基于智能配電網關鍵技術的電網規劃建設研究

邵 郁，張 令

（國網六安供電公司，安徽 六安 237000）

1 智能配電網

1.1 智能配電網的概念

智能配電網指在傳統配電網的基礎上，利用各類先進的技術使電網能夠自動化、智能化運作，實現穩定、堅強、經濟、安全以及環保的電力供應和其他附加服務。智能配電網不是在傳統配電網進行改進，而是讓電網系統從以人為主的控制，轉向以智能為主結合人工控制的改變。

1.2 智能配電網的優勢

傳統的配電網，更多是將發電廠的電力輸送到遠端的用戶中，這種傳輸方式不夠經濟環保，分配也不夠合理，導致城市經常會出現一部分區域停電、另一部分區域電力過剩的情況。智能配電網的優勢則在于智能化，具體包括以下幾點。

1.2.1 電能利用高效

智能配電網優化資源的利用模式，從傳統的電力傳輸轉變為用電質量的在線監測和補償。配電網使用現代電力電子技術實現電壓和無功的優化控制，使得電力的傳輸更加穩定且電壓有效值更加符合要求，用戶的用電更加高效的同時減少設備的損耗，延長使用壽命[1]。

1.2.2 安全性能優化

智能配電網改善電網的穩定性和安全性，能夠實時監測電網的用電負荷，有效地提升負荷供電的運行靈活性，自身具備較強的自愈恢復能力，對于已經發生的故障能夠做出快速檢測并給出解決措施，將不正常供電產生的影響最小化；配電網能夠利用智能化調度的優勢，盡可能減少停電用戶的數量，并且減少停電時長，從而降低外力破壞或自然災害帶來的影響。

1.2.3 配電智能化

智能配電網能夠支持分布式發電、可再生能源及儲能裝置的大量接入，實現整個電網系統電能的回收和再分配。整個城市在智能化配電技術的幫助下，如調整高壓電壓和無功補償等，可以做到電能的精準輸送。例如，某一個區域此時需要大量用電，電網便能夠及時的予以支援，極大地改善人們的生產生活。

2 智能配電網關鍵技術介紹

2.1 分布式發電技術

隨著科學技術創新，興起一種創新型基礎發電形式即分布式發電。其發電功率一般在千瓦到百兆瓦之間，大部分低于30 MW，對于特定區域的用戶來說，功率可以設置在30 ～50 MW。分布式發電的原理是利用不同的發電模塊的自由組合滿足不同用戶的用電需求，分布式發電的優勢在于能夠有效整合功能各異的發電模塊，提高發電效率，提升對電力資源的控制能力，使得多余的電量可以另外進行綜合性應用。分布式發電的電力能源多為風能、太陽能和地熱能，因此分布式發電是一項新能源技術，發電時無須消耗化學能源，污染較小[2]。

2.2 配電網自愈控制技術

配電網自愈控制技術的實現是繼電保護和軟件控制等一系列的綜合控制，是整個智能配電網的基石，關乎電網是否安全合格。自愈控制技術依托于數控方面的先進理論，結合故障自動判定算法、安全隱患預測算法等，能夠評價潛在的安全隱患，并做出精準預測，還能夠準確評判故障頻發的區域，減少檢修的難度和時間。自愈控制技術為電網內的電能運行質量進行評分，讓管理部門及時做出相應的針對措施，從而與智能配電網的自動配電功能一起確保電網的穩定運行，并持續優化完善用戶服務。首先，自愈控制技術的實現需要依靠終端各類智能化硬件，如各類傳感器、監測儀等，這些終端設備需要做出智能化改進，方便配合自愈控制技術的在線監測功能，實現故障預測和診斷的自動適應；其次，當電網系統周遭環境較為復雜時，如磁場波動或是野外環境等，配電網的終端設備和通信協議需要具備普適性，并能夠自動調節維護；最后，遠程服務器需要提供足夠的算力支持，自愈控制技術對網絡通信和算法分析的穩定性與可靠性有著更高的要求，只有具備更快的通信和更強的信息處理算力，才能發揮出自愈控制技術的能力。

2.3 智能配電網數據倉庫技術

智能算法依賴的便是優質充足的數據、足夠復雜的學習模型與強大的計算能力，因此智能配電網的數據倉庫技術尤為重要。數據倉庫技術需要具備3 個技術原理。一是數據提取，能夠從類型繁多和數量龐大的數據中，清洗掉無用的數據，并提取出具有較高價值的數據；二是數據轉化，能夠將雜亂無章的數據信息轉換為適合輸入智能算法模型的數據類型，即對數據進行精確加工；三是數據加載，經過加載后的數據才能存儲于數據源系統，這些數據會被集成化并作為支撐智能配電網安全穩定運行的底層訓練數據，與新數據一起，完成對算法模型的迭代訓練[3]。

2.4 高級配電自動化技術

傳統配電自動化的主要內容是調配用戶側、變電站和配電網絡的電力，調配工作較為簡單，并且無法適應復雜的配電工作。高級配電自動化技術是智能配電網具備的關鍵技術，它能夠對區域用電水平進行綜合分析，優化完善區域用電分配工作。高級配電自動化技術包括電壓無功控制、饋線自動化、配電網安全監控、數據采集以及其他的終端設備工作管理等，為運用高級配電自動化技術，需要事先制定規劃建設方案。首先，全方位調研區域內的用電用戶；其次，完成配電網絡模型的構建，保證數據信息的傳輸更為詳實準確；再次，利用通信網絡極強的實用性，實現區域組網，確保用戶的終端設備可以直接裝置配電終端，使得信息雙向傳輸不會出現差錯；最后，將智能電表安置在電網中間位置，起到信息中轉站的作用，使得高級配電自動化技術可以充分發揮其智能控制的作用。

2.5 配電網仿真與模擬技術

配電網仿真與模擬技術是用來評估配電網即時狀況的技術。一般情況下，智能配電網想要正式使用，需要經過數個階段的測試。然而，一些突發狀況很難用測試流程全部覆蓋，這時仿真與模擬技術便能發揮出作用，通過軟件平臺、預測技術和數學分析工具，評估配電網的即時狀況、安全動態和電能負荷，盡可能地提前測試各類風險因素，幫助有關部門提前制定策略[4]。

2.6 故障電流限制技術

故障電流限制技術主要采用電力電子、高溫超導等技術限制短路電流，在實際使用過程中需要配合使用故障電流限制器，才能最大限度地降低短路電流的水平。由于短路電流對配電網絡、線路及用戶設備都會造成很大影響，而智能配電網使用限制技術能將短路電流限制到2 倍額定電流以下，便可以保證配電網系統不會受到短路的危害，從而改變配電網的性能。

2.7 電動汽車充換電技術

隨著科技的進步和環保意識的增強，我國開始在電動汽車領域進行布局，并且現在也有較多的車企正在研發并上線電動汽車。電動汽車不但綠色環保，而且具備很好的經濟適用性。但是，對于城市配電網來說，電動汽車的充換電帶來巨大的電量負荷，智能配電網可以利用電動汽車充換電技術，有效平滑電網負荷，良好滿足電動汽車的儲能需求，保證電能質量。

2.8 高級測量系統技術

高級測量系統技術是自動抄表技術的衍生，不僅具備自動抄表的功能，還具備雙向通信的特點，實現停電報告，測量網絡通信，自動完成網絡故障的最短時間恢復等功能。最重要的是，高級測量系統技術可以幫助測量點位自動注冊高級計量基礎設施（Advanced Metering Infrastructure，AMI）系統，與配電網管理系統實現高度融合，優化現有資源配置，大幅提高智能配電網的運行效率[5]。

3 基于智能配電網關鍵技術的電網規劃建設研究

3.1 對城市中心城區的配電網建設規劃

3.1.1 改造現有電網

目前，很多城市中心地區供電安全等級不符合N-1-1 安全準則的要求，無法建設智能配電網，所以要改造城市中心區域的部分中壓配電網絡，使其能夠增強配電網的安全性和可靠性。

3.1.2 進行配電自動化建設

現有電網改造完畢后，開始實施配電自動化建設，包括增加電壓無功控制、饋線自動化設施、配電網安全監控設備以及其他的終端智能設備，然后進行快速測試。如果發現故障，可以利用饋線自動化系統對其進行快速定位，然后利用自愈控制系統進行網絡重構，并更新拓撲信息，所有的網絡拓撲結構信息需要及時的自主化上傳到遠端服務器，等待調度員的及時處理。

3.1.3 更換老舊設備

為防止智能配電網不適配老舊設備，需要更換城市中心區域的設備，首先更換運行年齡大于30 年的設備。這些老舊設備具有較大的配電損耗、電纜絕緣老化等缺點，無法進行自動化升級。其次，更換故障率較高的設備，減少智能配電網對故障的頻繁診斷和自愈處理頻率。最后，添加新式智能終端設備，并與智能配電網系統同步信息。

另外，對于上級電網來說，也應該更換其電源設備和電源進線，可以采用鏈式接線方式，形成雙側電源供電，對35 kV 變電站進行優化，保證供電的可靠性，增強負荷轉移能力。

3.2 對城市外環區域的配電網建設規劃

3.2.1 改造中壓配電網絡

對于城市外環區域，電力供應的可靠性更為重要，因為不利于檢修和維護，所以需要適度的改造中壓配電網絡。讓線路薄弱點與電網的聯絡變得緊密，提升電網效益，并將新的開關站建設于電力負荷的熱點區域，改接線路，使得配電網的供電變得更加優化[6]。

3.2.2 完善配電網自動化系統

在城市中心城區對于自動化配電網絡系統的改造基礎上，做二次系統的建設完善工作，促使配電網的智能水平進一步提升。城市外環區域的配電半徑更大，使得配電線路變得更長，一旦發生故障，就會花費很長時間展開維修工作，停電時間的增加會嚴重影響居民和企業用電，因此應該基于線路負載率和線路負荷的重要程度改造中壓配電網絡。例如，長線路可以增加分段聯絡節點，配電終端設備可以增加監測和遙控的比例，使得配電網可以更快的定位故障，實現對事故的快速處理。

3.2.3 優化分布式發電并網

分布式發電依靠多組靈活的發電模塊，可以實現電力多發任務，因此在優化前，需要統計城市外環區域的所有配電網負荷情況，對不同的負荷節點，適當地接入不同比例的分布式能源，然后優化配電網相應的潮流分布，降低重載線路過高的負載率。另外，分布式發電利用的是新能源，因此當主網發生供電中斷時，可以利用分布式發電運行電源，減少停電時長。

3.3 加強智能配電網對提升城市配電網規劃水平的策略

工作人員展開智能配電網改造工作時，需要注意以下3 點。一是規劃設計城市電網主干網，并綜合考量分網的規劃建設，將主干網的配電半徑控制在合理范圍，降低線損率，主干網實施集中補償，配電網實施分散補償。二是根據城市內部風能、太陽能等新能源的發電情況，選擇性的增加分布式發電并網容量，如果有部分城市區域供電負荷達到飽和狀態，可以利用分布式發電進行有效應對，尤其是城郊地區，使用分布式發電可以有效提升郊區的電能質量，并且分布式發電還可以實現電能的回收再利用，大大節約城市用電的成本。三是根據交通情況和區域電車數量考慮電動汽車充換電站的建設規劃，合理安排充電樁，根據當天充電負荷的情況，實時調整充電電價。

4 結 論

隨著科學技術的不斷進步和我國居民用電需求的不斷提升，智能配電網在設計構想和實踐應用方面具備理想的技術基礎和需求基礎。智能配電網具有電能利用效率高、安全性能全面優化和配電智能化等優勢，分布式發電技術、配電網自愈控制技術、智能配電網數據倉庫技術、配電網仿真與模擬技術、故障電流限制技術、電動汽車充換電技術以及高級測量系統技術等在電網規劃建設方面將具有十分廣闊的應用前景，在推動我國城市電網規劃建設方面將發揮著不可替代的重要作用。