唐天奇

（泰州三新供電服務(wù)有限公司，江蘇 泰州 225300）

傳統(tǒng)的農(nóng)村電網(wǎng)通常采用配電變壓器供電，以配電變壓器為中心，采取“一控多”的方式實現(xiàn)配電網(wǎng)的控制和管理，采用單一的配電變壓器供電方式。在農(nóng)村電網(wǎng)中，配電變壓器不能滿足用戶對電壓質(zhì)量、供電可靠性以及電能質(zhì)量等方面的要求，用戶對電力供應(yīng)質(zhì)量的要求越來越高；同時，隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和居民生活水平的提高，用電負荷的不斷增加，配電變壓器和配電線路呈現(xiàn)出超負荷運行狀態(tài)。隨著農(nóng)村經(jīng)濟和農(nóng)民生活水平的不斷提高，農(nóng)村配電網(wǎng)對電能質(zhì)量要求越來越高，對供電可靠性要求越來越高，特別是在農(nóng)村農(nóng)網(wǎng)中采取了大量的節(jié)能降耗措施后，對配電網(wǎng)的供電可靠性要求更加嚴格。這就導(dǎo)致農(nóng)村配電變壓器難以滿足負荷發(fā)展和節(jié)能降耗等要求；同時由于配電變壓器容量不足、臺數(shù)較多等原因，使得配電網(wǎng)需要建設(shè)大量的分支線路以保證供電可靠性。在農(nóng)村配電網(wǎng)中采用單一配電變壓器供電方式會導(dǎo)致供電可靠性較低、電能質(zhì)量較差以及節(jié)能降耗等問題；同時由于農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)模小、線路長、投資大等原因，使得其難以采用智能變電站技術(shù)實現(xiàn)對電能質(zhì)量和供電可靠性進行控制；同時由于農(nóng)村配電網(wǎng)中的分支線路較多，存在著電壓不平衡和線損大等問題。傳統(tǒng)農(nóng)村電網(wǎng)主要采用配電變壓器供電方式，存在著配電變壓器容量不足、臺數(shù)較多、線路長等問題；而隨著農(nóng)村經(jīng)濟和農(nóng)民生活水平的提高以及電力負荷的增長，農(nóng)村電網(wǎng)迫切需要采用智能變電站技術(shù)進行改造升級。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)采集與處理

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)首先是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，在具體實現(xiàn)過程中需要解決以下幾個問題。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的部署

智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集主要有兩種方式：一是變電站內(nèi)的集中式數(shù)據(jù)采集；二是戶外分布式采集，后者又可分為配電自動化和配網(wǎng)自動化。從智能電網(wǎng)的要求來看，配電自動化與配網(wǎng)自動化應(yīng)當具備完整的數(shù)據(jù)采集功能，并對各類數(shù)據(jù)進行有效處理。

1.1.2 智能電表的配置

智能電表作為智能電網(wǎng)最基本的設(shè)備之一，在農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)過程中需要對其進行合理配置。目前市場上銷售的智能電表主要有兩種：一種是通用型智能電表，另一種是專用型智能電表。通用型智能電表價格相對便宜、配置簡單，但是由于其沒有電量計量功能，所以只能用于簡單的負荷管理；專用型智能電表具有電量計量功能，但是其價格相對較高，適用于負荷管理及高級電能質(zhì)量控制等應(yīng)用場景。

1.1.3 采集數(shù)據(jù)的標準化與規(guī)范化

目前，農(nóng)村電網(wǎng)中廣泛使用多種采集裝置和通信手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸。由于各廠家在數(shù)據(jù)標準和通信規(guī)約方面存在差異，不同廠家的設(shè)備需要采用不同標準進行數(shù)據(jù)傳輸和采集，從而導(dǎo)致了農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中存在著大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。因此，需要從規(guī)范技術(shù)標準、建立統(tǒng)一規(guī)范等方面入手解決上述問題。

1.1.4 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量異構(gòu)、多源的數(shù)據(jù)，因此對這些數(shù)據(jù)進行處理與分析就成為當前智能電網(wǎng)建設(shè)面臨的一大難題。

1.2 分布式電源接入

分布式電源是一種以可再生能源為動力的小型發(fā)電站，主要包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，分布式電源可以作為重要的分布式電源接入到智能電網(wǎng)中。分布式電源接入智能電網(wǎng)的優(yōu)點在于可以降低對大電網(wǎng)的依賴程度，有利于解決目前我國農(nóng)村地區(qū)面臨的能源短缺問題。同時，分布式電源能夠提高配網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量，在一定程度上能夠緩解農(nóng)村地區(qū)的用電緊張問題。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司“十三五”電網(wǎng)智能化建設(shè)規(guī)劃》，到2020 年，我國農(nóng)村電網(wǎng)將全面建成以智能變電站、智能配電網(wǎng)絡(luò)、智能用電終端、智能配網(wǎng)為核心的“三型兩網(wǎng)”，初步實現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)智能化。在農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)過程中，分布式電源接入是一項重要的內(nèi)容。農(nóng)村地區(qū)具有豐富的風(fēng)力、太陽能等可再生能源資源，可以為分布式電源提供大量的動力來源[1]。

分布式電源接入農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中，分布式電源的接入是一項關(guān)鍵技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.電壓控制：通過實時監(jiān)測分布式電源的電壓變化，及時調(diào)整分布式電源輸出功率，并以一定的策略實現(xiàn)對分布式電源輸出功率的控制，保證電力系統(tǒng)的安全運行。當分布式電源出現(xiàn)故障時，可以按照一定的策略及時切斷故障點，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2.諧波抑制：通過對分布式電源輸出功率進行測量、監(jiān)測和分析，實現(xiàn)對系統(tǒng)中諧波的檢測和抑制。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，通常采取以下措施來實現(xiàn)對分布式電源接入技術(shù)的研究：根據(jù)不同地區(qū)的實際情況，研究適合當?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展需要、性能良好、投資成本低且可靠性高的分布式發(fā)電技術(shù)；在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中推廣應(yīng)用各類新能源發(fā)電技術(shù)[2]。

1.3 配電網(wǎng)實時監(jiān)控

配電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計算機、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等先進技術(shù)，對配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、控制和管理的系統(tǒng)。配電網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能：

1.實時監(jiān)測與控制：通過對配電自動化終端（饋線終端單元饋線自動化裝置、智能開關(guān)、電壓電流互感器等）采集的配電網(wǎng)運行參數(shù)，進行實時分析，為系統(tǒng)提供配電網(wǎng)運行狀態(tài)信息。

2.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制：通過對配電自動化終端采集的配電網(wǎng)運行參數(shù)，進行實時分析，判斷設(shè)備是否正常運行，及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備異常情況。

3.潮流計算和優(yōu)化：通過對配電自動化終端采集的配電網(wǎng)運行參數(shù)進行分析，計算出配電網(wǎng)潮流，根據(jù)負荷變化情況對配電網(wǎng)潮流進行優(yōu)化。

4.故障診斷與定位：通過對采集到的配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行分析，對故障類型、故障點進行定位。

5.告警管理：通過對系統(tǒng)采集的配電網(wǎng)運行參數(shù)進行分析，判斷是否有告警信息，并及時處理告警信息。

6.歷史數(shù)據(jù)查詢：通過對系統(tǒng)采集到的配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行分析，查詢配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)。

7.系統(tǒng)功能擴展：通過擴展智能開關(guān)、智能配變終端、配電自動化系統(tǒng)等功能模塊，實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化控制及管理功能。

8.遠程控制：通過擴展遠程控制功能模塊（SCADA/EMS）以及遠程控制通信接口（RTU/TDC），實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)的遠程控制[3]。

2 技術(shù)方案

2.1 農(nóng)村配電網(wǎng)自動化

農(nóng)村配電網(wǎng)自動化是指在配電網(wǎng)運行管理中，采用先進的通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和信息處理技術(shù)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的自動化監(jiān)控、運行管理和故障處理等功能，以提高配電網(wǎng)可靠性，實現(xiàn)供電企業(yè)的科學(xué)管理和決策，降低電能損耗。隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展以及農(nóng)村居民生活水平的不斷提高，農(nóng)村對電能質(zhì)量和可靠性有了更高的要求，農(nóng)村配電網(wǎng)自動化在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)村用電需求增長速度較快，但農(nóng)村配電設(shè)備相對落后，尤其是在供電可靠性方面仍然存在較大的差距。因此，大力發(fā)展農(nóng)村配電網(wǎng)自動化對提高供電可靠性具有十分重要的意義[4]。

農(nóng)村配電網(wǎng)自動化是指在農(nóng)村配電網(wǎng)中應(yīng)用先進的信息技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)中信息的采集、傳輸、處理及控制，從而有效地提高配電系統(tǒng)的可靠性和供電質(zhì)量，滿足農(nóng)村用電需求。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）、故障監(jiān)測與處理系統(tǒng)（FMS）、饋線自動化系統(tǒng)（FA）、配變監(jiān)測與控制系統(tǒng)（DCMS）和通信系統(tǒng)五大部分組成。農(nóng)村配電網(wǎng)自動化主站主要包括配網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端、主站監(jiān)控中心和分界開關(guān)三部分。配電數(shù)據(jù)采集終端主要完成線路和用戶端的監(jiān)測功能，將采集到的配電網(wǎng)運行狀態(tài)和用戶用電信息上傳到主站監(jiān)控中心，并提供準確的電能質(zhì)量參數(shù)[5]。

饋線自動化主要完成配電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)測功能，根據(jù)對運行數(shù)據(jù)的分析來實現(xiàn)故障定位，并在故障發(fā)生時，自動生成故障處理方案。分界開關(guān)是配電網(wǎng)絡(luò)中進行分支線開關(guān)操作的開關(guān)，其主要功能是根據(jù)用戶對電能質(zhì)量的要求和線路狀況選擇最優(yōu)路徑以保證供電質(zhì)量。配變監(jiān)測與控制系統(tǒng)主要完成配變狀態(tài)監(jiān)控和智能管理，監(jiān)控配電變壓器的運行狀態(tài)，同時能夠?qū)收线M行判斷并自動隔離故障區(qū)域。通信系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)傳輸、通信管理、信息交換以及與電力調(diào)度中心、調(diào)度自動化系統(tǒng)等業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)的接口。在農(nóng)村配電網(wǎng)中應(yīng)用配電自動化技術(shù)，可以提高農(nóng)村配電網(wǎng)運行管理水平、供電可靠性和供電質(zhì)量，對于改善農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和提高農(nóng)村電氣化水平具有重要作用。

2.2 分布式電源接入系統(tǒng)

目前，農(nóng)村配電網(wǎng)存在著大量的分布式電源接入問題，由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)標準，許多分布式電源不能接入配電網(wǎng)，有些即使有接入條件，也不能按照傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行方式運行，引起了供電可靠性、電能質(zhì)量、電壓波動等問題。同時，由于分布式電源容量小、分布廣，對其控制、保護以及對配電網(wǎng)的影響等問題也需要加以研究。目前，分布式電源主要有光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及小型生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)等。目前我國農(nóng)村配電網(wǎng)分布式電源接入系統(tǒng)主要有以下幾種方式：對配電網(wǎng)進行改造，將原來的配電網(wǎng)絡(luò)改為“多電源供電”或“多電源-變壓器供電”的結(jié)構(gòu)，以提高其供電可靠性和電能質(zhì)量。這種方式適用于經(jīng)濟發(fā)展較快、用電負荷較大、電能質(zhì)量要求較高的地區(qū)。采用架空線路、電纜線路、有載調(diào)壓變壓器或微型發(fā)電機組等靈活多樣的形式將分布式電源接入配電網(wǎng)。這種方式適用于農(nóng)村配電網(wǎng)供電可靠性要求不高、經(jīng)濟發(fā)展速度較快的地區(qū)。將分布式電源集中接入10kV配電室，以減少配電網(wǎng)線路長度和設(shè)備投資，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。利用10kV 低壓配電網(wǎng)直接接入分布式電源或儲能系統(tǒng)。

2.3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一項重要的技術(shù)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變器、儲能系統(tǒng)和監(jiān)控保護系統(tǒng)等組成，光伏陣列通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，儲能系統(tǒng)可保證發(fā)電與用電之間的能量交換，監(jiān)控保護系統(tǒng)對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的故障進行及時報警。從分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，主要由光伏陣列、逆變器、儲能系統(tǒng)、監(jiān)控保護系統(tǒng)組成。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列主要由太陽能電池板組成，是整個發(fā)電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。逆變器是將輸入的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，逆變器通過檢測環(huán)境溫度、光照強度和負載等信息來控制逆變器的輸出頻率和電壓。儲能裝置主要用于實現(xiàn)直流電與交流電之間的轉(zhuǎn)換，是整個系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。儲能裝置通常有蓄電池、鋰離子電池、超級電容器等類型。

目前我國已建成投產(chǎn)并網(wǎng)光伏發(fā)電裝機容量超過70GW，并網(wǎng)容量占全國總裝機容量的比例已超過40%。我國光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的比例已達到世界平均水平，預(yù)計到2020 年我國光伏發(fā)電裝機規(guī)模將達60GW。監(jiān)控保護系統(tǒng)主要用于監(jiān)視整個發(fā)電過程中各設(shè)備的運行狀態(tài)和各種參數(shù)指標，監(jiān)控保護系統(tǒng)主要包括：有功功率控制、無功功率控制、電壓電流故障監(jiān)測、過壓過流保護等。隨著我國對新能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展。

3 結(jié)語

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)是一個循序漸進的過程，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)還需考慮到其所處的地域特征，綜合考慮農(nóng)村地區(qū)的用電特點和發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)國家和地方相關(guān)政策法規(guī)，逐步推進農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)?，F(xiàn)階段，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)主要針對智能用電終端、配電自動化、配網(wǎng)運行監(jiān)測、配電管理、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域進行應(yīng)用研究。在智能用電終端方面，應(yīng)逐步實現(xiàn)對電能質(zhì)量的監(jiān)測與分析功能，提高電能質(zhì)量水平；在配電自動化方面，應(yīng)實現(xiàn)對配電線路實時監(jiān)控與故障診斷；在配網(wǎng)運行監(jiān)測方面，應(yīng)實現(xiàn)配網(wǎng)線路的實時監(jiān)測和故障診斷；在通信網(wǎng)絡(luò)方面，應(yīng)實現(xiàn)智能配網(wǎng)和智能調(diào)度系統(tǒng)之間的信息交換和共享。