智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用

羅 加

（中山市晟峰電力設(shè)計(jì)有限公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

在能源轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)和日益復(fù)雜的國際形勢(shì)下，我國電力工業(yè)發(fā)展面對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的新機(jī)遇呈現(xiàn)出了新特點(diǎn)和新形式。隨著能源電力產(chǎn)業(yè)的不斷演進(jìn)和升級(jí)，數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)以及5G等新技術(shù)的突破，催生了電力物聯(lián)網(wǎng)并衍生出了能源物聯(lián)網(wǎng)等新的發(fā)展形式。電力產(chǎn)業(yè)應(yīng)大力發(fā)展智能電網(wǎng)建設(shè)，借助能源轉(zhuǎn)型機(jī)遇，把握能源革命方向，加快實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的深化改革。

1 智能電網(wǎng)的定義

智能電網(wǎng)是一個(gè)自給自足的邏輯自洽系統(tǒng)，可以兼容發(fā)電側(cè)各種技術(shù)，在保障用電的同時(shí)盡最大可能降低運(yùn)維成本，還可以精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，在各種各樣停電事故發(fā)生時(shí)，通過智能電網(wǎng)安裝在各處的故障指示器實(shí)時(shí)獲取事故發(fā)生的確切位置，同時(shí)通過重啟智能開關(guān)嘗試接觸故障，甚至可以通過AI智能實(shí)時(shí)檢查整體電網(wǎng)，借助雙向通信技術(shù)和故障判斷的經(jīng)驗(yàn)預(yù)防故障的發(fā)生[1]。這樣既可以減少停電的時(shí)長和頻率，又可以優(yōu)化設(shè)備，延長設(shè)備的壽命，進(jìn)而節(jié)省成本，提高工作效率[2]。

2 智能電網(wǎng)的組成

普通意義上的電網(wǎng)構(gòu)成包括干線主網(wǎng)和支線配網(wǎng)，通過各種等級(jí)和電壓的變電站實(shí)現(xiàn)電壓的升降，借助不同等級(jí)的電壓輸送線路組成多個(gè)網(wǎng)格，進(jìn)而形成一個(gè)碩大無比的網(wǎng)絡(luò)。干線主網(wǎng)負(fù)責(zé)電能超遠(yuǎn)距離和超大范圍的輸送，支線配網(wǎng)負(fù)責(zé)將變電站調(diào)整好壓力的電能源輸送進(jìn)不同用途和不同用戶的小型電網(wǎng)。

智能化的干線主網(wǎng)主要用以協(xié)助電網(wǎng)工作人員在變電站發(fā)揮作用。變電站可以是新建的融合了智能電網(wǎng)的變電站，也可以是整改的舊有變電站，其智能化形式是針對(duì)所有設(shè)備的即時(shí)監(jiān)控和評(píng)估判斷，可以實(shí)現(xiàn)常見故障的自我處理、自動(dòng)巡檢、溫度預(yù)警以及對(duì)新情況的緊急預(yù)案[3]。如果某個(gè)地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)所有變電站都實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)控過程，那么，那么該電網(wǎng)在宏觀上可以實(shí)現(xiàn)全局性智能。

智能化的支線配網(wǎng)能夠同時(shí)協(xié)助電網(wǎng)工作人員和用戶，主要是在近用戶端發(fā)揮作用。其智能化形式是通過終端將用戶與電網(wǎng)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)電、水以及氣等一體化采集，并將數(shù)據(jù)上傳到計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)和分析采集的電、水、氣以及熱數(shù)據(jù)，在用戶授權(quán)的情況下收集足夠的用戶用電信息與電網(wǎng)交互，從而預(yù)測(cè)其接下來一段時(shí)間的用電情況，并與發(fā)電側(cè)溝通，使得發(fā)電側(cè)進(jìn)行有計(jì)劃的發(fā)電。在大量用戶的參與下，這種方式能夠減少發(fā)電側(cè)的成本和用戶的使用費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)雙贏[4]。

3 智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的具體形式

智慧小區(qū)是智能電網(wǎng)在配電方面具體落實(shí)的表現(xiàn)形式。供電企業(yè)獲取用戶用電、小區(qū)故障停電、充電樁充電以及分布式電源發(fā)電等相關(guān)信息后，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行狀況合理安排故障檢修，有序控制電動(dòng)汽車充電，調(diào)節(jié)分布式電源發(fā)電，發(fā)布電價(jià)信息和用電激勵(lì)政策，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

3.1 智能用電采集和用電交互服務(wù)

用電采集是通過在用戶家中的主要用電設(shè)備插頭部分部署智能插座，從而采集用電設(shè)備的各類用電信息和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)用電信息的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控。實(shí)際應(yīng)用中可結(jié)合用電總量、用電時(shí)間以及用電比例等內(nèi)容開展家庭能耗分析，用戶根據(jù)結(jié)果可主動(dòng)調(diào)整自己的用電模式，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)，用電交互是用戶可實(shí)時(shí)在線查詢繳費(fèi)記錄、剩余電費(fèi)以及接收電力公司的通知，電力公司通過終端可以發(fā)布停電信息、供電信息、節(jié)能信息、用電分析以及用能建議等內(nèi)容。

3.2 智能家居

智能家居可以為用戶提供多種模式的家電控制模式，實(shí)現(xiàn)家電和燈光的遠(yuǎn)程控制，從而提升用戶智能用電的體驗(yàn)。

3.3 分布式電源及充電樁管理

分布式電源的并網(wǎng)接入、使用以及控制能夠滿足電動(dòng)汽車的有序充電，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小區(qū)的能效管理。

3.3.1 公交及大巴充電站

參考充電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的要求，大型充電站進(jìn)線電源采用10 kV雙路供電，10 kV側(cè)采用單母線接線方式，不設(shè)分段開關(guān)，高壓柜采用真空斷路器中置式開關(guān)柜，設(shè)進(jìn)線計(jì)量柜、PT柜、避雷器柜以及出線柜。按此計(jì)算，配變?nèi)萘拷ㄗh采用630 kVA和800 kVA，并按照電力業(yè)擴(kuò)工程進(jìn)行配套建設(shè)。根據(jù)最新業(yè)擴(kuò)工程紅線分界點(diǎn)可知，充電樁配套電網(wǎng)資產(chǎn)部分包括電網(wǎng)配套投資建設(shè)的10 kV線路、計(jì)量點(diǎn)、配電變壓器、配電箱以及智能電能表。

3.3.2 公共充電站

公共充電站進(jìn)線電源采用10 kV單路供電，10 kV側(cè)采用單母線接線方式，高壓柜采用真空斷路器中置式開關(guān)柜。當(dāng)負(fù)荷容量小于400 kVA時(shí)，也可使用負(fù)荷開關(guān)以減少投資，此外設(shè)置進(jìn)線計(jì)量柜、PT柜、避雷器柜以及出線柜。按此計(jì)算，配變?nèi)萘拷ㄗh采用400 kVA和630 kVA，并按照電力業(yè)擴(kuò)工程進(jìn)行配套建設(shè)。根據(jù)最新業(yè)擴(kuò)工程紅線分界點(diǎn)可知，充電樁配套電網(wǎng)資產(chǎn)部分包括電網(wǎng)配套投資建設(shè)的10 kV線路、計(jì)量點(diǎn)、配電變壓器、配電箱以及智能電能表。

3.3.3 分散式充電樁

此類交流充電樁容量較小，可就近接入公共配電系統(tǒng)內(nèi)或用戶自有產(chǎn)業(yè)的配電電路中。采用0.4 kV直接接入空余間隔，可選用分?jǐn)嚯娏鳛?0 A的開關(guān)。分散充電樁較為集中的區(qū)域可集中建設(shè)多臺(tái)充電樁，接入同一個(gè)配變的低壓側(cè)母線內(nèi)，此類情況的供電系統(tǒng)方案可參考公共充電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，按照電力業(yè)擴(kuò)工程進(jìn)行配套建設(shè)。根據(jù)最新業(yè)擴(kuò)工程紅線分界點(diǎn)可知，充電樁配套電網(wǎng)資產(chǎn)部分包括電網(wǎng)配套投資建設(shè)的低壓配電線路和智能電能表。

3.3.4 可擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

可擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)包括多功能自助繳費(fèi)系統(tǒng)、小區(qū)復(fù)合電纜光纖共享管理系統(tǒng)、小區(qū)通信平臺(tái)管理系統(tǒng)、水氣表抄收接入系統(tǒng)以及小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)，從生產(chǎn)電開始直至傳送到用戶，智能電網(wǎng)可以幫助電力行業(yè)更好地服務(wù)千家萬戶。

4 智能電網(wǎng)中應(yīng)用的技術(shù)

智能電網(wǎng)在電力規(guī)劃中的應(yīng)用技術(shù)主要包括智能儲(chǔ)能技術(shù)、智能通信技術(shù)、智能輸電技術(shù)以及智能管理技術(shù)4個(gè)方面，具體內(nèi)容如下。

4.1 智能儲(chǔ)能技術(shù)

智能電網(wǎng)將風(fēng)能、水能以及太陽能與傳統(tǒng)的火力發(fā)電和水力發(fā)電相融合，形成分布式電網(wǎng)。儲(chǔ)能技術(shù)可以智能地調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)多類型的電能，并依據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行電能輸送。目前，智能電網(wǎng)主要采用能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)能的智能調(diào)節(jié)，為了保證儲(chǔ)能的智能化，電力系統(tǒng)會(huì)在分布式配電網(wǎng)的各個(gè)網(wǎng)關(guān)中設(shè)置數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，避免由于電能輸送過大而造成的儲(chǔ)能電池?fù)p毀，此外智能電網(wǎng)逐漸增加了生物電能和地?zé)犭娔艿谋壤M(jìn)一步提高智能電網(wǎng)的智能。

4.2 智能通信技術(shù)

智能通信是智能電網(wǎng)的顯著特征之一，可以對(duì)分布式電網(wǎng)的各個(gè)發(fā)電單元、輸電線路以及存儲(chǔ)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，智能電網(wǎng)通過電力專用串口服務(wù)器、智能通信處理機(jī)、IEC61850通信裝置、IEC61850嵌入式通信卡以及多規(guī)約轉(zhuǎn)換器等裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)線路的故障檢測(cè)、潮流監(jiān)測(cè)以及電網(wǎng)保護(hù)。智能通信技術(shù)與智能管理平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息傳輸，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路中的故障，指導(dǎo)相關(guān)人員進(jìn)行重點(diǎn)維修，而且可以規(guī)劃整個(gè)電能配備和電能管理，實(shí)現(xiàn)無人管理和智能管理的目的[5]。

4.3 智能輸電技術(shù)

智能輸電技術(shù)可以保證電能輸送的穩(wěn)定，降低電能輸送的損耗，合理分配電網(wǎng)的潮流。智能電網(wǎng)的電能輸送涉及變電站的智能輸出和電網(wǎng)的智能配電兩個(gè)方面。

4.3.1 變電站的智能輸出

與傳統(tǒng)變電站不同，智能變電站要依據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際需求和潮流情況進(jìn)行智能輸出，保證電能的功率。目前，智能電網(wǎng)中的變電站主要采用線路保護(hù)測(cè)控一體化裝置、變壓器保護(hù)裝置（雙圈變）以及變電站自動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的智能調(diào)節(jié)，同時(shí)可以采用遠(yuǎn)動(dòng)裝置（遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）、單機(jī)版電站自動(dòng)化系統(tǒng)以及升級(jí)版變電站自動(dòng)化系統(tǒng)等進(jìn)行變電站的電能輸送、電能調(diào)解以及遠(yuǎn)程關(guān)閉。為了保證智能變電站的輸出穩(wěn)定，可以采用跨平臺(tái)分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，融合智能電網(wǎng)中的各個(gè)管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)化處理。另外，變電站的智能輸出可以實(shí)現(xiàn)綜合性的算法，即優(yōu)化原有的電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，滿足不同電站的智能調(diào)節(jié)需求。

4.3.2 電網(wǎng)的智能配電

電網(wǎng)配電涉及到諸多因素，如主觀因素、客觀因素以及其他難以抗拒的因素，所以電網(wǎng)配電的智能化難度較高。目前，電網(wǎng)的智能化配電主要采用電網(wǎng)的電流電壓檢測(cè)裝置、線路反饋的關(guān)閉裝置以及跨平臺(tái)的電網(wǎng)管理裝置，如單相電力測(cè)量儀表、三相電力測(cè)量儀表、多功能電力測(cè)量儀表以及饋線自動(dòng)化配置FTU等。為了提高配電的準(zhǔn)確率，在各個(gè)電網(wǎng)的配電接口處設(shè)置配電終端單元DTU、配電變壓器控制終端TTU以及配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)。為了調(diào)解整個(gè)配電網(wǎng)的電壓、電流以及潮流，可以設(shè)置配電自動(dòng)化系統(tǒng)（配電SCADA）和跨平臺(tái)分布式配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。整體來說，電網(wǎng)的智能化配件不僅增加了電網(wǎng)的智能管理水平，而且增強(qiáng)了配電網(wǎng)自身的獨(dú)立性，降低了發(fā)電系統(tǒng)故障和儲(chǔ)能系統(tǒng)故障對(duì)電網(wǎng)的影響。

4.4 智能管理技術(shù)

智能化電力管理采用數(shù)字信號(hào)分析方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模擬信號(hào)管理方式的不足，但是智能化電力管理的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備并未改變，而是將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，用更加清晰的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行表示，并在數(shù)據(jù)反饋過程中進(jìn)行智能化判斷，更加準(zhǔn)確、直接且高效的傳輸管理結(jié)果。目前，電力系統(tǒng)的智能化管理主要采用智能微機(jī)保護(hù)開發(fā)平臺(tái)、智能配電終端開發(fā)平臺(tái)、智能通信處理開發(fā)中間插件、iRealCom實(shí)時(shí)通信開發(fā)中心插件、iComlite輕量級(jí)開發(fā)平臺(tái)中間插件、智能規(guī)約轉(zhuǎn)換器開發(fā)中心插件、IEC 61850通信庫開發(fā)中心插件、單機(jī)版SCADA系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)以及分布式電網(wǎng)統(tǒng)一一體化開發(fā)平臺(tái)等方式智能化管理整個(gè)電力系統(tǒng)，以提高電力系統(tǒng)的智能化管理水平。電力系統(tǒng)智能化平臺(tái)將電網(wǎng)智能系統(tǒng)、電站智能系統(tǒng)以及儲(chǔ)能智能系統(tǒng)進(jìn)行融合，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，向各個(gè)智能子平臺(tái)發(fā)送命令，如預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)采集時(shí)間等，以此實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域電能的智能化管理。

5 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中未來的應(yīng)用趨勢(shì)

目前，國內(nèi)的電網(wǎng)呈現(xiàn)的是傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)混合的現(xiàn)狀，在一定程度上限制了電網(wǎng)智能化的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。隨著電網(wǎng)智能化的不斷深入，傳統(tǒng)輸電模式將會(huì)被完全替代，未來智能電網(wǎng)將會(huì)呈現(xiàn)以下幾方面的趨勢(shì)。

5.1 電網(wǎng)的實(shí)時(shí)電能調(diào)解

智能化電壓、電流以及潮流監(jiān)測(cè)設(shè)備的大量應(yīng)用，使得未來電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)電能的智能化調(diào)節(jié)，包括電站輸出電能的調(diào)解、電網(wǎng)饋線的關(guān)閉、分布式電源的發(fā)電功率調(diào)節(jié)以及輸電區(qū)域的調(diào)控等。電力管理系統(tǒng)依據(jù)歷史數(shù)據(jù)（年、月）可以統(tǒng)計(jì)各地區(qū)的電能需求，了解電能的實(shí)際需求情況和輸出情況，并對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行電能的智能調(diào)節(jié)，同時(shí)電力系統(tǒng)可以采用智能電價(jià)的形式，依據(jù)電能的實(shí)際需求情況，通過調(diào)節(jié)電價(jià)調(diào)整電能的供給。此外，依據(jù)智能化的電能需求統(tǒng)計(jì)結(jié)果改造電網(wǎng)，調(diào)解輸電功率并配備設(shè)備，從而更好地優(yōu)化整個(gè)電力系統(tǒng)的潮流分配，發(fā)揮電能的最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5.2 電站的的無人監(jiān)管

電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大使得電網(wǎng)的故障率顯著增加，因此需要更多的維護(hù)和檢修人員，但現(xiàn)有的電網(wǎng)維修人員數(shù)量有限，無法滿足實(shí)際的電網(wǎng)維護(hù)需求。智能電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)電站的無人管理，相應(yīng)減少工作人員，從而更好地進(jìn)行電網(wǎng)的維護(hù)和管理。此外，智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以更加精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，及早進(jìn)行維修和維護(hù)干預(yù)，減少故障點(diǎn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響程度，保證整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

6 結(jié) 論

智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電力行業(yè)中不可或缺的重要組成部分，在電力系統(tǒng)規(guī)劃出現(xiàn)問題時(shí)，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)提出了新的解決思路，同時(shí)伴隨著新能源汽車和智能家居的出現(xiàn)，電力行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)生活中的占比也越來越高，安全平穩(wěn)的電力供給是電力行業(yè)時(shí)時(shí)刻刻都要面對(duì)的問題。因此，在今后的發(fā)展中，智能電網(wǎng)要注重與各個(gè)領(lǐng)域最尖端科技的結(jié)合，使其迸發(fā)出更強(qiáng)大的活力。