國(guó)內(nèi)智能配電網(wǎng)發(fā)展歷程

李飛　 段青蘭

【摘要】隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)電能的需求量也越來越大。傳統(tǒng)的配電方式已經(jīng)很難滿足人們的日常需求，在國(guó)家電網(wǎng)公司不斷的努力和研發(fā)下，新一代的智能配電網(wǎng)技術(shù)在不斷的趨于成熟。本文就筆者在國(guó)家電網(wǎng)公司近年的工作經(jīng)驗(yàn)，探討一下關(guān)于智能電網(wǎng)的發(fā)展歷程，有不足之處還請(qǐng)指正。

【關(guān)鍵詞】國(guó)家電網(wǎng)；智能配電網(wǎng)；發(fā)展

配電網(wǎng)的含義是自輸電網(wǎng)或是地區(qū)的電廠來接收電能，利用配電設(shè)施直接分配到戶或者是根據(jù)電壓一級(jí)一級(jí)地將電能分配給各類用戶的電網(wǎng)。它由架空線及電纜、電線桿、配電變壓器、隔離開關(guān)、無功功率補(bǔ)償控制器和一些輔助設(shè)施一并組成。它在電力網(wǎng)的電能分配中起著重要作用。從性質(zhì)方面來說，配電網(wǎng)的設(shè)備也包含變電站的一些配電裝置。由降壓配電變電站（高壓配電變電站）輸出到用戶端的電力系統(tǒng)的這一部分被叫做配電系統(tǒng)。配電系統(tǒng)是各種配電設(shè)備（或組件）和配電設(shè)施組成的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——轉(zhuǎn)換電壓并將電力直接分配給最終用戶。配電網(wǎng)通常使用閉環(huán)設(shè)計(jì)和開環(huán)運(yùn)行，結(jié)構(gòu)為輻射狀。閉環(huán)結(jié)構(gòu)用于提高操作的靈活性和供電的可靠性；開環(huán)運(yùn)行第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是為了限制短路以及故障電流，避免斷路器因超過遮斷容量而發(fā)生爆炸事故，第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是為了控制故障所波及到的范圍，防止故障停電的范圍擴(kuò)張，有效減少停電受損面積。

1行業(yè)發(fā)展概況

智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的最重要的環(huán)節(jié)之一。通常情況下，110kV及以下的電網(wǎng)屬于配電網(wǎng)，它是整個(gè)電力系統(tǒng)直接連接到分散用戶的部分。智能配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)絡(luò)的在線和離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以及用戶的數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形一并進(jìn)行整合，來實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的配電系統(tǒng)。在正常操作和事故突發(fā)的情況下進(jìn)行智能監(jiān)控、智能保護(hù)、智能控制、智能用電以及智能配電管理。

智能配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：主站、通信系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)控終端設(shè)備，這三個(gè)部分形成了完整的信息傳輸以及處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過遠(yuǎn)程管理來運(yùn)行和操作配電網(wǎng)。對(duì)于智能配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，在這三個(gè)部分中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵以及核心，就是通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)通過主站將控制命令準(zhǔn)確無誤地發(fā)送到大量的遠(yuǎn)程終端，并收集遠(yuǎn)程設(shè)備操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息到控制中心。智能配電網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)可以由種類繁多的通信方式組成，但目前最主要采用的是光纖以及電力載波這兩種通信方式。

自動(dòng)化監(jiān)控終端設(shè)備包括饋線終端設(shè)備（FTU）、配變終端設(shè)備（TTU）、開閉所終端設(shè)備（DTU）等。過去的幾年，智能配網(wǎng)項(xiàng)目和技術(shù)在一直走在智能電網(wǎng)普及的最前端。隨著全球范圍內(nèi)主要國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)施，各國(guó)政策和資金投入的加大，智能配網(wǎng)市場(chǎng)未來將迅速增長(zhǎng)。其中，發(fā)達(dá)國(guó)家以原有的配網(wǎng)設(shè)備更新?lián)Q代需求為主，發(fā)展中國(guó)家以新建智能配網(wǎng)系統(tǒng)需求為主。全球智能配網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將由2010年的25億美元發(fā)展到2015年的95億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過30%[1]。

我國(guó)的智能配網(wǎng)目前還處在起步階段，目前國(guó)內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動(dòng)化率不足10%，仍處在剛剛開始試點(diǎn)和初步建設(shè)的階段。隨著國(guó)家加大智能電網(wǎng)建設(shè)，智能配網(wǎng)將成為我國(guó)電力行業(yè)新一輪的投資重點(diǎn)，未來市場(chǎng)空間廣闊。配網(wǎng)自動(dòng)化從2009年開始啟動(dòng)，從最開始的五個(gè)試點(diǎn)城市擴(kuò)充到2012年的40多個(gè)城市。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃，由于試點(diǎn)城市的饋線率、供電可靠性均有明顯改善，全國(guó)總計(jì)約有300個(gè)城市將在十二五期間啟動(dòng)配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。“十二五”期間按配網(wǎng)智能化率達(dá)到40%測(cè)算配電智能化終端和主站的總市場(chǎng)容量將分別達(dá)到230億元和36億元左右，總市場(chǎng)容量接近280億元。未來幾年配電自動(dòng)化增長(zhǎng)潛力巨大。

2 智能配電網(wǎng)功能特征

智能配電網(wǎng)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，具有8個(gè)功能特征。

（1）自愈能力。電網(wǎng)的自愈功能（Self Healing）是指其在無需或僅需少量的人為干預(yù)的情況下，利用先進(jìn)的監(jiān)控手段對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的在線自我評(píng)估，并采取預(yù)防性的控制手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速診斷、快速調(diào)整或消除故障隱患；在故障發(fā)生時(shí)能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，不影響用戶的正常供電或?qū)⒂绊懡抵磷钚　＞拖袢梭w的免疫功能一樣，自愈能力使電網(wǎng)能夠抵御并緩解各種內(nèi)外部危害（故障），保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的供電質(zhì)量。

（2）具有更高的安全性。計(jì)算機(jī)防御方面，智能電網(wǎng)的計(jì)算機(jī)防御能力強(qiáng)于傳統(tǒng)電網(wǎng)的計(jì)算機(jī)防御能力，提升了電網(wǎng)對(duì)外部破壞的防御和整修能力與效率。

（3）提供更高的電能質(zhì)量。智能配電網(wǎng)通過配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，通過科學(xué)規(guī)劃做好電力電量平衡、無功規(guī)劃等措施，來實(shí)現(xiàn)更高水準(zhǔn)的電能質(zhì)量。

（4）支持 DER 的大量接入。這增加了全網(wǎng)的供電量，更好的滿足了用戶的用電需求。

（5）支持與用戶互動(dòng)。電力企業(yè)要通過削峰填谷來減少投資，提高運(yùn)營(yíng)效率；用戶希望節(jié)省開支，合理用電。而這僅靠電費(fèi)賬單是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。雙方都需要了解在什么時(shí)間段用了多少電，并在必要的時(shí)刻適當(dāng)控制及分配用電，那么為了解決此問題，就需要建立智能配電網(wǎng)與用戶的互動(dòng)系統(tǒng)。

（6）對(duì)配電網(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行可視化管理。更大程度的對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)可視化顯示，可以迅速找出配電網(wǎng)中存在的問題，并實(shí)現(xiàn)快速切斷控制，防止掉電面積擴(kuò)大。

（7）更高的資產(chǎn)利用率。避免冗余的配電線路，根據(jù)電網(wǎng)下用戶的實(shí)際需求合理分配電能。

（8）配電管理與用電管理的信息化。智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了更加合理的分配電能，更加清晰的顯示出用戶用電的實(shí)際情況，并且可以接入用戶用電大數(shù)據(jù)，根據(jù)用電信息來進(jìn)一步提高電能質(zhì)量。

3 建設(shè)智能配電網(wǎng)意義

SDG即將會(huì)把配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)模式從傳統(tǒng)的供應(yīng)商主導(dǎo)、單向供電方式、依賴于人工管理系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榕c用戶互動(dòng)、雙向流動(dòng)和高度自動(dòng)化。伴隨中國(guó)DG建設(shè)的快速發(fā)展，它產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益將會(huì)越來越突出，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的最佳運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。DG采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，降低系統(tǒng)的容載比率，提高負(fù)載率，充分利用系統(tǒng)容量，延緩或減少電網(wǎng)的一次設(shè)備投資，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（2）提供優(yōu)質(zhì)并且可靠的電力，確?，F(xiàn)代化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。在確保電源可靠性的同時(shí)，SDG還可以為用戶提供滿足他們特殊需要的電能質(zhì)量；不僅可以克服先前故障重合閘和倒閘操作而造成的短期電源中斷，還可以消除電壓聚降、諧波和不平衡所帶來的影響，提供可靠和高質(zhì)量的電力保障給各式各樣高科技設(shè)備的正常運(yùn)行和現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（3）倡導(dǎo)新能源革命，推進(jìn)環(huán)境保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制和運(yùn)行管理方法基本上不會(huì)有SER接入，并且現(xiàn)有的連接DER容量標(biāo)準(zhǔn)或操作指南選擇其電網(wǎng)連接點(diǎn)嚴(yán)格限制，限制了分布式發(fā)電的推廣和應(yīng)用，以保證不影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。SDG擁有良好的適應(yīng)性，可以大量接入DER，降低并網(wǎng)成本，大大促進(jìn)可再生能源發(fā)電的發(fā)展，極大地減少化石燃料的使用和碳排放，促進(jìn)電力生產(chǎn)同時(shí)促進(jìn)環(huán)境保護(hù)以及能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

4 國(guó)內(nèi)智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)擁有較強(qiáng)的資源優(yōu)化的配置能力以及相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行水準(zhǔn)，能夠適應(yīng)和推動(dòng)新能源的發(fā)展?，F(xiàn)今，中國(guó)的輸電能力不足，新能源的整合也很困難，智能電網(wǎng)的發(fā)展可以幫助解決這些問題。

中國(guó)智能電網(wǎng)的研究起步相比較來說晚了一些，中國(guó)電網(wǎng)與能源利用相結(jié)合的實(shí)際情況，從大電網(wǎng)和中低壓電網(wǎng)兩個(gè)角度出發(fā)，提出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的目標(biāo)。國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃分三個(gè)階段一步一步推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。第一階段（2009～2010年），規(guī)劃試驗(yàn)階段，側(cè)重于智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，制定技術(shù)以及管理的標(biāo)準(zhǔn)；第二階段（2011～2015年），綜合建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)與城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成了智能電網(wǎng)運(yùn)行控制以及互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備實(shí)現(xiàn)了重大突破并且被廣泛應(yīng)用；第三階段（2016～2020年），引領(lǐng)升級(jí)階段，全面建成統(tǒng)一強(qiáng)大的電網(wǎng)，技術(shù)和設(shè)備，均達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先的水準(zhǔn)。分布式能源實(shí)現(xiàn)了“即插即用”和智能電表的流行和應(yīng)用。

智能配電系統(tǒng)由安全可靠、高質(zhì)量高效、靈活的互動(dòng)三大目標(biāo)組成。智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)的重點(diǎn)項(xiàng)目包括：建設(shè)和改造配電網(wǎng)的網(wǎng)架、配電自動(dòng)化試驗(yàn)點(diǎn)和實(shí)用化、組合相關(guān)的信息孤島、分布式電源的接入和控制、以及配電系統(tǒng)的互動(dòng)應(yīng)用等。為了使用戶得以滿足對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求，并滿足分布式供電、集中和分布式儲(chǔ)能而不受干擾地接入，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)運(yùn)行方式和管理方法在未來的電網(wǎng)發(fā)展中，改進(jìn)迫在眉睫；配電網(wǎng)絡(luò)是強(qiáng)大智能電網(wǎng)的基石，強(qiáng)化特高壓、配電網(wǎng)絡(luò)智能。

國(guó)家電網(wǎng)公司已出臺(tái)其編制的《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》和《智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃》，這個(gè)舉動(dòng)指出了大量設(shè)備公司進(jìn)入智能電網(wǎng)的產(chǎn)品方向。據(jù)估計(jì)，智能電網(wǎng)的總投資規(guī)模接近4萬億元。強(qiáng)大的市場(chǎng)背景將推動(dòng)相關(guān)的一次、二次設(shè)備廠商的電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、電力消耗和調(diào)度等的帶來了可遇不可求的發(fā)展機(jī)遇。

5 技術(shù)展望

配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的供方主導(dǎo)、單向供電、基本依賴人工管理的運(yùn)營(yíng)模式向用戶參與、潮流雙向流動(dòng)、高度自動(dòng)化的方向轉(zhuǎn)變。在能源需求不斷增長(zhǎng)、新技術(shù)不斷發(fā)展融合以及環(huán)保呼聲日益高漲的今天，智能電網(wǎng)已成為電力工業(yè)的必然要求，也成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)的共同選擇。對(duì)中國(guó)來說，智能電網(wǎng)對(duì)未來可持續(xù)發(fā)展更為關(guān)鍵和必要。

歸結(jié)智能配電網(wǎng)為環(huán)境要求、市場(chǎng)、安全與電能質(zhì)量三方面的共同作用。著重對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)換代，建立橫跨四個(gè)時(shí)區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)；最大限度發(fā)揮電網(wǎng)的價(jià)值和效率，逐步實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理；全面推進(jìn)分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率，建造具有中國(guó)特色的智能電網(wǎng)，是未來中國(guó)電力發(fā)展的方向。

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