新農(nóng)村發(fā)展視域下電網(wǎng)智能化建設(shè)改造技術(shù)探討

陳慶輝

摘 要：隨著我國綜合國力的增強，新農(nóng)村建設(shè)進程也在持續(xù)加快，這不僅體現(xiàn)了時代發(fā)展的趨勢，同時也是我國2020年全面建成小康社會的內(nèi)在要求。新時代背景下，電力能源的應(yīng)用愈發(fā)普遍與必要，農(nóng)村電網(wǎng)作為保障農(nóng)村電力供應(yīng)的基礎(chǔ)，既要適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，也要滿足國情發(fā)展的特點，以此來推動農(nóng)村民生、經(jīng)濟及建設(shè)的深入發(fā)展，為新農(nóng)村建設(shè)目標(biāo)的提前實現(xiàn)提供保障。因此，如何提升農(nóng)村電網(wǎng)供電能力與可靠性，在信息化時代下實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理，勢必成為當(dāng)下最為緊迫的問題。本文以新農(nóng)村發(fā)展為背景，以國內(nèi)外發(fā)展對比的方式，闡述了當(dāng)前農(nóng)村智能電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀，并對電網(wǎng)智能化建設(shè)的可行性加以分析，最終形成電網(wǎng)智能化改造技術(shù)方案，以期通過電網(wǎng)智能化改造技術(shù)的應(yīng)用，為今后新農(nóng)村電網(wǎng)改造提供有效參考。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)村;電網(wǎng)智能化;改造技術(shù)

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0182-03

0 引言

近年來，在國家經(jīng)濟持續(xù)向好發(fā)展的形勢下，新農(nóng)村建設(shè)步伐不斷加快，建設(shè)成果日益凸顯。在加快全面建成小康社會的進程中，農(nóng)村電力需求同樣實現(xiàn)了成倍增長，并且農(nóng)村用電結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了顯著變化，對農(nóng)村基礎(chǔ)電力設(shè)施的建設(shè)需求日益提升。新農(nóng)村建設(shè)的持續(xù)推進，增加了農(nóng)村電力市場的需求，供電量占比逐年增加，目前已達到了50%左右。在這一時代變革之下，突出新農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)，在為新農(nóng)村發(fā)展提供能源保障的同時，還能夠進一步開發(fā)農(nóng)村電力市場，改善農(nóng)村生活條件，并為未來的鄉(xiāng)村振興發(fā)展目標(biāo)實現(xiàn)發(fā)揮不可替代的作用。

1 新農(nóng)村建設(shè)的政策背景

進入21世紀以來，我國經(jīng)濟社會迅猛發(fā)展，人民生活水平日益提升，為社會的和諧與進步發(fā)揮著重要的推動作用?！叭r(nóng)”問題歷來是我國重點聚焦的發(fā)生問題，新農(nóng)村建設(shè)目標(biāo)的提出，不僅適當(dāng)了時代對于農(nóng)村發(fā)展的要求，更是有效解決“三農(nóng)”問題的關(guān)鍵途徑。與此同時，自黨的十八大以來，“精準扶貧”“鄉(xiāng)村振興”等眾多農(nóng)村戰(zhàn)略相繼提出，使新農(nóng)村建設(shè)的層次持續(xù)提升，標(biāo)準著農(nóng)村發(fā)展再次進入了一個新時代。社會的發(fā)展推動著對能源的新需求，尤其是在傳統(tǒng)能源與清潔能耗的更迭期，電力能源越發(fā)受到關(guān)注。事實上，電力作為重要的能源保障方式，已經(jīng)在社會建設(shè)發(fā)展的各個領(lǐng)域得到深入應(yīng)用，從新農(nóng)村建設(shè)的層面而言，電力是最為重要的能源之一，如果不能獲得有效的保障，顯然會嚴重阻礙新農(nóng)村的發(fā)展，并引發(fā)一系列的民生問題。

現(xiàn)階段，新農(nóng)村建設(shè)已然進入新的發(fā)展時期，特別是網(wǎng)絡(luò)信息化、智能化、一體化時代的來臨，標(biāo)準著社會發(fā)展方式將產(chǎn)生顯著變革，而這對于農(nóng)村電力能源供應(yīng)也同樣重要。在早期的農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)過程中，往往更側(cè)重于城市電網(wǎng)的發(fā)展，導(dǎo)致農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)逐步落后，從農(nóng)村電網(wǎng)的格局看，以線路長、范圍小、負荷弱為特點，這也是農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)備功能單一、運行環(huán)境差、故障頻率高的根源所在。為此，在新農(nóng)村的建設(shè)發(fā)展過程中，將農(nóng)村電網(wǎng)智能化改造作為重要的任務(wù)，以彌補傳統(tǒng)的監(jiān)測手段落后、人工抄表、故障檢測慢等缺陷，更好的適應(yīng)現(xiàn)代電力技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢，為新農(nóng)村電網(wǎng)智能化水平的發(fā)展助力。[1]

2 智能化電網(wǎng)的發(fā)展特點及現(xiàn)狀

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的如今，智能化逐步成為社會各行業(yè)探索的焦點。智能電網(wǎng)也逐步被提出及應(yīng)用，智能電網(wǎng)依托于物理電網(wǎng)智能化設(shè)備的融合，如智能通訊技術(shù)、智能信息技術(shù)及智能控制技術(shù)等，通過各個智能模塊之間的高度集成，為電網(wǎng)用戶提供環(huán)保、經(jīng)濟、安全、互動的電力能源服務(wù)。而這種高效、智能的電網(wǎng)供應(yīng)模式，已經(jīng)在我國得到了越來越多的運用，并快速成為未來電網(wǎng)變革的新目標(biāo)。從智能電網(wǎng)的特點上分析，智能電網(wǎng)的建設(shè)與投入，不僅可以保證電力能源的持續(xù)供應(yīng)，還可以推動更高效的能源開發(fā)，促進清潔能源的發(fā)展，實現(xiàn)社會能源產(chǎn)業(yè)的低碳、環(huán)保。同時，在智能電網(wǎng)視域下，還可以促進能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使能源發(fā)展更加注重優(yōu)勢互補性，為社會提供更為便捷、安全、高效的能源，保證社會能源需求的供應(yīng)和發(fā)展。

自2003年，美國《Grid2030—電力的下一個100年的國家設(shè)想》公布后，美國及歐洲等西方發(fā)達國家，在智能電網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)有所建樹，基本完成了對智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的布局和建設(shè)，其優(yōu)勢也得到了逐步彰顯，一是能源需求逐步下降;二是節(jié)約了勞動力成本;三是安全性能突出。2009年1月，美國白宮《經(jīng)濟復(fù)興計劃進度報告》也正式對外公布，報告中指出：計劃在三年內(nèi)完成4000萬個智能電表的配置，并將額外投資40億美元加快實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化，預(yù)計到2030年投資總規(guī)模將達到1.5萬億美元。歐洲在智能電網(wǎng)的發(fā)展方面，基本與美國保持著一致性，其根據(jù)自身的能源特點，大力發(fā)展風(fēng)電及太陽能等綠色能源，據(jù)著名的Simens公司表示，預(yù)計到2030年歐洲將為智能電網(wǎng)系統(tǒng)投入5000億歐元，并且在現(xiàn)階段已經(jīng)開始了大范圍的電網(wǎng)建設(shè)項目，使電力能源的供應(yīng)效率不斷上升。[3]

相較于國外智能電網(wǎng)的發(fā)展而言，我國在智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域研究起步晚，在實踐方面缺乏技術(shù)和經(jīng)驗，但在我國科技工業(yè)及經(jīng)濟領(lǐng)域發(fā)展的推動下，已經(jīng)逐步開始實現(xiàn)著“彎道超車”的變革，不斷在智能設(shè)備領(lǐng)域取得突破性進展，打破了傳統(tǒng)領(lǐng)域上的國際技術(shù)壟斷態(tài)勢。比如，在特高壓電網(wǎng)我國已經(jīng)步入世界前列。2009年至今，我國電網(wǎng)公司便開始致力于智能用電技術(shù)研究，不僅對技術(shù)路線實現(xiàn)了優(yōu)化，還借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗進行系統(tǒng)化的研發(fā)，以幫助電網(wǎng)領(lǐng)域提供優(yōu)秀的解決方案。2012年5月國家《智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程“十二五”專項規(guī)劃》中，將智能電網(wǎng)推上了新的時代高度，對未來10至20年的智能電網(wǎng)建設(shè)進行了規(guī)劃，并預(yù)計投入4萬億元，以為我國城鎮(zhèn)化與城鄉(xiāng)配套發(fā)展提供智能保障，主要包括智能電網(wǎng)及其配套設(shè)備、控制系統(tǒng)、智能配電等，以實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化與改造的協(xié)調(diào)發(fā)展。[2]

3 新農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)改造整體方案設(shè)計

3.1 電網(wǎng)智能化建設(shè)設(shè)計要求

新農(nóng)村建設(shè)視域下的電網(wǎng)智能化建設(shè)，將對未來新農(nóng)村建設(shè)發(fā)揮重要作用，在實現(xiàn)智能化建設(shè)的過程中，要突出參數(shù)測定、通信、保護等相關(guān)功能一體化的特點，實現(xiàn)動態(tài)補償無功功率、消除諧波畸變、電壓波動等功能，滿足農(nóng)村電網(wǎng)通信數(shù)據(jù)全覆蓋需求。一方面，在進行農(nóng)村電網(wǎng)智能化改變時，要突出箱式變電站的主體地位，研制和應(yīng)用新型智能箱變設(shè)備，并依據(jù)不同的建設(shè)方案進行選擇與改良。例如，智能數(shù)據(jù)通訊中的有效與無線方案上，利用智能管理模塊對高壓回路、低壓主回路及分支回路的電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)實施遠程監(jiān)管，發(fā)揮箱變的數(shù)據(jù)傳統(tǒng)中心的功能。另一方面，電網(wǎng)智能設(shè)備應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、報警、事件記錄、遠程控制及數(shù)據(jù)存儲等功能，并支持無人值班接口和饋線保護等。[2]

3.2 電網(wǎng)智能化改造的可行性分析

電網(wǎng)智能化建設(shè)改造技術(shù)主要在于實現(xiàn)技術(shù)的智能，包括自動化、互動化和信息化等特點，在管理上體現(xiàn)信息的快速處理和反饋，以滿足智能化所指出的內(nèi)在需要。新農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)改造，就是要依托現(xiàn)代電網(wǎng)智能技術(shù)的優(yōu)勢，完善電網(wǎng)的基礎(chǔ)配置與管理，從而實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)村電網(wǎng)智能模式的轉(zhuǎn)換，而對于其改造技術(shù)的可行性問題，仍然是重要的關(guān)注內(nèi)容之一。傳統(tǒng)背景下的農(nóng)村電網(wǎng)由于建設(shè)時間長，技術(shù)水平低，線路設(shè)計不科學(xué)，導(dǎo)致變電站運行電壓偏低，影響了線路末端用戶的電能使用。而在智能電網(wǎng)技術(shù)的支持下，電網(wǎng)線路末端的電感裝置，將會對電壓數(shù)據(jù)信息進行實時的反饋，并通過運行電壓的調(diào)節(jié)，使線路末端始終保持在適當(dāng)?shù)碾妷核?。?shù)據(jù)信息的融合是農(nóng)村電網(wǎng)智能化的主要特征，利用變電站、線路數(shù)據(jù)及傳感裝置等功能發(fā)揮，使農(nóng)村電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)整體對接，幫助完成電網(wǎng)的智能化管理。依據(jù)農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)點分散的特性，在實現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)智能化的進程中，要充分應(yīng)用智能計量通信技術(shù)，發(fā)揮出信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢，對各類數(shù)據(jù)加以統(tǒng)籌管理，并配合需求控制響應(yīng)系統(tǒng)，利用雙向通信監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)負荷的調(diào)控。農(nóng)村電力供需變化給電能質(zhì)量提出更高要求，因此可以利用電網(wǎng)智能化控制終端，結(jié)合電網(wǎng)各結(jié)點的傳感裝置，加強對電網(wǎng)的諧波監(jiān)控，優(yōu)化電力能源傳輸能力，大幅提升電網(wǎng)運行的質(zhì)量?，F(xiàn)代電網(wǎng)的動態(tài)管理是重要內(nèi)容之一，采取智能化管理技術(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)，可以依賴各傳感通信技術(shù)，不僅實現(xiàn)對電能供應(yīng)的智能調(diào)節(jié)，還可以對電力故障進行快速診斷，避免線路負荷過載或者設(shè)備損壞，提升農(nóng)村電網(wǎng)管理的安全性和高效性。[4]

3.3 電網(wǎng)智能化整體方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從圖1的智能電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示，間隔層設(shè)備除視頻攝像頭安裝于戶外，其余智能設(shè)備均安裝于各分支開關(guān)設(shè)備之中。從技術(shù)功能上看，智能電表、智能數(shù)顯表、智能斷路器、溫度采集設(shè)備及智能視頻監(jiān)控等設(shè)備，發(fā)揮著系統(tǒng)信息的采集、測量、控制、保護及監(jiān)控功能，并通過各設(shè)備之間的技術(shù)銜接，使相關(guān)的電網(wǎng)運行管理信息及反饋信息進行遠程傳輸，在標(biāo)準通訊協(xié)議下實現(xiàn)區(qū)域信息的共享。

在智能化系統(tǒng)中，通訊層的主要功能是實現(xiàn)各智能設(shè)備之間的連接，即實現(xiàn)間隔層與站控層之間的數(shù)據(jù)交互功能。一般情況下，通訊層所使用的通信端口通常以光纖對外通訊，利用光纖數(shù)據(jù)的優(yōu)異性實現(xiàn)遠距離、大容量的數(shù)據(jù)通信，并且還可以減少外部對數(shù)據(jù)通信的干擾，為智能技術(shù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)保證。

站控層所采用的是具備SCADA功能的配電綜合自動化軟件，包括數(shù)據(jù)采集、報警、記錄、遙控、數(shù)據(jù)儲存等眾多功能，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)無人值班變電站的對接，使新農(nóng)村電網(wǎng)智能化改造具備更為高效的應(yīng)用階段，并在各項功能的銜接與應(yīng)用中，使電網(wǎng)能夠進行遠程設(shè)置、修改、操作，并全面完成動態(tài)管理的實踐。

3.4 電網(wǎng)智能化改造通訊聯(lián)絡(luò)技術(shù)

基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息化時代下的電網(wǎng)智能化改造，具備了傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)中所沒有的優(yōu)勢，包括設(shè)備的科技水平、通信技術(shù)標(biāo)準、遠程控制功能等，而通訊聯(lián)絡(luò)技術(shù)作為智能化改造的核心，更需要進行全面的設(shè)計。將智能箱變、支路配電箱、集裝表箱及用戶智能表等進行連接，從而構(gòu)建起創(chuàng)新式的管理網(wǎng)絡(luò)，并通過對相關(guān)設(shè)備管理的統(tǒng)一軟件系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)各個智能設(shè)備之間的無縫連接。[5]如圖2所示。

通訊管理機作為通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中必不可少的配網(wǎng)遠動終端，在整體的通訊技術(shù)下發(fā)揮著數(shù)據(jù)傳輸、通信參數(shù)管理、通信協(xié)議驗證等作用，從而對通訊管理機下級的局部網(wǎng)進行操作和管理，進而對智能箱變支路配電箱、集裝表箱及用戶智能表加以統(tǒng)一管理，并對命令執(zhí)行和反饋數(shù)據(jù)進行傳輸。而后，這一管理過程再由無線通信模塊與相關(guān)的調(diào)度管理站進行連接，在上傳電力數(shù)據(jù)的同時進行指令執(zhí)行，使遠程調(diào)度功能得以實現(xiàn)。

通常情況下，通訊管理機安裝于智能箱變柜中，數(shù)據(jù)采集均采用RS485方式和通信管理機相連。通訊管理機的數(shù)據(jù)用戶配比上，每戶用戶均配置一臺智能表，以滿足對用戶電能數(shù)據(jù)的采集需求，同時在每個集裝表箱內(nèi)安裝4臺智能表，包括一臺剩余電流動作保護器。由于農(nóng)村電網(wǎng)用戶分散的特點，通訊管理機的通信距離相對較遠，而采取485通訊方式將可能造成數(shù)據(jù)信息的丟失，因此為保證數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定傳輸，會在兩個設(shè)備終端之間安裝一臺485中繼器，以此增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。支路配電箱內(nèi)安裝智能塑殼斷路器，每臺支路配電箱負責(zé)分管本支路集裝表箱，當(dāng)本支路發(fā)生故障，智能斷路器能夠快速反應(yīng)切斷回路避免事故擴大、保護下級智能設(shè)備。

智能箱式變內(nèi)有智能數(shù)顯表、智能斷路器，溫濕度采集器、變壓器溫控儀等智能設(shè)備，這些設(shè)備構(gòu)成了完整的電網(wǎng)智能化管理網(wǎng)絡(luò)，依托各設(shè)備對配變臺區(qū)主回路和各分支回路的電流、電壓、功率等電能數(shù)據(jù)的采集和處理，為電網(wǎng)管理提供重要的操作依據(jù)。同時，它還可以對變壓器溫度、母排接頭溫度、開關(guān)狀態(tài)量、三級漏保中各級剩余電流、配電室環(huán)境狀況進行實時檢測，并利用數(shù)據(jù)傳輸端口進行反饋。此外，在智能箱變的智能監(jiān)控上，還能夠依賴視頻監(jiān)控設(shè)備進行實時的視頻監(jiān)測，從而與后臺監(jiān)控中心完成各層面的對接。

4 結(jié)語

總之，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，新農(nóng)村建設(shè)進程無疑將進一步加速，特別是在網(wǎng)絡(luò)信息化快速變革的時代，日新月異的智能控制、數(shù)據(jù)通信及大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，必將使電網(wǎng)智能化技術(shù)越來越趨向于成熟。對于新農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)改造工程而言，其實踐意義與技術(shù)價值同等重要，依托于電網(wǎng)智能化建設(shè)的技術(shù)及發(fā)展優(yōu)勢，不斷簡化電網(wǎng)故障處理程序，提升電網(wǎng)的智能化服務(wù)效率，實現(xiàn)新農(nóng)村建設(shè)與城市化技術(shù)應(yīng)用同步推進，而這不僅是我國社會現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，更是對我國未來農(nóng)村發(fā)展的期許，對我國的2020年目標(biāo)具有重要的推動價值。[6]

同時，也要明白智能電網(wǎng)的建設(shè)改造之路沒有終點，并且需要付出更大的努力，才能縮短與國際上的差距，以適應(yīng)我國成為世界強國的目標(biāo)。當(dāng)然，在農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)過程中，還要積極借鑒成功經(jīng)驗，不斷進行技術(shù)拓展與創(chuàng)新，結(jié)合農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃的實際循序漸進，為我國農(nóng)村電網(wǎng)智能化改造的發(fā)展提供不竭動力。

參考文獻

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