智能配電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展 應(yīng)用技術(shù)行業(yè)共謀略

我國配電網(wǎng)的發(fā)展明顯滯后于發(fā)電、輸電，在供電質(zhì)量方面與國際先進(jìn)水平 也有一定差距。目前，用戶遭受的停電時間，絕大部分是由于配電系統(tǒng)原因造成 的。 配電網(wǎng)落后也是造成電能質(zhì)量惡化的主要因素，電力系統(tǒng)的損耗有近一半產(chǎn)生在配電網(wǎng)， 我國配電網(wǎng)的自動化、智能化程度以及自愈和優(yōu)化運行能力遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)，因此智能配電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)成為我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1、智能配電網(wǎng)主要技術(shù)內(nèi)容及特征

1.1 配電網(wǎng)自動化相關(guān)概念

配電網(wǎng)自動化是利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在線數(shù) 據(jù)和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu) 成完整的自動化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運行及事故狀態(tài)下的監(jiān)測、 保護(hù)、控制、用電和配電管理的現(xiàn)代化。

1.1.1 配電自動化的實施原則

配電自動化是整個電力系統(tǒng)與分散的用戶直接相連的部分， 電力作為商品的 屬性也集中體現(xiàn)在配電網(wǎng)這一層上。 配點網(wǎng)自動化應(yīng)面向用戶并適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水 平。 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計， 應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件、 負(fù)荷需求、 技術(shù)水平， 以及投資效益等因素，遵循下面幾項原則進(jìn)行：

(1)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)在配電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H供電 條件、供電水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和客戶性質(zhì)，因地制宜地選擇方案及其設(shè)備類型。

(2)配網(wǎng)自動化的建設(shè)必須首先滿足自動化基本功能，在條件具備時可以 考慮擴(kuò)展管理功能。

(3)配網(wǎng)自動化通訊建設(shè)應(yīng)該與調(diào)度自動化通訊、集中抄表系統(tǒng)通訊等結(jié) 合起來，并考慮今后發(fā)展智能化的趨勢。

(4)主站系統(tǒng)設(shè)計原則應(yīng)遵循各項國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有安全性、可靠性、 實用性、擴(kuò)展性、開放性、容錯性，滿足電力系統(tǒng)實時性的要求，具有較高的性 能價格比。

1.1.2 配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)成

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一項系統(tǒng)工程，它大致可分為配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng);配網(wǎng) 自動化子站系統(tǒng);配網(wǎng)自動化終端等。

(1) 配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)

主站系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：配電SCADA 主站系統(tǒng);配電故障診斷恢復(fù)和配 網(wǎng)應(yīng)用軟件子系統(tǒng)DAS;配電AM/FM/GIS 應(yīng)用子系統(tǒng)DMS 構(gòu)成。

(2)配網(wǎng)自動化子站系統(tǒng)

因為配網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備點多面廣， 配電SCADA 系統(tǒng)的系統(tǒng)測控對象既包含較大容 量的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜，又包含數(shù)量較多、分布較廣的柱上開關(guān)，不可能把所有的 站端監(jiān)控設(shè)備直接連接到配電主站，因此必須增設(shè)中間一級，稱為配電子站 (SUB-STATION) 。

(3)配網(wǎng)自動化終端

城市配網(wǎng)自動化終端負(fù)責(zé)對城域所轄的柱上開關(guān)、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電變 壓器等進(jìn)行監(jiān)控，既要實現(xiàn)FTU、TTU 等的三遙功能，又要實現(xiàn)對故障的識別和 控制功能， 從而配合配網(wǎng)自動化主站及子站實現(xiàn)城區(qū)配網(wǎng)運行中的工況檢測、網(wǎng) 絡(luò)重構(gòu)、優(yōu)化運行以及網(wǎng)故障時的故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。

(4) 通信

配網(wǎng)自動化的通信包括主站對子站、主站對現(xiàn)場終端、子站對現(xiàn)場終端、子 站之間、現(xiàn)場終端之間的通信等廣義的范圍。

(5)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)DMS

1.2 智能配電網(wǎng)的主要技術(shù)內(nèi)容

(1)配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。

(2)現(xiàn)代化的測量、傳輸和感應(yīng)技術(shù)，例如輸電線路溫度測量、電網(wǎng)設(shè)備 狀態(tài)在線監(jiān)控、光學(xué)互感器等技術(shù)。

(3)現(xiàn)代化的繼電保護(hù)與控制技術(shù)，應(yīng)包括配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、系統(tǒng)模擬仿 真及自適應(yīng)保護(hù)等技術(shù)。

(4)配電網(wǎng)高度自動化。

(5)高級量測體系是一個使用智能電表通過多種通信介質(zhì)，按需或以設(shè)定 的方式測量、收集并分析用戶用電數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

(6) (Distributed Energy Resource) DER 并網(wǎng)技術(shù)， 包括 DER 在配電網(wǎng)的“即 插即用”以及微網(wǎng)兩部分技術(shù)內(nèi)容。

(7)DFACTS(Distribution Flexible AC Transmission Systems)是柔性交流輸電技術(shù)在配電網(wǎng)的延伸，包括電能質(zhì)量與動態(tài)潮流控制兩部分內(nèi)容。

(8)故障電流限制技術(shù)，指利用電力電子、高溫超導(dǎo)技術(shù)限制短路電流的 技術(shù)。

1.3 智能配電網(wǎng)的主要特征

(1)堅強(qiáng)：在電網(wǎng)發(fā)生大擾動和故障時，電網(wǎng)仍能保持對用戶的供電能力， 而不發(fā)生大面積停電事故; 在自然災(zāi)害和極端氣候條件下或人為的外力破壞下仍 能保證電網(wǎng)的安全運行;具有確保信息安全的能力和防計算機(jī)病毒破壞的能力。

(2)自愈：能夠在線自我評估配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，通過預(yù)防性控制方式， 快速有效地發(fā)現(xiàn)并消除各種隱患和故障。故障情況下，可以利用微電網(wǎng)電源等設(shè) 備自我恢復(fù)，隔離故障、避免發(fā)生大面積停電。

(3)互動：配電系統(tǒng)運行和電力市場能夠達(dá)到無縫連接，支持電力交易的 有效展開，實現(xiàn)資源配置優(yōu)化，提升配電系統(tǒng)的安全運行。

(4)優(yōu)化：實現(xiàn)資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運行維護(hù)等全壽命周期環(huán)節(jié)的優(yōu)化，合 理地安排設(shè)備的運行與檢修， 提高資產(chǎn)的利用效率，有效地降低運行維護(hù)成本和 投資成本，減少電網(wǎng)損耗。

(5)集成：通過信息整合、流程優(yōu)化，達(dá)到調(diào)度自動化與電力市場管理業(yè) 務(wù)、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理的集成，形成綜合性的輔助決策支持體系，提升企業(yè)的 管理效率。

(6)兼容：電網(wǎng)能夠同時適應(yīng)集中發(fā)電與分散式發(fā)電模式，實現(xiàn)與負(fù)荷側(cè) 的交互，支持風(fēng)電等可再生能源的接入，擴(kuò)大系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的可選資源范圍，滿 足電網(wǎng)與自然環(huán)境和諧發(fā)展。 標(biāo)準(zhǔn)化了的電力和通訊的界面接點將使得用戶可以 接連燃料電池、可再生能源發(fā)電及其他分散的電源，并以簡單的“即插即用”方式 來實現(xiàn)。

2、 智能配電網(wǎng)發(fā)展要求、面臨的問題及挑戰(zhàn)

2.1 智能配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展要求

(1)綜合考慮總體配電系統(tǒng)控制與終端用戶控制，實現(xiàn)配電系統(tǒng)性能的優(yōu) 化，取得最優(yōu)的電能質(zhì)量和最可靠的穩(wěn)定性。

(2)支持分布式電源高比重的并入，使系統(tǒng)的效率、靈活性、整體性能夠 得到有效提高，以利用分布式電源可靠的優(yōu)化系統(tǒng)性能;配電系統(tǒng)故障時，可利 用分布式電源局部供電。

2.2 配電網(wǎng)急需解決以下問題(當(dāng)前我國配電網(wǎng)存在的問題)

(1)配電網(wǎng)絡(luò)電源點落后于城市建設(shè)的發(fā)展,電源點容量及電能輸出受到限制, 尤其是配電電線的傳輸通道。

(2)隨著城市建設(shè)的發(fā)展,負(fù)荷增長率高,但電力配套建設(shè)不及時,輸電線半徑小,線路長,瓶頸效應(yīng)比較突出,卡脖子現(xiàn)象嚴(yán)重,電能輸不出去,往往因此而引起停電 事故。

(3)出線通道與城市規(guī)劃不相適應(yīng)。 有的地方改用地下電纜,施工及投資不允許, 采用架空導(dǎo)線,環(huán)境條件受限,有的采用絕緣導(dǎo)線,網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜較為普遍。

(4)早期建設(shè)的線路導(dǎo)線細(xì)、年久失修,高能耗設(shè)備多,線損率高,由于導(dǎo)線半徑 小及無功缺額較大,個別地區(qū)配電網(wǎng)損耗達(dá) 30%,一般地區(qū)在 l5%～20%,造成能源大量浪費。

(5)供電不可靠因素增大。由于配電網(wǎng)投資不足, 設(shè)備老化和技術(shù)性能低劣,供 電事故頻繁,往往是一點故障引發(fā)全線甚至大面積停電事故。城市繁華地段及重 要場所的用戶停電, 影響社會治安及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

(6)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)接點較多。

(7)城市電網(wǎng)改造涉及面廣,要求較高,停電難度大。

智能配網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配網(wǎng)的一些特性，也必然給電網(wǎng)發(fā)展帶來一些挑戰(zhàn)。比 如分布式電源接入， 可能會對電網(wǎng)電壓造成影響，或者不經(jīng)意地造成短路甚至引 起配網(wǎng)孤島化等問題。最近幾年，微電網(wǎng)這個話題在世界范圍引起熱議。分布式 電源接入可以借助微電網(wǎng)的發(fā)展獲得一些優(yōu)勢，變得更加穩(wěn)定。如果能夠由一個 先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)來控制分布式電源，通過先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)控，分布式 電源接入電網(wǎng)可能帶來的種種問題將會得到有效解決。 智能配電及分布式電源接 入是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。但是，風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、 電動汽車充換電站、 儲能設(shè)備及微網(wǎng)等新型電源及負(fù)荷直接接入配電網(wǎng)，給配電 網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了新的技術(shù)問題和挑戰(zhàn)。因此，配電網(wǎng)急需發(fā)展新的技術(shù) 和工具，增加配電網(wǎng)的可靠性、靈活性及效率。目前，各國都 在積極開展許多相 關(guān)研究，開發(fā)實用有效的技術(shù)解決方法，從而應(yīng)對新的挑戰(zhàn)。

3、 智能配電網(wǎng)發(fā)展與展望

3.1 智能配電網(wǎng)將是未來智能電網(wǎng)的核心

從國外經(jīng)驗來看， 配網(wǎng)是智能電網(wǎng)技術(shù)和投資的主要吸收地，主要原因是配網(wǎng)側(cè)集中了分布式電源(包括光伏、風(fēng)電、充電樁)以及配網(wǎng)自動化等智能電網(wǎng) 的核心部分， 也是支撐整個智能電網(wǎng)承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 同時配電網(wǎng)覆蓋面廣， 包含了大量的線路損耗， 智能化改造具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義。 從技術(shù)可行性上來看， 配電網(wǎng)電壓等級適中是最為適合進(jìn)行智能化改造的環(huán)節(jié)。 我國配電和用電側(cè)的建 設(shè)落后于輸電側(cè)建設(shè)：在國外的電網(wǎng)投資大概是電源投資的 1.2 倍左右，其中配電投資是輸電的1 倍多。 相比之下中國配電網(wǎng)的投資不足輸電網(wǎng)的一半，其主要 原因是配網(wǎng)穩(wěn)定性并不在國網(wǎng)的考核范圍中。但是在提升用電質(zhì)量的驅(qū)動下，下 階段國家電網(wǎng)公司投資將向配網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)延伸。 用電側(cè)智能化的基礎(chǔ)架構(gòu)正在 搭建： 用電側(cè)主要解決的是需求管理的問題， 而要實現(xiàn)分時電價， 乃至實時電價、 雙向電價， 最關(guān)鍵的是電表的真正智能化，而不是停留在目前僅能實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表 的程度。未來智能電表不僅將成為智能家電的重要“網(wǎng)關(guān)”，也將成為分布式電源 接入的重要計價方式。 從目前的低壓載波技術(shù)來看是無法滿足未來傳輸容量和穩(wěn) 定性需求的，電表還將面臨功能和信道上的技術(shù)升級。

根據(jù)我國國情， 以及現(xiàn)有的傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)情況，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)要求是以特高壓、遠(yuǎn)距離輸電的互聯(lián)骨干電網(wǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步加強(qiáng)地區(qū)配電網(wǎng)自動化水平，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與升級，構(gòu)建靈活、可靠、堅固的配電網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)未來分布式電源、微網(wǎng)的柔性連接。

3.2 智能配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的部分進(jìn)展

(1)先進(jìn)的表計基礎(chǔ)設(shè)施和自動抄表系統(tǒng)的工作正在開展，但與智能電網(wǎng)高級計量的要求還有很大距離。

(2)小型分布式電源(燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)、太陽能光伏發(fā)電等) 在城市配電網(wǎng)中的建設(shè)正在不斷進(jìn)行， 但占全國發(fā)電裝機(jī)總量的比例很小 (0.5% 左右) ，尚未對配電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的影響。

(3)電化學(xué)儲能技術(shù)不斷發(fā)展，用于能量雙向傳輸?shù)哪孀兤飨到y(tǒng)技術(shù)、充 電技術(shù)、 監(jiān)控和熱管理技術(shù)的研究正在緊鑼密鼓地加快開展。目前已成功研制出 650AH 鈉硫電池單體以及 100kW/200kW· 的全釩液流電池系統(tǒng)等。

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