重慶市電力公司江北供電局 廖毓聰

由于歷史上電力工業(yè)發(fā)展的各種原因, 我國配電網(wǎng)的發(fā)展明顯滯后于發(fā)電、輸電。目前用戶停電95%以上是由配電系統(tǒng)原因引起的, 電網(wǎng)有一半的損耗發(fā)生在配電網(wǎng), 我國配電網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化程度以及自愈和優(yōu)化運(yùn)行能力遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)。近年來,智能電網(wǎng)已成為電力界的熱門話題, 被認(rèn)為是改變未來電力系統(tǒng)面貌的電網(wǎng)發(fā)展模式。智能電網(wǎng)包括智能輸電網(wǎng)和智能配電網(wǎng)( smart distribution grid, SDG) 兩個(gè)方面的內(nèi)容,其中, SDG 具有新技術(shù)內(nèi)容多、與傳統(tǒng)電網(wǎng)區(qū)別大的特點(diǎn), 對于實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的整體目標(biāo)有著舉足輕重的作用。

一、智能配電網(wǎng)的概念及系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分, 國外的智能電網(wǎng)研究和實(shí)踐大部分都集中在配網(wǎng)側(cè)。智能配電網(wǎng)就是以配電網(wǎng)高級自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ), 通過應(yīng)用和融合先進(jìn)的測量和傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息與通信等技術(shù), 利用智能化的開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備,在堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持以及各種集成高級應(yīng)用功能的可視化軟件支持下，更加安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效, 支持分布式電源( distributed electric resource, DER)的大量接入, 并為用戶提供擇時(shí)用電等與配電網(wǎng)互動(dòng)的服務(wù)。

配電智能化系統(tǒng)（總體架構(gòu)見圖1）由主站、終端/子站、通信系統(tǒng)組成；上級調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、故障報(bào)修系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)、配變采集與監(jiān)測系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)等為外部系統(tǒng)。配電智能化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)配電SCADA 、饋線自動(dòng)化（FA ）和電網(wǎng)分析應(yīng)用等功能。配電智能化系統(tǒng)借助多種通信手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)方控制，通過就地型或集中型饋線自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的快速切除與自動(dòng)恢復(fù)供電。通過信息交換總線，與外部系統(tǒng)進(jìn)行互連，整合配電信息，外延業(yè)務(wù)流程，建立完整的配網(wǎng)模型，擴(kuò)展和豐富配電智能化系統(tǒng)的應(yīng)用功能，支持配電調(diào)度、生產(chǎn)、運(yùn)行以及用電營銷等業(yè)務(wù)的閉環(huán)管理。可以擴(kuò)展對于分布式電源/ 儲(chǔ)能/ 微電網(wǎng)等接入，通過電網(wǎng)分析應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自愈控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，實(shí)現(xiàn)與上級電網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度以及與智能用電系統(tǒng)的互動(dòng)。

SDG不是一項(xiàng)局部的技術(shù), 也不是傳統(tǒng)配電網(wǎng)的簡單改進(jìn)與提高,而是將各種配電新技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的集成、融合,使系統(tǒng)的性能出現(xiàn)革命性的變化。DA的技術(shù)內(nèi)容完全包含在SDG內(nèi)(見圖2) ,且是 SDG 的主要內(nèi)容,具有舉足輕重的作用。與配電自動(dòng)化（DA）相比, SDG有著革命性的變化：1)技術(shù)內(nèi)容更為豐富。DA屬于配電系統(tǒng)二次技術(shù)的范疇,而SDG是各種電力新技術(shù)在配電系統(tǒng)中應(yīng)用的總和,幾乎涉及配電系統(tǒng)一次與二次的所有技術(shù)領(lǐng)域。SDG以提高系統(tǒng)整體性能、節(jié)約總體成本為目的,強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的有機(jī)融合、協(xié)調(diào)應(yīng)用。例如,將靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、配電 FACTS設(shè)備與廣域保護(hù)、分布式智能控制相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障快速自愈,將其對用戶的影響降至最小。2)性能更為完善。支持DER的大量接入、深度滲透。通過綜合應(yīng)用先進(jìn)的測控技術(shù)、電力電子技術(shù)并發(fā)揮DER、需求側(cè)管理的作用,使供電可靠性、電能質(zhì)量、資產(chǎn)利用效率等都較傳統(tǒng)配電網(wǎng)有實(shí)質(zhì)性的提高。3)實(shí)現(xiàn)與用戶的互動(dòng),包括為用戶提供擇時(shí)用電、自有DER上網(wǎng)等。DA中的AMR技術(shù)只是單向讀取用戶電表顯示的用電量, 不支持與用戶互動(dòng)的功能。

圖1 配電智能化系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 SDG與DA的內(nèi)容示意圖

1、配電主站

配電主站必須滿足國家、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。具備可靠性、可用性、可擴(kuò)展性和安全性，并可根據(jù)各地區(qū)配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、配電自動(dòng)化應(yīng)用基礎(chǔ)以及供電企業(yè)的實(shí)際需求，選擇和配置軟硬件系統(tǒng)。

配電主站的基本功能包括配電SCADA和電網(wǎng)分析應(yīng)用，其中配電SCADA為必備功能；電網(wǎng)分析應(yīng)用為選配功能，可根據(jù)數(shù)據(jù)完備情況和實(shí)際需求進(jìn)行選配。

配電主站與其它系統(tǒng)之間的互連，應(yīng)采用基于IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)的信息交換總線來實(shí)現(xiàn)，若有綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，可作為基于數(shù)據(jù)庫方式的應(yīng)用系統(tǒng)接入信息交換總線。

智能化功能包括：分布式電源/ 儲(chǔ)能裝置/ 微電網(wǎng)接入和監(jiān)控、配電網(wǎng)自愈控制、輸/ 配電網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度、多能源互補(bǔ)的智能能量管理以及與智能用電系統(tǒng)的互動(dòng)等。

2、配電終端/ 子站

配電終端主要指用于開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站、柱上開關(guān)、 配電變壓器、 線路等配電設(shè)備的監(jiān)測和控制裝置。配電終端應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具備較高的穩(wěn)定性、可靠性、可擴(kuò)展性及維護(hù)的方便性。配電終端的配置應(yīng)滿足《城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》 的要求， 配電終端的功能應(yīng)能適應(yīng)不同可靠性、不同接線方式的一次網(wǎng)架。故障隔離和恢復(fù)供電方案應(yīng)充分考慮不同于一次設(shè)備的特點(diǎn)。

配電子站放置在變電站或開關(guān)站中，負(fù)責(zé)該站供電區(qū)域內(nèi)的配電終端的數(shù)據(jù)集中與轉(zhuǎn)發(fā)。按功能需求分為通信匯集型子站和監(jiān)控功能型子站。配電子站功能應(yīng)滿足《配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》的相關(guān)要求。

3、通信系統(tǒng)

配電通信網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)綜合考慮配電自動(dòng)化、計(jì)量、用戶用電信息采集等系統(tǒng)的多種需求，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率。根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的不同實(shí)現(xiàn)模式，合理設(shè)計(jì)、建設(shè)配電自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)。配電主站與配電子站之間的通信網(wǎng)絡(luò)為骨干層，配電主站、子站至配電終端的通信網(wǎng)絡(luò)為接入層。

配電通信網(wǎng)應(yīng)采用多種通信方式相結(jié)合的原則組建，對于需要實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的區(qū)域宜采用光纖專網(wǎng)通信方式；對于實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高的具備遙控功能的配電終端，優(yōu)先采用專網(wǎng)通信方式，采用公網(wǎng)通信方式時(shí)必須符合相關(guān)安全防護(hù)規(guī)定要求。

4、信息交換總線

信息交換總線應(yīng)遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)，以松耦合方式實(shí)現(xiàn)主站和其它系統(tǒng)之間的信息交換。支持標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電、輸電、配電、用電統(tǒng)一融合的全CIM模型和IEC 61968消息交換模型，并可采用適配器將非標(biāo)準(zhǔn)私有協(xié)議轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)符合面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的數(shù)據(jù)集成。

二、智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

配電網(wǎng)的智能化要以配電網(wǎng)高級自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ), 通過應(yīng)用先進(jìn)的配電網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)化技術(shù)、配電網(wǎng)管理自動(dòng)化技術(shù)、用戶自動(dòng)化技術(shù)、分布式電源并網(wǎng)控制技術(shù)、定制電力技術(shù)等, 使得配電網(wǎng)支持大量的分布式發(fā)電、可再生能源、儲(chǔ)能裝置的接入和微網(wǎng)運(yùn)行, 增強(qiáng)電力企業(yè)與用戶之間的雙向互動(dòng), 提高配電網(wǎng)的綜合自動(dòng)化水平、管理水平和電力市場化水平, 優(yōu)化配電網(wǎng)資產(chǎn)利用,從而實(shí)現(xiàn)給用戶更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電。

1、配電網(wǎng)自愈控制

為實(shí)現(xiàn)建設(shè)靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，需針對配電網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)運(yùn)行技術(shù)、有利于分布式電源接入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、具備自愈功能的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等直接與系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題開展研究和示范工作。智能配電網(wǎng)的自愈控制通過應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)和控制理論, 建立起配電網(wǎng)在異常脆弱區(qū)、故障擾動(dòng)區(qū)、檢修維護(hù)區(qū)、正常運(yùn)行區(qū)下的自動(dòng)判別算法,在穩(wěn)定評價(jià)指標(biāo)、電能質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)、兼容評價(jià)指標(biāo)、用戶服務(wù)評價(jià)指標(biāo)體系下, 對配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評估和隱患預(yù)測, 并執(zhí)行相應(yīng)區(qū)域的控制方案, 以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行和自愈控制的目的, 達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、靈活互動(dòng)和友好開放的供電要求。

2、分布式發(fā)電與智能微網(wǎng)技術(shù)

分布式電源是連接到配電網(wǎng)的小容量發(fā)電機(jī)或儲(chǔ)能裝置。對于穿越功率小的系統(tǒng)（大約為峰荷容量的15%左右）, 分布式電源在連接點(diǎn)的保護(hù)配置將對配電網(wǎng)設(shè)計(jì)沒有大的影響。一個(gè)智能電網(wǎng)將可能擁有更大容量、接入靈活的分布式電源。在這種情況下，配電網(wǎng)將和一個(gè)小型的輸電網(wǎng)類似，它需要考慮諸如非輻射性潮流、更高的短路容量等輸電網(wǎng)中常出現(xiàn)的問題。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)另外需要考慮問題包括在孤島情況下的運(yùn)行能力問題、減輕配電網(wǎng)優(yōu)化潮流的限制問題、分布式電源和實(shí)際電廠運(yùn)行配合的問題等。

微網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)和分布式發(fā)電(Distributed Generation, DG)、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的綜合, 集成多個(gè)分布式發(fā)電單元和負(fù)荷作為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng), 為用戶提供電能和熱能。在合理的控制方式下, 微網(wǎng)可以并網(wǎng)運(yùn)行也可以脫離主電網(wǎng)孤立運(yùn)行, 并可實(shí)現(xiàn)兩種運(yùn)行模式的無縫轉(zhuǎn)換。

3、AMI技術(shù)

量測和通信技術(shù)是配電系統(tǒng)信息化和數(shù)字化的基礎(chǔ)，也是提高配電網(wǎng)總體運(yùn)行和管理自動(dòng)化水平的前提?；谙冗M(jìn)量測和通信技術(shù)的配電系統(tǒng)高級量測體系(Advanced Metering Infrast ructure, AMI)是發(fā)展智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)。AMI 主要由智能表計(jì)、數(shù)據(jù)收集單元、回程傳輸單元、雙向通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（metering data management system，MDMS）和用戶室內(nèi)網(wǎng)（home area network，HAN）等部分組成。AMI是自動(dòng)抄表技術(shù)( Automat ic MeterReading, AMR)的高級發(fā)展, 除涵蓋了AMR 的所有功能以外, 還擁有很多高級應(yīng)用。

智能電表可以定時(shí)取得用戶帶有時(shí)標(biāo)的分時(shí)段（如15 min，1 h等）用電量、用電功率、電壓、電流等信息，是配電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量傳感器。智能電表可作為電力公司與用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)，使得用戶可以近于實(shí)時(shí)地查看用電信息，從電力公司接收電價(jià)信號。MDMS 是一個(gè)帶有分析工具的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，與 AMI 自動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（automated datacollection system，ADCS）相結(jié)合，可有效地處理和儲(chǔ)存智能電表的計(jì)量值。

4、高級配電自動(dòng)化技術(shù)

智能配電網(wǎng)要求高層次的配電系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)與之相適應(yīng)，需要對現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展和延伸，以適應(yīng)分布式電源接入、供電可靠性提高的要求。高級配電系統(tǒng)自動(dòng)化在故障隔離與自愈、分布式電源與可平移負(fù)荷調(diào)度、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助決策等方面有新的要求。需要建立在具備可自愈的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，可以有效提高供電可靠性，縮小非故障停電區(qū)域，減少停電恢復(fù)時(shí)間。配電自動(dòng)化系統(tǒng)中需充分考慮分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施、用戶定制電力技術(shù)、智能需求側(cè)管理等方面的影響。同時(shí)，其功能需要延伸至用戶室內(nèi)網(wǎng)，在保證用戶用電可靠性要求的前提下， 有效增加電力設(shè)備的利用率。

5、智能配電信息系統(tǒng)

功能完備的配電信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)信息管理科學(xué)化、高效化的基礎(chǔ)，是為用戶提供滿意電力服務(wù)的保證。配電信息系統(tǒng)涉及規(guī)劃、運(yùn)行、管理等各個(gè)方面。當(dāng)前，我國的配電信息系統(tǒng)還有自動(dòng)化程度不高、功能不完備、數(shù)據(jù)分散且共享程度低、信息存在孤島等問題。智能配電系統(tǒng)對配電信息系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅需要滿足由用戶直接參與的智能需求側(cè)管理方面的要求，由于系統(tǒng)中將會(huì)有大量分布式電源的存在，還需要滿足用戶與配電系統(tǒng)運(yùn)營者間雙向營銷的需要，需要有適于配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測、預(yù)警、自愈控制等高級輔助決策的功能，等等。

6、配電網(wǎng)快速仿真與模擬技術(shù)

配電網(wǎng)快速仿真與模擬技術(shù)(Distr ibution Fast Simulat ion and Modeling, DFSM)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈的重要工具, 它能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括自適應(yīng)保護(hù)、故障自動(dòng)定位和排除、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、自動(dòng)電壓和無功控制等, 仿真工具包括配電網(wǎng)狀態(tài)評估、電網(wǎng)潮流優(yōu)化、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全評估、負(fù)荷預(yù)測等, 建模工具包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、設(shè)備模型、負(fù)荷模型和發(fā)電模型。

DFSM 在實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上, 應(yīng)用數(shù)學(xué)分析工具和先進(jìn)的預(yù)測技術(shù), 根據(jù)配電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài), 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的精確狀態(tài)估計(jì)和實(shí)時(shí)優(yōu)化運(yùn)行, 預(yù)測配電網(wǎng)潛在事件, 并為系統(tǒng)運(yùn)行人員提供輔助決策建議和最優(yōu)決策服務(wù), 從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈。

三、結(jié)束語

智能配電網(wǎng)是建設(shè)有中國特色堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的重要組成部分, 是解決配電網(wǎng)架構(gòu)薄弱、自動(dòng)化水平低、分布式發(fā)電大量接入對電網(wǎng)負(fù)面影響、用戶與電網(wǎng)之間的互動(dòng)能力和電網(wǎng)運(yùn)行控制水平有限等問題的有效手段。通過開展配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)、分布式發(fā)電與智能微網(wǎng)技術(shù)、AMI 技術(shù)、配電網(wǎng)快速仿真與模擬技術(shù)研究可有力地推進(jìn)我國智能電網(wǎng)藍(lán)圖的實(shí)現(xiàn)。

由于歷史原因, 中國配電網(wǎng)投資相對不足,這是目前制約電力系統(tǒng)供電質(zhì)量與運(yùn)行效率提高的薄弱環(huán)節(jié),亟待進(jìn)一步加強(qiáng)、提高。而國家大力推動(dòng)可再生能源發(fā)電以及電動(dòng)車發(fā)展的政策更是給配電網(wǎng)提出了新挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)的提出為解決這些問題創(chuàng)造了條件,給配電技術(shù)的發(fā)展指明了方向。積極研發(fā)并推廣應(yīng)用SDG 技術(shù),對于建設(shè)現(xiàn)代配電網(wǎng),更好地滿足中國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展對電力系統(tǒng)的要求,具有十分重要的意義。