關(guān)于我國智能配電技術(shù)的展望

謝雪景 趙芳魁

【摘 ?要】本文主要從智能配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃和自愈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能配電的信息系統(tǒng)、智能配電網(wǎng)的高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)、智能配電新技術(shù)與新裝備等幾個(gè)方面，對(duì)適合中國國情的智能配用電技術(shù)的發(fā)展作一展望。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);配電網(wǎng);展望

1 智能配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃和自愈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)關(guān)系著配電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，決定著智能配電網(wǎng)總體建設(shè)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性與適應(yīng)性，應(yīng)當(dāng)受到高度重視。未來的配電系統(tǒng)將成為含分布式電源的集電能收集、電能傳輸、電能存儲(chǔ)和電能分配為一體的新型電力交換系統(tǒng)。智能配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃涉及的內(nèi)容很多，除了傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃所涵蓋的內(nèi)容外，智能配電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)更加關(guān)注靈活的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、分布式電源優(yōu)化配置、含分布式電源的小區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)等新問題。為實(shí)現(xiàn)建設(shè)靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，需針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)運(yùn)行技術(shù)、有利于分布式電源接入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、具備自愈功能的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等直接與系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題開展研究和示范工作。在空間負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源優(yōu)化規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃、信息系統(tǒng)規(guī)劃、能源綜合配置等方面發(fā)展相關(guān)的模型和算法，在此基礎(chǔ)上開發(fā)相關(guān)的配電網(wǎng)規(guī)劃計(jì)算機(jī)決策支持系統(tǒng)，提高配電網(wǎng)規(guī)劃工作的科學(xué)性，提高配電系統(tǒng)建設(shè)資金的利用效率。

2 智能配電信息系統(tǒng)

功能完備的配電信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)信息管理科學(xué)化、高效化的基礎(chǔ)，是為用戶提供滿意電力服務(wù)的保證。配電信息系統(tǒng)涉及規(guī)劃、運(yùn)行、管理等各個(gè)方面。當(dāng)前，我國的配電信息系統(tǒng)還有自動(dòng)化程度不高、功能不完備、數(shù)據(jù)分散且共享程度低、信息存在孤島等問題。智能配電系統(tǒng)對(duì)配電信息系統(tǒng)提出了更高的要求，不僅需要滿足由用戶直接參與的智能需求側(cè)管理方面的要求，由于系統(tǒng)中將會(huì)有大量分布式電源的存在，還需要滿足用戶與配電系統(tǒng)運(yùn)營者間雙向營銷的需要，需要有適于配電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警、自愈控制等高級(jí)輔助決策的功能，等等。例如：

1）在信息整合方面，需要結(jié)合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，建立配電信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型、接口標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建配電系統(tǒng)統(tǒng)一的信息平臺(tái)。

2）在設(shè)備管理方面，需要在傳統(tǒng) AM/FM/GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，構(gòu)建適應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)檢修、全壽命周期管理等新型智能化的設(shè)備管理系統(tǒng)。

3）在客戶需求管理方面，基于高級(jí)量測(cè)體系和雙向營銷策略，在一體化信息平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更為完善的智能化需求管理與營銷策略制定。

4）在業(yè)務(wù)流程管理方面，需要針對(duì)智能電網(wǎng)運(yùn)行和管理的特點(diǎn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的綜合管理效率。

5）在運(yùn)行調(diào)度管理方面，需要構(gòu)建具備配電潮流和短路計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥⒕W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電壓無功控制等功能的完備的高級(jí)分析系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的智能預(yù)警、協(xié)調(diào)和自愈控制，保證配電系統(tǒng)智能化調(diào)度措施的落實(shí)。

3 智能配電網(wǎng)的高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)

智能配電網(wǎng)要求高層次的配電系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)與之相適應(yīng)，需要對(duì)現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展和延伸，以適應(yīng)分布式電源接入、供電可靠性提高的要求。高級(jí)配電系統(tǒng)自動(dòng)化在故障隔離與自愈、分布式電源與可平移負(fù)荷調(diào)度、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助決策等方面有新的要求。需要建立在具備可自愈的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，可以有效提高供電可靠性，縮小非故障停電區(qū)域，減少停電恢復(fù)時(shí)間。配電自動(dòng)化系統(tǒng)中需充分考慮分布式電源[9]、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施、用戶定制電力技術(shù)、智能需求側(cè)管理等方面的影響。同時(shí)，其功能需要延伸至用戶室內(nèi)網(wǎng)，在保證用戶用電可靠性要求的前提下，有效增加電力設(shè)備的利用率。還可根據(jù) AMI提供的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)配網(wǎng)的工況進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)、快速仿真與模擬，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的優(yōu)化等等，以保證配網(wǎng)運(yùn)行在高水平狀態(tài)。在未來智能配電網(wǎng)中，希望通過自愈技術(shù)快速恢復(fù)對(duì)停電區(qū)域的供電（理想情況下做到 0 s 切換），同時(shí)確保電能質(zhì)量滿足要求。完成上述任務(wù)需要依靠繼電保護(hù)、故障隔離與供電恢復(fù)（網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)）、安全穩(wěn)定控制等不同系統(tǒng)來完成。這需要將傳統(tǒng)的彼此獨(dú)立工作、各司其職的保護(hù)、控制、自動(dòng)化系統(tǒng)融合成為統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，彼此協(xié)同工作，將故障擾動(dòng)給配網(wǎng)帶來的影響降至最低。快速仿真與模擬包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、自愈控制與優(yōu)化等高級(jí)軟件系統(tǒng)，以期達(dá)到改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性和運(yùn)行效率的目的。配電快速仿真與模擬需要支持以下四個(gè)主要的自愈功能：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);電壓與無功控制;故障定位、隔離和恢復(fù)供電;當(dāng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能夠?qū)^電保護(hù)實(shí)現(xiàn)再整定。這四個(gè)主要功能彼此相互聯(lián)系，例如，網(wǎng)絡(luò)的任一重構(gòu)方案都要求對(duì)繼電保護(hù)重新整定，需要確定新的電壓調(diào)節(jié)方案，這些都需要高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)智能化的加以完成。

4.配電新技術(shù)與新裝備

配電新技術(shù)與新裝備涉及適應(yīng)各種新需求的新型配電技術(shù)和裝置，包括配電電力電子技術(shù)和裝置、直流配電網(wǎng)絡(luò)等。所謂直流配電技術(shù)，是指將直流電直接分配給用電裝置的配電網(wǎng)絡(luò)。在智能配電網(wǎng)絡(luò)中，大量的如光伏、燃料電池等分布式發(fā)電系統(tǒng)可以直接提供直流電源，這些電源同時(shí)又位于所供負(fù)荷附近，而用電設(shè)施中（如家用電器）等也可以直接由直流供電，電力電子技術(shù)的發(fā)展使得直流電壓的電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換和交流變壓器一樣方便，所有這些都使得直流配電系統(tǒng)不僅應(yīng)用更加方便，同時(shí)也十分容易實(shí)現(xiàn)。因此，在智能配電系統(tǒng)中，交流和直流配電系統(tǒng)同時(shí)存在是可行的。與直流配電系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，直流配電系統(tǒng)保護(hù)、運(yùn)行和協(xié)調(diào)控制等技術(shù)和設(shè)備將獲得廣泛應(yīng)用。采用直流系統(tǒng)配電對(duì)于照明、電機(jī)、日常電器等用電負(fù)荷的節(jié)能降耗和性能提高也有積極作用。作為柔性輸電（FACTS）技術(shù)在配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸，柔性配電（DFACTS）技術(shù)已成為改善電能質(zhì)量的有力工具，由于電力電子器件性能的提高，DFACTS 裝置具有更快的響應(yīng)特性，是解決配電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的有效工具。由 DFACTS 技術(shù)發(fā)展出的各種電力電子設(shè)備將會(huì)很多，例如：

1）固態(tài)斷路器，這是一種基于 DFACTS 技術(shù)的開關(guān)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的快速、靈活、準(zhǔn)確控制，將大大提高開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間。固態(tài)斷路器因其快速通斷性、可靠性及重復(fù)操作性在智能配電系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用，通過與其它裝置如靜止同步補(bǔ)償器（static synchronous compensator，STATCOM）及統(tǒng)一潮流控制（unified powerflow controller，UPFC）等的配合使用，可極大提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性，有助于使配電系統(tǒng)成為真正的柔性配電系統(tǒng)。

2）故障電流限制器（fault current limiter，F(xiàn)CL），這是一種用于限制系統(tǒng)短路電流的裝置，可有效提高系統(tǒng)供電質(zhì)量，防止由于短路電流過大而造成開關(guān)誤動(dòng)或拒動(dòng)，可以提高線路和配電網(wǎng)運(yùn)行的整體控制能力。作為配電系統(tǒng)中的新技術(shù)和新裝備，智能配電系統(tǒng)中將會(huì)有各種不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)存在，例如蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)、鈉硫電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、微型超導(dǎo)蓄能器、相變儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。這些儲(chǔ)能系統(tǒng)有些可用于改善配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，有些將可有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的移峰填谷作用，后者將有助于改善系統(tǒng)的負(fù)荷特性，有助于提高配電系統(tǒng)的設(shè)備利用率。

智能配電網(wǎng)的建設(shè)是一個(gè)浩大的系統(tǒng)性工程，從技術(shù)的角度涉及能源、信息、電子、材料等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，需要政府相關(guān)部門和電力企業(yè)的精心組織和規(guī)劃，需要廣大科技工作者的協(xié)同攻關(guān)，需要全社會(huì)的廣泛參與和不懈努力才能夠?qū)崿F(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（1）：1-5

[2] 王成山，王守相.分布式發(fā)電供能系統(tǒng)若干問題研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，32（20）：1-4，31.

作者簡介：

謝雪景 趙芳魁（都是1987—）研究方向：廠用配電系統(tǒng) 現(xiàn)有職稱：工程師

（作者單位：深圳供電局有限公司）