配電網(wǎng)智能網(wǎng)架分析研究

葛云帆 傅俊翔 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司

智能配變終端下的低壓配電網(wǎng)智能運(yùn)檢體系，是保證電力正常輸送，電網(wǎng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。但是在整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行體系中，低壓配電網(wǎng)處于整個(gè)結(jié)構(gòu)的末端，這樣一來，若低壓配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問題，就不能及時(shí)將有效數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸。為有效解決這方面的問題，積極將智能配變終端與智能運(yùn)檢相結(jié)合，將低壓配電網(wǎng)進(jìn)行智能化數(shù)據(jù)處理，科學(xué)解決低壓配電網(wǎng)運(yùn)檢效率低的問題，同時(shí)提高數(shù)據(jù)采集與分析的能力，進(jìn)一步完善低壓配電網(wǎng)智能運(yùn)檢體系。

一、智能配電網(wǎng)概念

智能配電網(wǎng)主要是將之前的人工系統(tǒng)全部采用自動(dòng)化技術(shù)代替，并且在應(yīng)用的過程中，加入了先進(jìn)的通人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，利用各種電子設(shè)備，在通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，連接電網(wǎng)和電力用戶。為了讓整個(gè)運(yùn)行過程都可以得到監(jiān)督，在進(jìn)行運(yùn)行的過程中，利用了可視化軟件，整個(gè)技術(shù)都是為了可以給用戶一個(gè)更加安全、優(yōu)質(zhì)的用電環(huán)境。智能配電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)包括主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)、配電終端以及通信終端等。利用上述所說的技術(shù)將其全部進(jìn)行連接，對配電網(wǎng)的所有環(huán)節(jié)都進(jìn)行管理，當(dāng)出現(xiàn)故障之后，可以在第一時(shí)間對故障進(jìn)行定位和修復(fù)，這樣可以將問題降到很低。

二、電力配電網(wǎng)的重要性

隨著我國用電量的逐步上升，導(dǎo)致了用電結(jié)構(gòu)組成和電力配電網(wǎng)運(yùn)行的難度逐步增大，但是在復(fù)雜的環(huán)境并不能減少電量的使用度，因此我國的電網(wǎng)部門應(yīng)該積極探索，找到提升速度和質(zhì)量的途徑，優(yōu)化我國的電力行業(yè)。電力對于我們生活學(xué)習(xí)的重要性不言而喻，它是支撐城市的主要?jiǎng)恿?，保障國民?jīng)濟(jì)的重要途徑，筆者主要從電力配電網(wǎng)的重要性作以簡單闡述。電網(wǎng)是一個(gè)有機(jī)的整體，由于電網(wǎng)內(nèi)交流電能隨著用戶的使用不斷進(jìn)行生產(chǎn)、輸送等步驟導(dǎo)致電網(wǎng)里的電量瞬息萬變，但是又必須保持平衡，所以配電網(wǎng)就充當(dāng)著這樣的一個(gè)角色，簡而言之配電網(wǎng)作為平衡調(diào)節(jié)，對生產(chǎn)、輸送和使用這些環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)管理，保持電網(wǎng)的正常運(yùn)行。就目前的現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)情況和國內(nèi)各類機(jī)組類型來看，如果缺少統(tǒng)一的組織、指揮和協(xié)調(diào)管理，電網(wǎng)就難以維持正常的運(yùn)行。

三、配電網(wǎng)運(yùn)檢管理體系現(xiàn)狀分析

低壓配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)中不可或缺的組成，相對其他系統(tǒng)組成投資比較少，對低壓配電網(wǎng)的重視不足，管理隊(duì)伍專業(yè)性參差不齊，加上主動(dòng)感知手段缺乏等造成低壓配電網(wǎng)運(yùn)檢管理體系始終處于計(jì)劃檢修狀態(tài)，也直接影響到低壓配電網(wǎng)中的設(shè)備應(yīng)用壽命。由于不能對低壓配電網(wǎng)運(yùn)行故障進(jìn)行智能化檢測，造成人工檢查壓力增大，故障排除效率低，不能科學(xué)的預(yù)測問題，幾乎都是事后響應(yīng)處理。低壓配電網(wǎng)運(yùn)行中，因?yàn)闀?huì)接入大量分布式能源以及充電樁，對電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響，這方面監(jiān)控也存在缺失。由于數(shù)據(jù)分析不到位，低壓配電網(wǎng)現(xiàn)場就不能對當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)或異常狀態(tài)精準(zhǔn)定位。低壓配電網(wǎng)運(yùn)檢管理體系不完善，會(huì)對上層管理系統(tǒng)造成干擾，從而影響電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的有效融會(huì)貫通。運(yùn)檢管理方式直接關(guān)系到低壓配電網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量與供電質(zhì)量，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)檢管理現(xiàn)狀，增加更多技術(shù)內(nèi)容，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及多模通信等，更好地為用戶提供電力服務(wù)，提高低壓配電網(wǎng)運(yùn)檢智能化。

四、配電網(wǎng)智能網(wǎng)架分析

（一）三維圖形顯示設(shè)備運(yùn)行信息

智能網(wǎng)架能夠調(diào)度三維圖形方式進(jìn)行顯示，比如節(jié)點(diǎn)電容無功投入的情況。無功出力通過柱狀圖顯示，利用柱子高低表示出力大小。柱子長度為無功容量，柱子包括兩端，下部分長度為目前無功出力，上部分指的是裕量。將鼠標(biāo)移動(dòng)到某個(gè)柱子的時(shí)候，系統(tǒng)通過數(shù)字方式顯示所有指標(biāo)。變壓器負(fù)載用柱狀圖表示，柱子長度指的是變壓器容量，柱子下部分指的是目前負(fù)載，上部分指的是負(fù)載裕量。

（二）智能環(huán)境下的無功優(yōu)化

與傳統(tǒng)的無功優(yōu)化相比，基于智能化的運(yùn)用有著十分突出的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，目前承擔(dān)開發(fā)智能配電網(wǎng)這項(xiàng)工作的主要是配網(wǎng)公司、發(fā)電商和用戶。其中，配網(wǎng)公司是主要的參與者，因此，系統(tǒng)是影響配電網(wǎng)無功功率的主要因素，但是這種情況的發(fā)生導(dǎo)致了發(fā)電商和用戶的不滿，所以在這種環(huán)境之下通常不依靠智能配電網(wǎng)的無功優(yōu)化進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次，因?yàn)樵谝恍┓植际降碾娫串?dāng)中，有功出力的隨機(jī)性比較強(qiáng)，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，如依靠風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電時(shí)，取決于風(fēng)速的快慢，太陽能發(fā)電則因?yàn)樘鞖庾兓Ч煌?，這樣一來對于智能配電網(wǎng)的無功優(yōu)化將無法進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握。但是微電網(wǎng)的特點(diǎn)是可以向智能配電網(wǎng)輸送以及吸收無功，從而保證電壓穩(wěn)定，因此，智能配電網(wǎng)的無功優(yōu)化具有更加廣闊的應(yīng)用空間。

（三）故障隔離的設(shè)計(jì)

智能化配電網(wǎng)系統(tǒng)利用硬件與軟件的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)故障隔離。在某個(gè)負(fù)載出現(xiàn)過流或者短路故障的時(shí)候，系統(tǒng)利用硬件電路自動(dòng)切斷故障負(fù)載，避免對配電系統(tǒng)造成影響。故障隔離硬件電路為系統(tǒng)主要構(gòu)成，也就是I2t反時(shí)限與短路保護(hù)電路。比如+B1支路，系統(tǒng)利用電流監(jiān)測器INA196得到此支路電流值，傳送到保護(hù)電路中。保護(hù)電路由比較電路與積分電路構(gòu)成，短路保護(hù)電路由比較電路構(gòu)成，為此電路設(shè)置不同的閾值，在支路電流超過設(shè)置閾值的時(shí)候，比較電路能夠?qū)崿F(xiàn)故障信號的輸出。I2t保護(hù)電流故障信號與短路保護(hù)故障信號利用二極管隔離之后，實(shí)現(xiàn)故障信號的輸出，對支路MOS管關(guān)斷進(jìn)行控制，從而切斷故障負(fù)載，并且加以隔離。在負(fù)載因?yàn)楣收锨袛喔綦x之后，F(xiàn)PGA會(huì)間隔性地隔離發(fā)送故障負(fù)載加電指令，從而對系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)。

五、智能配電網(wǎng)運(yùn)行方式的優(yōu)化策略

（一）提高數(shù)字化變電站的智能化水平

智能配電網(wǎng)由很多環(huán)節(jié)構(gòu)成，系統(tǒng)中包含很多重要的組成部分。為了可以讓智能配電網(wǎng)更好的運(yùn)行，當(dāng)然除了需要配電網(wǎng)本身的各種結(jié)構(gòu)之外，還需要其他很多結(jié)構(gòu)的輔助，畢竟整個(gè)電力系統(tǒng)是一個(gè)環(huán)環(huán)相扣的結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中需要使用智能變電站，這樣可以保證配電網(wǎng)的后方一直處于一種比較穩(wěn)定的狀態(tài)。為了可以進(jìn)一步提高我國智能配電網(wǎng)的使用效率，需要充分展現(xiàn)智能變電站的魅力，對其實(shí)現(xiàn)無功自動(dòng)補(bǔ)償，并保障電壓質(zhì)量合格，智能變電站所產(chǎn)生的斷面，并不是需要向一個(gè)地方進(jìn)行供應(yīng)，需要對其進(jìn)行分配，保障通過配電網(wǎng)運(yùn)送出現(xiàn)的有功功率，可以滿足每一個(gè)地方的使用。幾乎所有的設(shè)備和儀器都已經(jīng)開始使用自動(dòng)化，對于智能變電站來說也是如此，自動(dòng)化控制程度的提高，可以更好地和配電網(wǎng)之間進(jìn)行連接。智能配電網(wǎng)無線通信技術(shù)的承載設(shè)備有很多，比如無線光通信發(fā)射機(jī)、傳輸天線、接收機(jī)等，對于智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設(shè)，需要提高具體的無線信號的發(fā)送設(shè)備的質(zhì)量。

（二）加強(qiáng)配電運(yùn)檢工作制度建設(shè)

想要進(jìn)一步提升配電運(yùn)檢工作開展的成效性，就需要建立健全配電運(yùn)檢的工作制度，保證配電運(yùn)檢的各個(gè)工作環(huán)節(jié)都能得到有效的制約以及監(jiān)督，從而進(jìn)一步提升運(yùn)檢工作的規(guī)范化化水平以及工作效率。配電運(yùn)檢工作具有一定的復(fù)雜性以及體系性，我國用電需求量巨大，每個(gè)地區(qū)城鎮(zhèn)都需要配備相應(yīng)的配電運(yùn)檢部門，但是各地的情況不同，因此，在進(jìn)行配電運(yùn)檢工作時(shí)也會(huì)遇到不同的問題，需要采取不同的解決方法辦法，才能保證相關(guān)問題得到有效的解決。基于以上認(rèn)識(shí)，在建立健全配電運(yùn)檢工作制度的過程中，首先需要建立統(tǒng)一的工作標(biāo)準(zhǔn)，保證運(yùn)監(jiān)工作的各個(gè)環(huán)節(jié)都有據(jù)可依，防止因?yàn)椴灰?guī)范的操作所導(dǎo)致的工作失誤，另外針對實(shí)際工作中?？赡艹霈F(xiàn)的一些特殊的情況需要及時(shí)的上報(bào)，再經(jīng)上級單位研究分析后，制定特殊問題的解決方法，從而保證，從而保證相關(guān)的問題能夠得到有效的解決。其次，需要對配電運(yùn)檢的權(quán)責(zé)進(jìn)行進(jìn)一步的明確，建立相應(yīng)的獎(jiǎng)懲機(jī)制，對一些表現(xiàn)優(yōu)秀的員工需要給予獎(jiǎng)勵(lì)，對一些經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤的員工需要批評教育。最后需要建立有效的監(jiān)督機(jī)制，對配電運(yùn)檢過程中相關(guān)的制度執(zhí)行情況進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，保證在配電運(yùn)檢工作實(shí)施過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都能按照相應(yīng)的制度來進(jìn)行，從同時(shí)也讓也能讓相關(guān)的管理制度得到有效的落實(shí)。

（三）積極推進(jìn)城市配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展

為能提升智能電網(wǎng)管理水平需在智能電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)中因地制宜的規(guī)劃城市電網(wǎng)管理，增強(qiáng)城市電網(wǎng)規(guī)劃的安全性、合理性、可靠性。在城市智能電網(wǎng)建設(shè)過程中還需考慮智能電網(wǎng)的社會(huì)適應(yīng)性，按照經(jīng)濟(jì)可靠的原則來選擇智能電網(wǎng)運(yùn)行管理設(shè)備；積極推進(jìn)數(shù)字化智能電網(wǎng)建設(shè)。和一般意義上的電網(wǎng)運(yùn)行相比，智能電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備間的溝通交流，并通過專業(yè)的通信端口來轉(zhuǎn)化和管理應(yīng)用各類信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)信息的統(tǒng)一化、規(guī)范化管理；第四，打造節(jié)能環(huán)保的綠色網(wǎng)絡(luò)。在城市智能電網(wǎng)建設(shè)過程中要綜合考慮工程噪聲、電磁場、通信信號對電網(wǎng)信號的干擾，嚴(yán)格按照國家規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。

（四）加強(qiáng)相應(yīng)工作人員的業(yè)務(wù)能力

配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)和配網(wǎng)運(yùn)行的管控都離不開工作人員，工作人員的業(yè)務(wù)能力是配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)與配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的保障，對此，電力企業(yè)要加強(qiáng)相應(yīng)工作人員的業(yè)務(wù)能力，首先要建設(shè)專業(yè)人員的建設(shè)隊(duì)伍，確保工作隊(duì)伍人員的專業(yè)技術(shù)能力與綜合素養(yǎng)水平，進(jìn)而保障配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的質(zhì)量，也利于對配網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行高效的管控。電力企業(yè)要根據(jù)自身實(shí)際情況建立技術(shù)維護(hù)隊(duì)伍，進(jìn)而制定有效的管理制度，電力企業(yè)也要定期對技術(shù)維護(hù)隊(duì)伍人員開展系統(tǒng)性培訓(xùn)，并引導(dǎo)其注重安全與質(zhì)量，進(jìn)而提高隊(duì)伍人員的綜合素養(yǎng)水平，為企業(yè)配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)和配網(wǎng)運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。加強(qiáng)相應(yīng)工作人員的技術(shù)能力更能夠滿足現(xiàn)今社會(huì)對電力企業(yè)的發(fā)展需要，也能夠滿足人們對電力系統(tǒng)供電的要求，進(jìn)而能夠推動(dòng)我國電力企業(yè)的持續(xù)性發(fā)展建設(shè)。

（五）選擇適合的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在城市化進(jìn)程的加快下要求智能電網(wǎng)的發(fā)展要和城市發(fā)展相適應(yīng)。在城市電網(wǎng)的規(guī)劃管理中需實(shí)施分層次、分區(qū)域的電力資源使用管理策略，根據(jù)地區(qū)的用電需求來科學(xué)合理的設(shè)置電壓等級，確保電源和負(fù)荷的平衡。一般情況下，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和電壓等級、負(fù)荷數(shù)量、位置、電源點(diǎn)存在關(guān)聯(lián)，根據(jù)這些關(guān)聯(lián)要素的關(guān)系形成幾種電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：放射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。放射式電網(wǎng)是一種比較簡單的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)具備控制方便、操作簡單的特點(diǎn)，但由于其屬于單回線供電模式，運(yùn)行可靠性不高；鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)架構(gòu)。能容納多個(gè)電氣設(shè)備，是一種放射性電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但由于其電源單一運(yùn)行可靠性不高；多電源環(huán)式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和串聯(lián)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且內(nèi)部元件薄弱，整體性能不高。

六、結(jié)束語

雖然我國的電力配電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)做出了非常大的成就，但是依舊會(huì)面臨障礙，例如原有配電網(wǎng)可觀測性不足、可控性較差；分布式電源接入能力的總量不能確定、分布式電流的過程隨機(jī)性太強(qiáng)；原有的配電網(wǎng)可靠性能的優(yōu)良與否依賴于設(shè)備質(zhì)量的提升；配電網(wǎng)的電能品質(zhì)較差且提升難度較大；分布式電源、多樣性負(fù)荷等可操控再生資源的挖掘不深、利用率太低等等問題，這些都是國家和專業(yè)技術(shù)人員未來所要攻克的方向。