智能配電網(wǎng)技術(shù)研究

游政+陳雨晴

摘 要：近年來(lái)，電力技術(shù)以日新月異的速度飛速發(fā)展，給人們?nèi)粘９ぷ骷吧钪械亩鄠€(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了極大的改變，人們對(duì)于智能電網(wǎng)的概念已經(jīng)從陌生轉(zhuǎn)變?yōu)槭煜ぁＷ鳛橹悄茈娋W(wǎng)的重要組成部分——智能配電網(wǎng)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，逐步走向高度自動(dòng)化、智能化。鑒于此本文從智能配電網(wǎng)技術(shù)及其相關(guān)支撐技術(shù)入手，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行了詳細(xì)研究，希望能為我國(guó)電氣工程領(lǐng)域的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；自動(dòng)化技術(shù)；應(yīng)用

近年來(lái)，智能電網(wǎng)這一新概念逐漸受到國(guó)內(nèi)外電力部門(mén)的青昧。智能電網(wǎng)主要是運(yùn)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)以及新的智能化技術(shù)手段，將電力企業(yè)的各種設(shè)備、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)任務(wù)及工作人員有機(jī)地聯(lián)系在一起，在一種“公共信息模型”的基礎(chǔ)上自動(dòng)收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行及電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理進(jìn)行全面、深入的分析，客觀正確地優(yōu)化其資產(chǎn)管理和供電服務(wù)。而智能配電網(wǎng)技術(shù)便是上述功能的關(guān)鍵支撐技術(shù)，我國(guó)電氣工程領(lǐng)域要想獲得長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，必須加大對(duì)智能配電網(wǎng)技術(shù)的研究，深入了解該領(lǐng)域的過(guò)程中，促使電氣工程能夠?yàn)槲覈?guó)人民提供更加便捷的服務(wù)。在這種情況下，積極加強(qiáng)智能配電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究具有重要意義。

1 智能配電網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

智能配電網(wǎng)（Smart Distribution Grid，SDG）是智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能電網(wǎng)，顧名思義，就是電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、相應(yīng)的先進(jìn)設(shè)備、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，并保證起使用的安全性。其主要特征包括自愈、激勵(lì)和抵御攻擊、提供滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行，能在很大程度上調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，。

智能配網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合應(yīng)用，依托其靈活高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及其有著充分安全性、可靠性的通信網(wǎng)絡(luò)，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(hù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的智能化，充分滿(mǎn)足未來(lái)智能配電系統(tǒng)集成、互動(dòng)、自愈、優(yōu)化的要求。

2 配電運(yùn)行自動(dòng)化技術(shù)

（一）配電運(yùn)行自動(dòng)化的主要功能及內(nèi)容

配電運(yùn)行自動(dòng)化主要包括配電運(yùn)行監(jiān)視與控制、故障的自動(dòng)隔離與智能電網(wǎng)自愈等內(nèi)容，是本地自動(dòng)化、 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控及其相應(yīng)分析軟件的有效結(jié)合。從具體實(shí)現(xiàn)功能來(lái)看，除了故障定位、故障隔離和供電、多重網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等傳統(tǒng)功能之外，還發(fā)展出了新型的功能，如分布式電源配電網(wǎng)的監(jiān)視與控制、故障的應(yīng)急處理、安全預(yù)警、運(yùn)行優(yōu)化和自愈控制等功能。

配電網(wǎng)的主要內(nèi)容包括：

（1）配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。它覆蓋配電網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)，是光纖、無(wú)線與載波通信技術(shù)的綜合運(yùn)用，支持各個(gè)配電終端與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)。

（2）具有自愈功能的配電網(wǎng)絡(luò)?；诟鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)所配備的新型開(kāi)關(guān)、測(cè)量設(shè)備以及各類(lèi)監(jiān)控通信設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障定位、隔離，恢復(fù)供電，有效減少停電面積和停電時(shí)間。

（3）智能主站系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)智能化、可視化，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)模型與相關(guān)通信服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)性和開(kāi)放性。

（4）分布式電源并網(wǎng)。關(guān)鍵在于分布式電源的隨時(shí)可用性和微電網(wǎng)運(yùn)行控制。其中微電網(wǎng)的運(yùn)行控制的要求是，在主網(wǎng)正常工作時(shí)，保證微電網(wǎng)與主網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行；當(dāng)主網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微電網(wǎng)能獨(dú)立運(yùn)行，在主網(wǎng)恢復(fù)后，能再次進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)運(yùn)行狀態(tài)。

（二）配電運(yùn)行的監(jiān)視與控制

高級(jí)配電運(yùn)行監(jiān)視與控制功能主要作用如下：

（1）為了解決智能配電網(wǎng)的雙向潮流監(jiān)控問(wèn)題。所謂潮流就是電功率的輸送方向。對(duì)電網(wǎng)終端負(fù)載線路來(lái)說(shuō)，潮流的方向都是從電源側(cè)指向負(fù)載側(cè)的。由于智能配電網(wǎng)具有大量分布式電源并且并網(wǎng)運(yùn)行及各類(lèi)微電網(wǎng)操作，雙向潮流問(wèn)題明顯。

（2）提高設(shè)備之間的相互操作能力?；谥悄芑呐潆娫O(shè)備，不僅具有了自我診斷的功能，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換和互操作，大大提高了工作效率。

（3）提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行成本最小化。通過(guò)引入人工智能的高級(jí)配電運(yùn)行監(jiān)視與控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)可能出現(xiàn)的電網(wǎng)故障進(jìn)行規(guī)避，既提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，也能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量日益提高的要求。

（三）配電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及自愈

簡(jiǎn)而言之，配電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是配電網(wǎng)自愈功能的基礎(chǔ)。其主要內(nèi)容包括通過(guò)對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而做出的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，綜合考慮各類(lèi)自然災(zāi)害、自然環(huán)境變化的配電網(wǎng)自動(dòng)預(yù)警和預(yù)防控制技術(shù)及各類(lèi)不確定性分析方法和安全水平評(píng)估方法。

配電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)根源多樣化，常見(jiàn)的有：各類(lèi)設(shè)備的隨機(jī)故障、外部自然影響、人為操作失誤、負(fù)載的不確定性，而這幾類(lèi)因素因其的難預(yù)測(cè)性，常常導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生各類(lèi)電力事故。而智能配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，通過(guò)建立表征系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，判斷各類(lèi)系統(tǒng)元件失效（故障）的發(fā)生概率以及相應(yīng)的事故后果嚴(yán)重性，從而確定系統(tǒng)可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平和風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要參數(shù)指標(biāo)是配電網(wǎng)運(yùn)行中的充裕性，這一參數(shù)可以用來(lái)表征配電網(wǎng)的設(shè)施能否充分滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行的條件及用戶(hù)的用電需求。傳統(tǒng)意義上的充裕性分析基于各類(lèi)確定性分析原則，所分析的對(duì)象常為單個(gè)原件故障或是關(guān)鍵設(shè)備停運(yùn)，但分析結(jié)果趨于保守，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際系統(tǒng)的要求。在當(dāng)今配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，引入了概率模型，充分考慮電網(wǎng)負(fù)荷和各類(lèi)運(yùn)行工況下的不確定性因素，全面反映配電網(wǎng)在不同運(yùn)行方式下的風(fēng)險(xiǎn)程度。

配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)是以狀態(tài)檢測(cè)為前提，自動(dòng)診斷電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，運(yùn)用智能化的控制策略進(jìn)行決策診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)裝置、智能開(kāi)關(guān)、安全自動(dòng)裝置和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的自動(dòng)、有序控制，在預(yù)設(shè)好的時(shí)間內(nèi)促使電網(wǎng)轉(zhuǎn)向較好的運(yùn)行狀態(tài)，使配電網(wǎng)具有自愈能力。通常包含兩個(gè)方面的含義：一方面是指當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，自動(dòng)隔離故障區(qū)域，自動(dòng)恢復(fù)正常區(qū)域供電；另一方面指的是，在系統(tǒng)出現(xiàn)不安全狀態(tài)或?qū)⒁霈F(xiàn)不安全狀態(tài)時(shí)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行及用戶(hù)的用電質(zhì)量，不影響用戶(hù)的正常用電或?qū)⑼ｋ娪绊懡抵磷畹汀?/p>

配電網(wǎng)自愈的關(guān)鍵技術(shù)在于：

（1）信息化技術(shù)。主要包括：數(shù)據(jù)測(cè)量采集技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信與信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)（包括平臺(tái)技術(shù)）、智能性深度計(jì)算和挖掘技術(shù)以及接口與標(biāo)準(zhǔn)化手段等。

（2）動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)。感知已經(jīng)發(fā)生的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程；幫助穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)估計(jì)提高計(jì)算精度；保護(hù)和控制行為后驗(yàn)評(píng)價(jià)的測(cè)量；電網(wǎng)故障的動(dòng)態(tài)過(guò)程反演、回放與分析的數(shù)據(jù)來(lái)源；電力系統(tǒng)元件模型及參數(shù)后驗(yàn)評(píng)價(jià)與校核的測(cè)量；實(shí)際電力系統(tǒng)研究動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的測(cè)量。

3 結(jié)論

配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，是整個(gè)電力系統(tǒng)與用戶(hù)聯(lián)系、向用戶(hù)供應(yīng)電能和分配電能的重要環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，配電設(shè)備數(shù)量越來(lái)越大、分布面越來(lái)越廣、不確定性因素日益增多，因此，應(yīng)引入先進(jìn)的配電網(wǎng)技術(shù)，彌補(bǔ)配電網(wǎng)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的安全水平。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

游政（1994-），男，福建省龍巖市，本科在讀。

陳雨晴（1994-），女，福建省龍巖市，本科在讀。