考慮5G基站低碳賦能的主動配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行

熊永軍　王亞磊　吳少山　劉蕾　文慧

摘要：近年來，隨著第5代移動通信技術(shù)（簡稱5G通信）在我國的快速普及和推廣，5G基站已逐漸發(fā)展成為配電網(wǎng)中的一類重要新興負(fù)荷.截至2021年9月，我國已累計(jì)建成5G基站69萬座，終端連接數(shù)超過1.8億個(gè)，未來5G基站的商業(yè)化推廣和大規(guī)模應(yīng)用成為大勢所趨.在運(yùn)行過程中，通過科學(xué)手段對5G基站中的供電和用電設(shè)備進(jìn)行調(diào)度管理，可以充分發(fā)揮5G基站蘊(yùn)含的互動響應(yīng)潛力，為電網(wǎng)提供可觀的靈活性支撐，最終達(dá)到在降低基站自身用電成本的同時(shí)，提高配電網(wǎng)對RES消納和碳減排的目的。

關(guān)鍵詞：5G基站;主動配電網(wǎng);優(yōu)化運(yùn)行

1智能電網(wǎng)的發(fā)展

近年來，我國電網(wǎng)正朝著智能電網(wǎng)的方面發(fā)展，智能電網(wǎng)應(yīng)用的過程中能夠表現(xiàn)出眾多的優(yōu)勢，大大滿足了社會發(fā)展對于電能的需求。第一、相比于傳統(tǒng)點(diǎn)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的覆蓋范圍更廣泛，并且隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展智能電網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)模在不斷擴(kuò)大。智能電網(wǎng)運(yùn)行的過程中能夠?qū)γ芗妮旊娋€和變電站進(jìn)行集中控制，其具有突出的智能化和自動化的能力。第二、智能電網(wǎng)運(yùn)行的過程中其可靠性更高，并且隨著智能化技術(shù)以及自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站的工作調(diào)度以及運(yùn)行維護(hù)工作開展更加便利，提高了智能電網(wǎng)的自動化水平。并且隨著研究力度的加深，未來智能電網(wǎng)有可能實(shí)現(xiàn)無人操控的狀態(tài)。第三、智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)的過程中綜合運(yùn)用了光傳輸技術(shù)以及微電技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，大大提高了智能電網(wǎng)的通信以及自動化水平，確保社會發(fā)展的電量需求得到滿足。第四、電力企業(yè)發(fā)展的過程中對于自身信息化建設(shè)的重視程度比較高，并且結(jié)合實(shí)際情況對電網(wǎng)的信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了不斷地完善，從而保證電網(wǎng)信息化管理工作能夠順利開展，大大提高了電力企業(yè)運(yùn)行的總體效率。

2主要特征

通過相關(guān)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，智能配電網(wǎng)自動化的主要特征由兩大方面構(gòu)成：（1）監(jiān)控與信息集成的自動運(yùn)行，在當(dāng)前時(shí)代背景下，將信息技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)融入智能配電自動化系統(tǒng)當(dāng)中，就能很好地對網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行信息集成與監(jiān)控，更好地保障工作效率與質(zhì)量;如果監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測到運(yùn)行異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)能夠迅速做出反應(yīng)，并通過對運(yùn)行信息的分析來更好地發(fā)現(xiàn)故障位置，幫助維修人員節(jié)省不必要的尋找時(shí)間，從而提升配電網(wǎng)維護(hù)與修復(fù)的效率。（2）配電網(wǎng)具有自動免疫功能，在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，自動免疫功能可以在故障發(fā)生的第一時(shí)間就對損壞的零部件進(jìn)行隔離，從而防止其擴(kuò)大化，阻礙配電網(wǎng)其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行。并給自動免疫功能還能夠在不影響配電網(wǎng)正常供電的基礎(chǔ)上，來檢查和維修出現(xiàn)的故障問題，使得電網(wǎng)修復(fù)效率大大提升，有效保障了配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)控一體化的必要性

近年來，我國在電網(wǎng)的業(yè)務(wù)和運(yùn)行管理技術(shù)方面均得到了飛速發(fā)展，并且隨著電網(wǎng)公司實(shí)踐活動的不斷增加，使得電力系統(tǒng)中配網(wǎng)調(diào)度和管理的狀況也得到了顯著改善。目前，我國在配電網(wǎng)上的管理觀念上已完成了從以往傳統(tǒng)的輸、供電的管理模式向配電轉(zhuǎn)移，并且還成立了一個(gè)專門的配電管理部門。與此同時(shí)，自從我國提出對智能電網(wǎng)建設(shè)加強(qiáng)這一要求以來，電力公司就更加注重對配網(wǎng)的調(diào)度和管理以及其他配電網(wǎng)相關(guān)的優(yōu)化工作，并且及時(shí)地采取了適當(dāng)?shù)拇胧?，?shí)現(xiàn)了對于智能配電網(wǎng)建設(shè)中的配電網(wǎng)管理工作進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃，使得配電網(wǎng)管理的力度也有所加大，有效地解決了我國在智能配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行過程中的諸多不合理問題。由此可以清楚地看出，在傳統(tǒng)的智能配網(wǎng)模型下，實(shí)現(xiàn)與供電系統(tǒng)調(diào)控的一體化十分必要，它不僅能夠有效將智能配網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行加以解決和處理電，而且還能夠基本確保其正常運(yùn)行的安全和穩(wěn)定，使得智能配網(wǎng)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)正常地運(yùn)行、與時(shí)俱進(jìn)。

4存在的問題

雖然智能配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)在當(dāng)前社會中的應(yīng)用取得了良好的效果，但也不能忽視其存在的一些問題，如果不正視這些問題并加以解決，將會對智能配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的未來發(fā)展帶來嚴(yán)重的阻礙。就現(xiàn)階段實(shí)際情況來看，當(dāng)前智能配電網(wǎng)自動化存在的主要問題包括以下幾點(diǎn)：（1）饋線自動化模式故障處理單一化，主要以集中式和分布式兩種處理方式為主，而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的因素非常多，只選擇一種處理方式，難以有效解決故障問題，甚至還會影響系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。（2）缺乏對配電自動化的廣泛應(yīng)用，盡管科技的進(jìn)步給智能配電網(wǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)支撐，但實(shí)際上配電自動化的應(yīng)用范圍仍比較局限，且因?yàn)榕潆娫O(shè)備的門檻較低，也大大制約了配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。（3）智能配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不嚴(yán)謹(jǐn)，既不注重制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，也不注重對系統(tǒng)的全面分析，對電網(wǎng)的整體建設(shè)方向也沒有清晰的規(guī)劃，使得智能電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性大受影響。（4）智能配電網(wǎng)的分布不均衡，有些地區(qū)的智能電網(wǎng)分布比較分散，尤其在中西部地區(qū)，這將導(dǎo)致光纖無法全面覆蓋到位，嚴(yán)重影響智能電網(wǎng)的運(yùn)行效率與質(zhì)量。

5主動配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行策略

5.1創(chuàng)新電網(wǎng)管理

通過不斷更新信息技術(shù)，尤其是對大數(shù)據(jù)技術(shù)在分銷網(wǎng)行業(yè)的有效利用，優(yōu)化網(wǎng)格管理和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。（1）根據(jù)存儲需求，能夠及時(shí)地保存相關(guān)信息。（2）能夠及時(shí)地查找到需要的數(shù)據(jù)。（3）對電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效結(jié)合，可進(jìn)一步提升智能配電系統(tǒng)的價(jià)值。但必須指出，在智能配電網(wǎng)絡(luò)開發(fā)過程中存在著許多不足之處，亟待不斷地完善，尤其需要對速度和安全問題予以重視。正因?yàn)槿绱?，才能更好地發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用，并推動智能分布網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用必須從現(xiàn)實(shí)中不斷優(yōu)化。智能型配電網(wǎng)絡(luò)通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)讀取智能儀表的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信功能。一個(gè)智能配電網(wǎng)必須能夠識別和判斷故障。當(dāng)系統(tǒng)電壓、電流不在正常范圍時(shí)，智能配電網(wǎng)會發(fā)出報(bào)警。有些系統(tǒng)的小故障需要電力系統(tǒng)來解決。由于它是自然恢復(fù)的，它必須有一種特殊的自我恢復(fù)能力。配電網(wǎng)自動化主站必須與配電網(wǎng)建立聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)配電終端信息的收集、處理和上傳。此外，為了提高配電所自動化系統(tǒng)的功能，還需要與控制中心進(jìn)行連接。

5.2提高自動化覆蓋率

配電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)中的重要內(nèi)容，加強(qiáng)對其的自動化建設(shè)，是當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中的主要任務(wù)，想要充分發(fā)揮配電自動化的優(yōu)勢性能，就必須要確保配電網(wǎng)的覆蓋范圍足夠大，否則就會導(dǎo)致覆蓋功能受限，難以更好地發(fā)揮其規(guī)模效益。因此，在配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)提高自動化的覆蓋率，通過對配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的分析可以得知，提高其自動化覆蓋率并不容易，往往會受到規(guī)模、設(shè)備、通訊率等各方面的影響。為此，需要專業(yè)人員加強(qiáng)對配電系統(tǒng)各項(xiàng)情況的充分了解，對保護(hù)定值進(jìn)行合理設(shè)置，對終端數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理，同時(shí)還要在多個(gè)特定區(qū)域設(shè)置監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，這樣才能充分發(fā)揮配電自動化的優(yōu)勢性能，并提高用電的安全性與可靠性，從而推進(jìn)智能配電網(wǎng)自動化的建設(shè)

5.3化電網(wǎng)架構(gòu)的規(guī)劃

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分重要，為了確保配電網(wǎng)更好地運(yùn)行，必須對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)深入優(yōu)化。隨著電力系統(tǒng)水平的不斷提高，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已不能滿足當(dāng)今社會發(fā)展的要求。通過對大型數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)應(yīng)用，來解決傳統(tǒng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中存在的問題，優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性既能有效解決時(shí)滯問題，可根據(jù)用戶的實(shí)際需要來設(shè)計(jì)網(wǎng)格，應(yīng)用這種方法也能提高客戶滿意度。智能配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)的各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)和社會的不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了對配電網(wǎng)故障的遠(yuǎn)程監(jiān)測與精確定位。然而，應(yīng)用程序還有改進(jìn)和創(chuàng)新的空間。這些都要求相關(guān)工作人員深入了解智能配電網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合電力工作實(shí)踐。通過運(yùn)用多種高技術(shù)設(shè)計(jì)智能配電網(wǎng)，從多個(gè)方面設(shè)計(jì)智能配電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.4增強(qiáng)智能變電運(yùn)維系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性

智能變電運(yùn)維技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性仍然有待提升，具體改進(jìn)措施可參考如下：第一、將電子技術(shù)以及微型機(jī)器應(yīng)用于智能變電運(yùn)維系統(tǒng)中，將電壓管合閘與電波圖進(jìn)行結(jié)合，確保電網(wǎng)電壓得到更全面的監(jiān)控，避免電波出現(xiàn)較大的波動。第二、檢測變電設(shè)備運(yùn)行的過程中應(yīng)該借助電腦技術(shù)，全面分析設(shè)備運(yùn)行中潛在的風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)備檢修的時(shí)間。第三、提高設(shè)備的自我監(jiān)測能力，分析變電運(yùn)維管理的重點(diǎn)以及難點(diǎn)工作，這對線路中出現(xiàn)的異常問題，管理人員必須采取必要的措施予以解決?？刹捎弥悄芸刂破魅z測二次設(shè)備的運(yùn)行狀況，從中獲知整個(gè)變電運(yùn)維系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。第四、要根據(jù)電子互感器的型號、種類等進(jìn)行維修，縮短故障檢修時(shí)間，為智能變電運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供保障

5.5將GIS與SCADA系統(tǒng)有效結(jié)合

盡管當(dāng)下GIS系統(tǒng)被廣泛用于調(diào)度操作中，但它們并未與SCADA系統(tǒng)完全互連。事實(shí)上，兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的應(yīng)用既在有形中使調(diào)控人員的工作量明顯增加，又極易造成工作人員在手動分別錄入系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)一定的數(shù)據(jù)偏差。因此，將兩個(gè)系統(tǒng)有效結(jié)合起來并應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)控制及管理中是非常必要的。此外，采取合理手段措施可以大幅度地改善數(shù)據(jù)叫苦的安全可靠性。對此，相關(guān)企業(yè)與管理人員需要考慮以下幾個(gè)因素：首先，它基于我國現(xiàn)有配電網(wǎng)運(yùn)行與管理模式，提供了對自動化配電裝置中實(shí)時(shí)資料的訪問;其次，使用更合理的數(shù)據(jù)輸入和維修模式來將各種電網(wǎng)設(shè)備中諸如平臺賬號信息之類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和諸如電氣運(yùn)行操作之類的各種動態(tài)數(shù)據(jù)都進(jìn)行了實(shí)時(shí)導(dǎo)入至系統(tǒng)之中，從而有效地使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能大大得以改善;第三，詳細(xì)分析，將SCADA和GIS兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行合理地組合，并最大限度地充分利用這兩個(gè)系統(tǒng)來發(fā)揮其優(yōu)勢;第四，提高其綜合利用效率，避免重復(fù)輸入大量數(shù)據(jù);第五，通過圖形化的方式來顯示所有實(shí)時(shí)的信息（例如設(shè)備的運(yùn)行狀況等）并將其展示給相關(guān)調(diào)控人員以便于對方查詢及發(fā)布操作指令，從而提高系統(tǒng)的可用性。

5.6集中監(jiān)控與分點(diǎn)操作

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在不同電壓等級的變電站，不同等級的變電站其調(diào)度管理模式存在很大的區(qū)別，這就要求管理人員必須綜合分析各個(gè)變電站的實(shí)際情況，然后不斷提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性。將無人值守和有人值守模式交替進(jìn)行，確保電網(wǎng)變電運(yùn)行管理的質(zhì)量達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。不同類型以及不同規(guī)格的變電站其電壓等級也不同，管理工作開展時(shí)要求管理人員應(yīng)該對不同等級變電站進(jìn)行分析，然后綜合制定管理策略，按照變電站運(yùn)行規(guī)律，不斷提高其運(yùn)行的效率。配合運(yùn)用無人值守和有人值守，做好變電站運(yùn)行的集中監(jiān)控和分點(diǎn)操作。分析變電站所處環(huán)境的特點(diǎn)，并且提高管理模式應(yīng)用的科學(xué)性以及合理性，確保管理工作能夠順利穩(wěn)定地開展。管理人員在開展管理工作的過程中應(yīng)該對電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，對管理工作流程進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，提高各部分管理工作的效率，確保電網(wǎng)變電運(yùn)行管理工作有序開展。管理人員應(yīng)該落實(shí)好各項(xiàng)管理規(guī)章制度，提高自身工作責(zé)任感，強(qiáng)化工作人員的安全意識，最大限度降低安全事故發(fā)生的概率。

5.7創(chuàng)建智能倉庫管理系統(tǒng)

故障搶修時(shí)物資的調(diào)用、新設(shè)備的臺賬錄入也是影響故障搶修速度的重要因素。智能倉庫管理系統(tǒng)具有材料備品自動掃描識別、自動出入庫、自動貨位分配、自動盤點(diǎn)、自動定位等功能。搶修作業(yè)時(shí)，使用智能倉庫，實(shí)現(xiàn)搶修的材料設(shè)備的快速調(diào)用，掃碼即可完成設(shè)備臺賬的快速錄入，能大幅縮短材料備品的調(diào)用時(shí)間，為快速復(fù)電提供可靠的后勤保障。

5.8增強(qiáng)設(shè)備改造的程度

電力的需求還在不斷增加，電網(wǎng)建設(shè)在城市發(fā)展進(jìn)程中的重要性也越發(fā)突出，想要促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，必須要重視對配電網(wǎng)設(shè)備的改造工作，并采取有效措施來解決當(dāng)前電力輸送中的各類問題，這樣才能更好地滿足城市供電需求，保障人們的安全用電。基于此，在具體的實(shí)施過程中，相關(guān)工作人員需要不斷完善現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合城市規(guī)劃的具體內(nèi)容來進(jìn)行配電網(wǎng)的升級改造工作，對部分已經(jīng)無法發(fā)揮作用的老舊設(shè)備進(jìn)行更換，并增設(shè)一些安全性更高的設(shè)備，使其可以滿足當(dāng)前和未來城市的發(fā)展需求。

結(jié)束語

為推動ADN下對RES資源的高效消納、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)側(cè)碳減排，本文以5G基站參與電網(wǎng)側(cè)互動響應(yīng)促進(jìn)RES利用效率提升作為切入點(diǎn)，提出了一種考慮5G基站低碳賦能的ADN多目標(biāo)區(qū)間優(yōu)化運(yùn)行方法.相比現(xiàn)有研究，本文綜合計(jì)及了RES出力以及5G通信負(fù)載兩方面不確定性的影響，通過對系統(tǒng)中分布式電源以及5G基站設(shè)備啟停計(jì)劃和儲能電池的協(xié)同調(diào)度，從而達(dá)到對ADN運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與低碳效益的同時(shí)趨優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

[1]馮曉敏.智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)技術(shù)探索與應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2020，10（12）：113-114.