基于主動(dòng)控制的城市智能配電網(wǎng)優(yōu)化研究及實(shí)踐

陳靜思

摘 要：為構(gòu)建城市智能配電網(wǎng)，分析配網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)模式，以建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息融合為支撐，研發(fā)“源-網(wǎng)-荷”主動(dòng)控制技術(shù)，以探索新興技術(shù)落地。此外，充分考慮已有城市配電網(wǎng)存量與限制條件，通過對(duì)規(guī)劃、運(yùn)行、檢修及營銷各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)、信息通信、微網(wǎng)和智能用電等全流程的主動(dòng)控制與全業(yè)務(wù)高效運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)控制;分布式電源;智能配電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）25-0051-03

Research and Practice of Urban Intelligent Distribution Network Optimization Based on Active Control

CHEN Jingsi

（Xiamen Electric Power Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361000）

Abstract： In order to build an urban smart distribution network， this paper analyzed the construction model of distribution network demonstration area. Based on the construction of a strong distribution network， and supported by information fusion， researches and develops "source-network-load" active control technology， and explores emerging technologies landing. Fully consider the existing urban distribution network stock and constraints， and realize the active control and efficient operation of the whole process of distribution network， information communication， microgrid and intelligent power consumption through the technical upgrading of business links such as planning， operation， maintenance and marketing.

Keywords： active control;distributed power;intelligent distribution network

城市配電網(wǎng)的智能可靠運(yùn)行直接關(guān)系著電力用戶的可靠用電和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。面對(duì)新形勢(shì)的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)城市配電網(wǎng)存在4個(gè)亟待解決的難題：一是配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜凌亂，配電自動(dòng)化水平與主網(wǎng)相比較低;二是營、配、調(diào)各專業(yè)間數(shù)據(jù)相互孤立，信息共享不到位;三是缺乏有效的配電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控手段，無法實(shí)現(xiàn)事前主動(dòng)控制;四是配電網(wǎng)的“源-網(wǎng)-荷”之間缺乏互動(dòng)和協(xié)調(diào)運(yùn)行，運(yùn)營效率低。

本文以地區(qū)重點(diǎn)城市配電網(wǎng)示范區(qū)等項(xiàng)目實(shí)踐為基礎(chǔ)，充分考慮已有城市配電網(wǎng)存量與限制條件，從提高配電網(wǎng)可靠性、主動(dòng)性、友好性等方面探討如何構(gòu)建供電服務(wù)水平國內(nèi)領(lǐng)先的現(xiàn)代化城市配電網(wǎng)。

1 構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)

根據(jù)地區(qū)用電特點(diǎn)和負(fù)荷分布特性，以最大限度地對(duì)電力用戶提供持續(xù)可靠供電為目標(biāo)，對(duì)點(diǎn)狀、鏈?zhǔn)?、三角形及矩?種主要的供電模型建立評(píng)估體系。從適用場合、基本結(jié)構(gòu)特征及可擴(kuò)展性等方面進(jìn)行比對(duì)研究，針對(duì)地區(qū)呈現(xiàn)沿海、沿灣及丘陵地形的特點(diǎn)，引入圖論Delaunay三角剖分理論，提出了適用于負(fù)荷分布呈塊狀區(qū)域的三角形供電模型構(gòu)建目標(biāo)網(wǎng)架，如圖1所示。建立分布式電源并網(wǎng)與各種電氣特性（如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、接入位置、負(fù)荷分布、電源輸出特性、網(wǎng)絡(luò)阻抗以及變壓器抽頭位置等影響因子）之間的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)考慮分布式電源在中低壓配電網(wǎng)的并入，形成典型的供電模式。示范區(qū)電纜環(huán)網(wǎng)率和饋線“N-1”率均達(dá)到100%，平均故障處理時(shí)間由40 min降至5 min，城市供電可靠率為99.996%，達(dá)到了國際先進(jìn)水平[1]。

同時(shí)，綜合考慮地理位置、負(fù)荷發(fā)展等因素，提出網(wǎng)架層次結(jié)構(gòu)劃分技術(shù)。將變電站的10 kV饋線作為主干層，包括變電站站間開關(guān)站、單環(huán)及雙環(huán)等典型接線組;將環(huán)網(wǎng)主干節(jié)點(diǎn)或者開關(guān)站饋出作為次干層;將單環(huán)、放射環(huán)網(wǎng)單元饋出作為分支層;在主次干層中實(shí)現(xiàn)三遙100%覆蓋，構(gòu)建簡潔合理、層次分明的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2 實(shí)現(xiàn)信息融合

將信息分析模型建立在營配調(diào)系統(tǒng)的貫通上，將離線的仿真模擬和實(shí)時(shí)的在線分析結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)3個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同源管理、業(yè)務(wù)協(xié)同貫通和信息高效共享;建成電網(wǎng)設(shè)備全景監(jiān)測平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)輸、變、配、用各業(yè)務(wù)的緊密結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制、高效運(yùn)營的智能配網(wǎng)系統(tǒng)提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1 建立基于電力GIS平臺(tái)的營配調(diào)統(tǒng)一信息和數(shù)據(jù)分析模型

基于電網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）平臺(tái)，全面建立站-線-變-箱系統(tǒng)統(tǒng)一電網(wǎng)模型及營銷資源信息。自動(dòng)同步配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（Distribution Management System，DMS）以電網(wǎng)GIS接線作為配網(wǎng)調(diào)度、設(shè)備運(yùn)維、配網(wǎng)建設(shè)及改造、故障搶修以及業(yè)擴(kuò)報(bào)裝等工作的基礎(chǔ)圖源，實(shí)現(xiàn)營配調(diào)業(yè)務(wù)貫通和數(shù)據(jù)同源維護(hù)及管理。在營配調(diào)信息融合基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)集成化配網(wǎng)調(diào)度、精益化線損管理、可視化業(yè)擴(kuò)輔助報(bào)裝、精準(zhǔn)化配搶指揮研判以及精細(xì)化停復(fù)電信息發(fā)布的深化應(yīng)用，全面支撐配網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)建設(shè)、配網(wǎng)運(yùn)維和營銷服務(wù)等方面的精益化管理。

2.2 建成電網(wǎng)設(shè)備全景監(jiān)測平臺(tái)

平臺(tái)集綜合業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)信息與可視化技術(shù)于一體。通過與輸變電狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、配電生產(chǎn)管理系統(tǒng)、主配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及電網(wǎng)GIS平臺(tái)等應(yīng)用進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合，建成了全方位、立體多維度的電網(wǎng)設(shè)備全景監(jiān)測平臺(tái)?；陔娏IS地理和站內(nèi)圖、單線和全網(wǎng)圖的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)測試功能，實(shí)現(xiàn)了基于電網(wǎng)GIS的全網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分級(jí)與可視化展示，實(shí)現(xiàn)由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的多維度展示與控制。對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，構(gòu)建數(shù)據(jù)共享模型和邏輯模型，在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范接入，完成數(shù)據(jù)的全面接入、全面分析與個(gè)性化展現(xiàn)。差異化制定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問策略，保障完整儲(chǔ)存海量數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問。利用企業(yè)總線和數(shù)據(jù)中心接入設(shè)備環(huán)境信息、運(yùn)行工況和負(fù)荷情況，基于電網(wǎng)GIS等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)各數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)的可視化，最終實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)點(diǎn)面結(jié)合、高效規(guī)范的讀取和利用。

2.3 應(yīng)用的服務(wù)快速響應(yīng)平臺(tái)

平臺(tái)集生產(chǎn)搶修指揮、智能移動(dòng)作業(yè)與保供電業(yè)務(wù)于一體，集成了故障預(yù)警、輔助研判、停電管控、搶修情況監(jiān)控、搶修資源優(yōu)化調(diào)配、搶修過程分析評(píng)價(jià)、現(xiàn)場作業(yè)安全及風(fēng)險(xiǎn)管控等應(yīng)用功能。這不僅實(shí)現(xiàn)了多故障點(diǎn)、復(fù)雜故障的快速處理，還實(shí)現(xiàn)了多影響因素、多搶修隊(duì)伍、多報(bào)修點(diǎn)的搶修隊(duì)伍最優(yōu)調(diào)度。

3 落實(shí)主動(dòng)控制

通過研發(fā)分布式電源管控技術(shù)，建立配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)防御體系，開發(fā)智能用能服務(wù)系統(tǒng)和園區(qū)信息互動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷”全方位主動(dòng)控制。

3.1 基于高級(jí)量測的分布式電源互動(dòng)控制

制定高級(jí)量測體系下的分布式電源接入規(guī)范，根據(jù)高級(jí)量測系統(tǒng)和分布式電源計(jì)入特定需求，設(shè)計(jì)研發(fā)即插即用電力通信模塊，構(gòu)建支持標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模型，從而實(shí)現(xiàn)分布式電源運(yùn)行信息的可靠雙向互動(dòng)和分布式電源監(jiān)控終端軟件的在線升級(jí)等。

3.2 建立分布式電源與電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置及保護(hù)的配合機(jī)制

在分布式光伏發(fā)電等分布式電源并網(wǎng)的情況下，通過對(duì)配網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，分析集中在10 kV出線開關(guān)的保護(hù)定值更新需求、饋線自動(dòng)化優(yōu)化需求、并網(wǎng)點(diǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控需求及測控點(diǎn)新增需求等，提出優(yōu)化主站監(jiān)控軟件。通過增加變電站的饋線故障重合閘時(shí)限定值，更改自動(dòng)化終端上報(bào)故障信息的定值設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在分布式電源接入后對(duì)已投運(yùn)設(shè)備的保護(hù)配合和自動(dòng)控制系統(tǒng)作相應(yīng)的有效調(diào)整，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 研發(fā)應(yīng)用光伏、儲(chǔ)能和多元負(fù)荷的一體化系統(tǒng)

在充分考慮現(xiàn)有配電網(wǎng)、微電網(wǎng)和分布式電源的運(yùn)行特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜团浜夏Ｊ降幕A(chǔ)上，通過將分布式電源、主配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用戶負(fù)荷分布情況進(jìn)行分組優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成新型一體化系統(tǒng)，如圖2所示。首先，提出分布式電源、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)的分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)架構(gòu)，將微電網(wǎng)的自平衡、自平滑控制模式融入其中。其次，應(yīng)用具備平滑切換性能的分布式電源和微電網(wǎng)保護(hù)控制設(shè)備，利用有效的并網(wǎng)運(yùn)行控制和能量管理系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)安全高效運(yùn)行控制的需要。最后，探索在設(shè)備層配置適應(yīng)分布式發(fā)電接入的保護(hù)硬件設(shè)備、在過程層和主控層進(jìn)行軟件策略優(yōu)化的3層協(xié)調(diào)控制模式，有效保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行與高效運(yùn)營[2]。

4 探索新興技術(shù)

為了更好地發(fā)展主動(dòng)控制型配電網(wǎng)，需要積極探索新興技術(shù)和管理模式的應(yīng)用。

4.1 智能用電

智能用電可利用供電側(cè)與用戶側(cè)的有效互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)供電資源的優(yōu)化配置。與負(fù)荷的互動(dòng)是主動(dòng)配電網(wǎng)的重要特征之一，也是與傳統(tǒng)用電模式的一個(gè)重要區(qū)別。其中，供電網(wǎng)和用戶的互動(dòng)包括業(yè)務(wù)、信息和電能的互動(dòng)。智能用電技術(shù)通過對(duì)可控負(fù)荷、柔性負(fù)荷的調(diào)節(jié)控制，將用電需求從峰荷期切換至谷荷期，能有效降低峰谷差。此外，智能用電技術(shù)可以通過平抑不可調(diào)度的分布式電源輸出的波動(dòng)性來提高配電網(wǎng)允許的分布式電源滲透率[3]。

4.2 用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)

用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)是一種有效的電能互動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面可以通過采集系統(tǒng)采集用戶的用電負(fù)荷信息并及時(shí)傳遞給用戶，以便用戶根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)行需求側(cè)響應(yīng)，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效;另一方面，系統(tǒng)也可將采集讀取的負(fù)荷信息傳遞至供電側(cè)，然后供電側(cè)通過分析判斷合理安排高效的運(yùn)行方式[4]。

4.3 虛擬電廠技術(shù)

虛擬電廠為大規(guī)模的分布式能源接入電網(wǎng)提供了一種有效的模式。虛擬電廠通過高效的軟件架構(gòu)，依托先進(jìn)可靠的協(xié)調(diào)控制技術(shù)、信息通信技術(shù)、智能計(jì)量技術(shù)等，聚合分析分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)及可控負(fù)荷等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大量分布式電源的靈活控制。此外，需優(yōu)化電能資源配置，提高供電可靠性和電力市場的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營效率[5]。

4.4 儲(chǔ)能技術(shù)

近年來，隨著儲(chǔ)能技術(shù)尤其是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的評(píng)估、判斷與有效利用成為下一階段的重要課題。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)用戶側(cè)和供電側(cè)都具有重要作用。首先，可以提高配電網(wǎng)的可靠性，解決功角振蕩、電壓失穩(wěn)等問題，并應(yīng)用于配電網(wǎng)的削峰填谷;其次，可以有效降低微電網(wǎng)和分布式電源的調(diào)度難度，提高配電網(wǎng)的新能源接納能力;最后，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)調(diào)頻工作，可以利用其技術(shù)特點(diǎn)，有效提高調(diào)頻的準(zhǔn)確度和效率，從而提升電能質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過對(duì)目前配電網(wǎng)發(fā)展問題進(jìn)行分析，針對(duì)性地提出新型城市配電網(wǎng)的構(gòu)建發(fā)展著力點(diǎn)，構(gòu)建三角形供電模型及網(wǎng)架優(yōu)化配電網(wǎng)，通過營配調(diào)貫通實(shí)現(xiàn)信息融合，實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)控及規(guī)劃配電網(wǎng)。此外，通過主動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式電源的接納和有效控制，探索了智能用電、需求側(cè)響應(yīng)等新興技術(shù)在未來配網(wǎng)建設(shè)中的作用和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]程鵬，葛少云，劉洪.基于供電模型的中壓配電網(wǎng)絡(luò)智能規(guī)劃：三角形三聯(lián)絡(luò)供電模型的自動(dòng)布線[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（16）：32-36.

[2]史佳琪，譚濤，郭經(jīng)，等.基于深度結(jié)構(gòu)多任務(wù)學(xué)習(xí)的園區(qū)型綜合能源系統(tǒng)多元負(fù)荷預(yù)測[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008（32）：698-705.

[3]趙波，王財(cái)勝，周金輝，等.主動(dòng)配電網(wǎng)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（18）：125-130.

[4]楊艷紅，裴瑋，齊智平.基于動(dòng)態(tài)運(yùn)行策略的混合能源微網(wǎng)規(guī)劃方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（19）：30-36.

[5]姜海洋，譚忠富，胡慶輝，等.用戶側(cè)虛擬電廠對(duì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排影響分析[J].中國電力，2010（6）：37-40.

3456501908236