智能配電系統(tǒng)架構(gòu)分析及技術(shù)挑戰(zhàn)

朱磊++楊敏

摘 要：智能配電系統(tǒng)在智能電網(wǎng)建設(shè)中始終扮演重要的角色，隨著技術(shù)的發(fā)展，智能配電網(wǎng)綜合系統(tǒng)的綜合架構(gòu)有了新的特點(diǎn)，本文探討了智能配電系統(tǒng)的綜合架構(gòu)和新特點(diǎn)，然后從新型的配電設(shè)備、規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行、系統(tǒng)分析等幾個(gè)方而對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析歸納，并指出了在新技術(shù)下，對(duì)智能配電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：智能配電系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)分析；運(yùn)行；規(guī)劃

智能配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能配電，規(guī)避停電事故，提高電力資源利用效率的重要組成部分之一，當(dāng)前我國(guó)的智能配電網(wǎng)整體而言尚處于較低的水平線上，智能配電網(wǎng)是基于自動(dòng)化配電技術(shù)的尖端配電技術(shù)設(shè)備，集測(cè)量、控制、傳感、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)于一體，無(wú)論是開(kāi)關(guān)設(shè)備，還是終端設(shè)備都具各著高度的智能化搭配。智能配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中不容忽視的一部分，同時(shí)它也是電力系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中非常重要的一個(gè)方向。

一、配電系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配電主站、各種現(xiàn)場(chǎng)終端、配電子站和通信等四個(gè)部分組成。現(xiàn)場(chǎng)終端安裝于開(kāi)閉所、線路環(huán)網(wǎng)柜等場(chǎng)所，通信網(wǎng)絡(luò)提供現(xiàn)場(chǎng)終端與主站之間的通信通道。

（一）通信網(wǎng)絡(luò)完成子站層的主要功能

通信網(wǎng)絡(luò)完成子站層的主要功能，是智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，也是智能配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，主要承載業(yè)務(wù)包括智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)控信，用電信息數(shù)據(jù)采集信息（含電力負(fù)荷控制數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表數(shù)據(jù)及營(yíng)銷互動(dòng)系統(tǒng)等），未來(lái)對(duì)視頻監(jiān)控、移動(dòng)語(yǔ)音、分布電源接入、電動(dòng)汽車充電站、用電營(yíng)業(yè)廳寬帶接入等方面的業(yè)務(wù)也有一定的需求。

（二）通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1.承擔(dān)的業(yè)務(wù)種類繁多：配電網(wǎng)主站層包括配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表等眾多電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)及視頻監(jiān)控、語(yǔ)音業(yè)務(wù)等其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)，業(yè)務(wù)種類繁多、數(shù)量眾多，各種業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)通信量和實(shí)時(shí)性要求的差別很大。

2.網(wǎng)絡(luò)規(guī)模廣、覆蓋面大：配電網(wǎng)是電力網(wǎng)絡(luò)的末端網(wǎng)絡(luò)，直接連接廣大的電力用戶，其網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模巨大，設(shè)備的數(shù)量和種類眾多。要解決這樣巨大的、覆蓋面廣的網(wǎng)絡(luò)通信問(wèn)題，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋的要求很高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端服務(wù)負(fù)載巨大。

3.實(shí)時(shí)性問(wèn)題。在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中由于業(yè)務(wù)種類多，而且每一種業(yè)務(wù)對(duì)信息送的實(shí)時(shí)性要求也不同。智能配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求極高，數(shù)據(jù)傳輸及系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)反映配電網(wǎng)的狀態(tài)變化，根據(jù)變化情況立即采取措施，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)級(jí)別的數(shù)據(jù)采集和控制。

二、智能配電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）新型的配電設(shè)備

智能配電系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中所使用的新型配電設(shè)備主要可以分為兩種類型，一種是分布式電源、分布式儲(chǔ)能和可控負(fù)荷。它也是智能配電系統(tǒng)當(dāng)中非常關(guān)鍵的一種設(shè)備。另外一種是主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理的輔助裝置，主要有傳感測(cè)量裝置、通信裝置和電力電子裝置。

（二）規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

智能配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和各部分的運(yùn)行方式靈活多變，使其規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題與運(yùn)行問(wèn)題具有強(qiáng)藕合性，必須在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行策略和工況的影響，其次是非常多的可再生分布式能源的使用和需求側(cè)與電網(wǎng)互動(dòng)使得系統(tǒng)自身存在著非常強(qiáng)的不確定性，這樣以來(lái)也給空問(wèn)符合上預(yù)測(cè)和系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)造成了很大的障礙。

（三）系統(tǒng)分析關(guān)鍵技術(shù)

狀態(tài)估計(jì)和潮流計(jì)算是智能配電系統(tǒng)分析的關(guān)鍵技術(shù)，是開(kāi)展規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行等各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。雖然傳統(tǒng)系統(tǒng)分析方法已一分成熟，但智能配電系統(tǒng)的新特性對(duì)其提出了新的需求。

三、智能配電系統(tǒng)新技術(shù)的挑戰(zhàn)

（一）缺乏通信的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的挑戰(zhàn)

標(biāo)準(zhǔn)化的缺乏，特別是與分布式電源和儲(chǔ)能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化的缺乏會(huì)抑制各運(yùn)行單位（發(fā)電、輸電、配電和電力消費(fèi)者）之間的數(shù)據(jù)交換，阻礙系統(tǒng)的完全優(yōu)化，使系統(tǒng)效率降低。分布式電源跟系統(tǒng)的互聯(lián)，在缺乏協(xié)調(diào)功能的情況下，只能以局部的和自治的方式運(yùn)行。分布式電源的發(fā)展需要從電網(wǎng)角度考慮，與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

（二）基礎(chǔ)設(shè)施大量增加，帶來(lái)新的挑戰(zhàn)

智能配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，未來(lái)還可能成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和綜合能源系統(tǒng)的重要支撐。但是未來(lái)電網(wǎng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還不夠清晰；智能電能表的安裝范圍不斷擴(kuò)大，但是它們?nèi)绾沃С蛛娋W(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行仍然不確定，其功能還需要大力挖掘；采用基于新技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，可能遇到經(jīng)費(fèi)、風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行人員知識(shí)不足等問(wèn)題。

（三）負(fù)荷、電源計(jì)劃安排和調(diào)度的挑戰(zhàn)

在基于逆變器的可再生能源發(fā)電的數(shù)量日益增加的趨勢(shì)下，電網(wǎng)兼容性標(biāo)準(zhǔn)需做出很大改變，而且必須修改成能同時(shí)管理傳統(tǒng)發(fā)電和基于逆變器的可再生能源發(fā)電。現(xiàn)在對(duì)分布式電源的調(diào)度模式還不能使利益相關(guān)方均獲益，現(xiàn)在還缺乏能識(shí)別最優(yōu)負(fù)荷和電源平衡的好模型。智能電網(wǎng)模型需要綜合考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)施，市場(chǎng)，乃至國(guó)家政策方面的影響。未來(lái)的規(guī)劃模型需要考慮在分布式電源高滲透率的條件下，如何優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，這是個(gè)重大挑戰(zhàn)。

（四）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全方面的挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)的安全、隱私保護(hù)與信息訪問(wèn)的權(quán)限等問(wèn)題，還存在不確定性，這些問(wèn)題都會(huì)阻礙智能電網(wǎng)解決方案的采用。未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)、智能交通等系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，也將會(huì)造成新的數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。

四、結(jié)束語(yǔ)

智能配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。本文希望本文對(duì)智能配電系統(tǒng)的概括和思考，對(duì)未來(lái)智能配電系統(tǒng)的進(jìn)一步研究實(shí)踐提供一些思路和借鑒。

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