自動恢復功能具體是指在診斷實施過程中，構建專家處理模塊，該模塊可對故障模型進行分析，確認故障原因，并針對性分析故障解決措施，最后將解決措施建議發送給系統，由系統統一完成自動恢復功能。診斷和自動恢復功能的設計與應用，極大程度上提升了故障檢修效率。傳統配網運行過程中，故障檢修由專門人員完成，但是人力資源有限，所以導致檢修工作效率較低，構建智能配網后實現診斷和自動恢復功能，可減少人力檢修出現的誤差，并提升檢修工作效率。

四、電力系統配網設計建議

通過上述總結電力系統智能配網設計相關要點，也提出各項功能設計，對于智能配網的設計應用具有一定的參考價值。而事實上，目前我國電力系統正處于智能配網接入的初始階段，所以設計還存在相應的瓶頸。因此，在未來發展中，我國必須堅持、積極研究電力系統智能配網的優化創新發展路徑。

在此，筆者建議電力系統智能配網設計與應用結合分布式新能源發展目標，有針對性加強配電網建設，配套完善電網穩定運行手段，保障電能質量。另外智能配網接入也可促使電力系統新業態健康發展，目前的基本目標是要，簡化接網程序，優化管理等，繼而為電力系統智能配網設計運行提供保障。

結束語

本文提出電力系統智能配網設計原則，并總結總體結構和重點功能兩大要點，希望能夠對電力系統運行管理打好基礎。另外，在未來，智能電力將會繼續作為電力系統核心研發方向，因此相關部門必須重視智能配網的優化設計發展。