智能配电网技术方案的应用设计

引言

随着社会对环境保护、节能减排和可持续发展的要求日益提高，用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提升。未来的电力系统数据量和信息量更大，需要支持能量流和信息流的双向流动，智能电网是未来必然的选择。智能配电网是智能电网的一部分，也是连接输电网与广大用户的路径。智能配电网既可充分利用清洁能源，又可保证电网安全稳定。通过智能配电网建设，可实现输电网与大容量清洁能源的协调调度，为发电与用电的功率平衡提供调节，确保电网的安全稳定，提高清洁能源的消费比重，促进节能减排，提高能源利用效率。通过智能配电网建设，可以实现能量与信息的双向流动，同时实现与用户的友好互动，有效提升供电服务水平，通过需求侧来管理和引导用户科学、合理用电，提高电能应用的经济性和安全性。与传统配电网相比，智能配电网在供电安全性、电能质量和电网资产利用率等方面都有显著提升。此外，基于能量流与信息流融合与互动的智能配电网还具有信息集成、自愈、互动、优化和兼容的特征，具体如下：

信息集成。信息化是实现智能配电网的基础，指具备对配电网实时和非实时信息的高度集成、多方共享和深度挖掘应用的能力。通过不断的流程优化和信息整合，可实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的集成，形成全面的辅助决策支持体系，支撑企业管理的规范化和精细化，不断提升电力企业的管理效率。

自愈。由于配电网一般需要直接面向用户，具有极高的复杂性，其特点是“点多、面广线长”，因此，智能配电网要求具有强大的自愈能力，能够及时检测出已发生或正在发生的故障，并进行相应的预案操作，使其不影响用户的正常供电或将其影响降至最小。对配电网的运行状态进行连续的在线自我评估，并采取预防性控制手段，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；故障发生时，在没有或少量人工干预下，能够快速定位并隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

互动。互动是智能配电网的内在要求，一般是通过信息实时沟通分析，实现电源、电网和用户资源的良性互动与高效协调，促进电能的安全、高效、清洁应用，实现系统运行与批发、零售电力市场的无缝衔接，支持电力新交易方式的有效开展，实现资源的优化配置；同时，通过市场交易更好地激励电力市场主体参与配电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。

优化。实现配电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等。实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化，合理地安排设备的运行与检修，提高资产的利用效率，有效地降低运行维护成本和投资成本，减少电网损耗。

兼容。智能配电网能够同时适应集中发电与分散发电模式，实现与负荷侧的交互，支持风电等可再生能源的接入,扩大系统运行调节的可选资源范围，满足电网与自然环境的可持续和谐发展。

基于此，智能配电网的建设重点是在数字化电网与信息化企业的基础上，结合电力设备状态监测系统，构建集成、自愈、互动、优化和兼容的柔性电网。

智能电网涉及电力系统发、输、变、配、用、调度各个环节，其中，配电网处于电力系统的末端，直接与用户相连,是实现电力系统对用户的供电能力和供电质量的保障。智能配电网应具备核心硬件设备和软件系统，智能配电网是配电网高级自动化的延伸，与传统配电网的主要区别在于允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行，鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动。

1智能配电网技术方案框架

智能配电网是集传感测量、计算机、通信、信息、自动控制等领域新技术在配电系统中应用的总成，是从改善电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的配电技术进行有机的融合，使配电网的结构以及保护与运行控制方式发生革命性的变化。因此，智能配电网技术方案框架应该包括完善的物理网架、设备，兼容的通信平台以及应用软件系统。智能配电网的技术方案框架如图1所示。

2完善配电网网架

配电网一次网架具有N-1及以上的供电能力是实施自愈的网架基础；配电网一次设备具有满足自动化的基本条件，包括电动操作机构、互感器以及相应的电源配置；配电自动化系统本身的实用化程度是实施自愈的自动化系统基础。新能源兼容接入的推广应用，首先需要新能源及大规模储能技术具有好的性价比；另外，配电网本身的接纳能力的提高，贝懦要从规划、运行以及自动化和保护技术等多方面进行技术改进与创新。图2所示是一个典型的完善配电网网架示意图。

结构合理、网架完善的配电网实体和安全经济、灵活可靠的智能配电装备是智能配电网的基础。但我国传统配电网基础比较薄弱，自动化程度较低，距智能配电网的要求存在较大的差距，所以在智能配电网框架最底层的设备层，需要完善以下功能：

第一，建设完善的实体配电网。智能配电网应改变我国配电网发展长期滞后、基础薄弱的现状，加强和完善配电网的基础设施建设，建成具有合理网架结构的配电网；未来的配电网应能灵活应对自然灾害等突发性事件。

第二，实现配电装备的智能化。由于传统的开关、保护控制设备和配电终端不适应智能配电网的需求，且分布式电源的大量接入对智能配电设备也提出了新的需求，所以智能配电网应实现配电装备的智能化。

为了发展配电网的智能应用，实现上述功能，应加强以下技术的支撑点：

第一，应在规划流程、数学模型和规划方法等方面有所突破，以适应大量分布式电源的并网运行；

第二，智能配电装备既要涵盖传统二次系统的测控、保护、安全稳定控制等装置的功能，还要包括传统一次系统的静止补偿装置、固态开关、分布式储能等装置的功能。

更多的分布式能源（分布式发电、分布式储能、需求侧管理）渗透在配电系统基础设施中，要求未来的智能配电系统具有新的灵活的可重构网络拓扑、新的保护方案、新的电压控制和新的仪表。

3兼容的通信平台

信息的有效集成是智能化的前提。要解决配电网通信系统的全覆盖，就要在部分涉及到智能分布式处理的区域具有双向对等通信能力。由于智能配电网的通信系统不可避免地采用多种通信方式，其网络安全问题，特别是采用公共通信网络的信息安全问题就一定要解决。配电信息模型的一致性验证技术是保证配电网信息交互与共享的关键，配电网基础信息准确、完备则是保证配电网信息可用性的基础。

智能配电网需要采集大量的设备状态数据和各类表计计量数据，对于这些量大、采集点多且分散、对实时性要求高的数据，传统的信息通信体系已不能满足要求，需应用先进的传感测量技术，建立统一的通信和信息平台作为支撑。智能配电网对数据信息的管理和维护都在数据层完成，数据层是智能配电网的海量数据库，为配电网各个环节的电网业务提供更多的数据支持，所以，在数据层需要对两个技术支撑点开展研究。

首先是先进的传感测量技术。传感测量技术可给电力系统运行和规划人员提供数据支持，如功率因数、相位关系、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测数据等，应用先进的传感测量技术，可以准确地感知电网的运行状态，监控设备的健康状况，评估电网的安全性和稳定性。

另外就是开放的通信平台。现有配电网通信网络信息大多为从设备到调度中心单向流动，仅有少量的控制信息是从调度中心到设备，这显然不能满足智能电网双向通信的需求，为此，建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能配电网的基础。构建开放的通信平台需要重点研究的内容如下：

一是开放的通信架构，以形成一个“即插即用”的环境,使电网元件之间能够进行网络化的通信。

二是统一的技术标准，以便所有的传感器、智能设备以及应用系统之间能无缝通信，实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。

三是统一的信息平台。现有的信息系统数据来源不统一、数据模型维护不及时、彼此之间无法协调和沟通，因而需要建立一个信息来源更广泛、信息量更大、支持信息双向流动和数据共享机制的统一的信息平台。

图3所示是一种用于智能电网的多种通信方式融合的通信平台技术方案图。

图3多种通信方式融合的通信平台技术方案

根据智能配电网通信业务需求，智能配电通信网主要以光纤通信对重要节点实现保障，无线通信作为实现广泛覆盖、载波通信接入的补充技术方案。110kV变电站一般都以光纤覆盖，纵联保护装置、配网自动化监测节点、分布式能源站、独立储能站、重要负荷管理节点也需要用光纤覆盖来实现装置之间、配电调度之间的光纤通信通道，并要求采用具有自愈功能的155Mb/sSDH环网或100Mb/s工业以太环网方式。在光通信覆盖之外的智能电能表台区集中点和设备运行状态监测点，可以采用宽带无线通信或租用公网无线通信方式，以建立智能电能表双向信息和设备运行状态信息到配网管理站的无线通道。智能电能表到台区集中点的通信方式可根据距离远近，采用RS-485电缆、Wi-Fi、GPRS及载波等方式实现智能电能表的灵活接入。

电网正在向智能化方向发展，但目前配网通信网建设还不完善，因而制约了配电智能化的实施。智能配电网中的高级配电运行、高级量测体系、高级资产管理对通信业务时延、带宽等需求各不相同，其业务可分为实时控制业务和非实时监测、管理业务。结合配电网通信网建设必须遵循的安全性、可靠性、经济性要求，本文提出智能配电网通信以光纤通信实现重要节点保障、以无线通信实现广泛覆盖、以载波通信作为接入补充的技术方案。图4所示是智能配电网通信网络示意图。

4系统综合应用平台

智能配电网系统应用平台的基本功能包括：基于SCADA系统的满足测量、控制、保护、计量需要的配电网各个节点的数据获取与存储；基础应用则包括与电网生产、基建、运行管理相关的各种应用系统；高级应用包括电能质量分析与评价,供电可靠性分析，网损计算及其他个性化的应用。

基础应用主要包括配电网及其设备的可视管理、配电管理与用电管理的信息化，智能配电网将通过各种分析计算与仿真模拟，针对配电网的优化运行、智能调度、智能控制等提供决策支持，实现配电网的优化运行与智能控制，实现分布式电源/微网/储能装置的合理接入以及与用户的良好互动，保证配电网安全、可靠、稳定、经济、环保运行。智能配电网最终的智能化目标是有效整合并综合利用电力系统的稳态、动态、暂态运行信息，实现电力系统正常运行的在线监测、优化、预警、动态安全分析以及紧急状态下的故障诊断隔离、协调控制、自我恢复等功能。智能配电网的这些功能最终将通过基础应用层实现。基础应用层的主要功能如下：

图4智能配电网通信网络示意图

第一，优化运行。优化运行可解决含分布式电源的配电网安全运行与经济运行，可实现正常运行方式下网损最小化,提高配电设备使用效率，以及检修方式下的网络优化和故障方式下的快速转供。

第二，快速仿真与模拟。配电网快速仿真与模拟是实现配电网自愈的重要工具，其目的是通过配电网状态估计、潮流计算、负荷预测、动态安全评估、预想事故分析等为系统自适应保护、故障定位和隔离、网络重构等及时提供决策支持,具体涵盖静态模型和动态特性相结合的分析计算及基于信号分析的实时直接测量、实时状态估计、潮流计算、聚合分析、短期负荷预测、预想事故分析、动态安全分析等。

第三，智能调度。智能配电网若要支持分布式电源的大量接入及能量的双向流动，智能调度则需要实现真正意义上的全电网状态实时精确估计，对智能电网进行更为精确的调控，并加强需求侧管理。

第四，智能控制。分布式电源的大量接入，使得用户侧也不再是单纯的用电环节，用户与电网之间的深度互动使得配电网的智能控制不再是一个单一目标的控制问题，智能配电网在保证电网安全、经济和优质运行的前提下，还要考虑节能减排、提高能源转化效率等目标。

第五，分布式电源/微网接入。配电网中的分布式电源靠近负荷中心，可降低电网输送的容量，提高供电可靠性。而大量的分布式电源并人中、低压配电网运行，将彻底改变传统的配电系统单向潮流的特点，所以要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表等来满足双向潮流的需要。由于分布式电源具有波动性和间歇性的特点，并人电网后，如果控制不当，就容易对电网产生冲击，因而需要对分布式电源及风电功率的并网运行进行研究，并大力发展储能技术。

第六，建立、完善各类标准体系叫在智能配电网建设过程中，通过完善统一的标准可以实现各类电力设施及各种新技术应用之间的互联互通，因而应积极参与国际标准的研究和制定，争取在国际标准体系中的话语权，并结合国内配电网现状，建立一套适用性强、兼容性好的开放标准体系。

高级应用主要指综合所有数据和开发的个性化的应用，如电压质量监测与控制，网损的计算分析，可靠性统计等。最终实现配电网的电能质量、可靠性及网损的综合分析与评价。

5结语

智能配电网是建设智能电网的重点环节，智能配电网应具有完善的网架结构、智能化设备、通信技术平台等。智能配电网是一个集成了传统和前沿配电工程技术、高级传感和测控技术、现代计算机与通信技术的配电系统，因而更加安全、可靠、优质、高效，可支持分布式电源的大量接入，并为用户提供择时用电等与配电网互动的服务，是将各种配电新技术进行有机的集成、融合，使系统的性能出现革命性的变化。智能配电网是一个集技术与管理于一体的庞大系统，其建设是一个循序渐进的过程，要在科学的长远规划指导下，按照系统生长论的理念，基于“云计算”的思维模式，分步分区实施，以期达到智能配电网安全、高效、经济和可持续的建设目标。

20210919_6146f6ac02e2e__智能配电网技术方案的应用设计