智能電網在電力系統規劃中的應用

羅 加

（中山市晟峰電力設計有限公司，廣東 中山 528400）

0 引 言

在能源轉型的大趨勢和日益復雜的國際形勢下，我國電力工業發展面對新一輪科技革命和產業轉型的新機遇呈現出了新特點和新形式。隨著能源電力產業的不斷演進和升級，數字化、物聯網以及5G等新技術的突破，催生了電力物聯網并衍生出了能源物聯網等新的發展形式。電力產業應大力發展智能電網建設，借助能源轉型機遇，把握能源革命方向，加快實現電網的深化改革。

1 智能電網的定義

智能電網是一個自給自足的邏輯自洽系統，可以兼容發電側各種技術，在保障用電的同時盡最大可能降低運維成本，還可以精準定位故障點，在各種各樣停電事故發生時，通過智能電網安裝在各處的故障指示器實時獲取事故發生的確切位置，同時通過重啟智能開關嘗試接觸故障，甚至可以通過AI智能實時檢查整體電網，借助雙向通信技術和故障判斷的經驗預防故障的發生[1]。這樣既可以減少停電的時長和頻率，又可以優化設備，延長設備的壽命，進而節省成本，提高工作效率[2]。

2 智能電網的組成

普通意義上的電網構成包括干線主網和支線配網，通過各種等級和電壓的變電站實現電壓的升降，借助不同等級的電壓輸送線路組成多個網格，進而形成一個碩大無比的網絡。干線主網負責電能超遠距離和超大范圍的輸送，支線配網負責將變電站調整好壓力的電能源輸送進不同用途和不同用戶的小型電網。

智能化的干線主網主要用以協助電網工作人員在變電站發揮作用。變電站可以是新建的融合了智能電網的變電站，也可以是整改的舊有變電站，其智能化形式是針對所有設備的即時監控和評估判斷，可以實現常見故障的自我處理、自動巡檢、溫度預警以及對新情況的緊急預案[3]。如果某個地區電網內所有變電站都實現了智能化監控過程，那么，那么該電網在宏觀上可以實現全局性智能。

智能化的支線配網能夠同時協助電網工作人員和用戶，主要是在近用戶端發揮作用。其智能化形式是通過終端將用戶與電網聯系起來，實現電、水以及氣等一體化采集，并將數據上傳到計量自動化系統。統計和分析采集的電、水、氣以及熱數據，在用戶授權的情況下收集足夠的用戶用電信息與電網交互，從而預測其接下來一段時間的用電情況，并與發電側溝通，使得發電側進行有計劃的發電。在大量用戶的參與下，這種方式能夠減少發電側的成本和用戶的使用費用，實現雙贏[4]。

3 智能電網在電力系統規劃中的具體形式

智慧小區是智能電網在配電方面具體落實的表現形式。供電企業獲取用戶用電、小區故障停電、充電樁充電以及分布式電源發電等相關信息后，結合電網運行狀況合理安排故障檢修，有序控制電動汽車充電，調節分布式電源發電，發布電價信息和用電激勵政策，從而實現電網的經濟安全運行。

3.1 智能用電采集和用電交互服務

用電采集是通過在用戶家中的主要用電設備插頭部分部署智能插座，從而采集用電設備的各類用電信息和參數，實現用電信息的實時采集與監控。實際應用中可結合用電總量、用電時間以及用電比例等內容開展家庭能耗分析，用戶根據結果可主動調整自己的用電模式，實現需求響應，用電交互是用戶可實時在線查詢繳費記錄、剩余電費以及接收電力公司的通知，電力公司通過終端可以發布停電信息、供電信息、節能信息、用電分析以及用能建議等內容。

3.2 智能家居

智能家居可以為用戶提供多種模式的家電控制模式，實現家電和燈光的遠程控制，從而提升用戶智能用電的體驗。

3.3 分布式電源及充電樁管理

分布式電源的并網接入、使用以及控制能夠滿足電動汽車的有序充電，實現對智能小區的能效管理。

3.3.1 公交及大巴充電站

參考充電站標準設計的要求，大型充電站進線電源采用10 kV雙路供電，10 kV側采用單母線接線方式，不設分段開關，高壓柜采用真空斷路器中置式開關柜，設進線計量柜、PT柜、避雷器柜以及出線柜。按此計算，配變容量建議采用630 kVA和800 kVA，并按照電力業擴工程進行配套建設。根據最新業擴工程紅線分界點可知，充電樁配套電網資產部分包括電網配套投資建設的10 kV線路、計量點、配電變壓器、配電箱以及智能電能表。

3.3.2 公共充電站

公共充電站進線電源采用10 kV單路供電，10 kV側采用單母線接線方式，高壓柜采用真空斷路器中置式開關柜。當負荷容量小于400 kVA時，也可使用負荷開關以減少投資，此外設置進線計量柜、PT柜、避雷器柜以及出線柜。按此計算，配變容量建議采用400 kVA和630 kVA，并按照電力業擴工程進行配套建設。根據最新業擴工程紅線分界點可知，充電樁配套電網資產部分包括電網配套投資建設的10 kV線路、計量點、配電變壓器、配電箱以及智能電能表。

3.3.3 分散式充電樁

此類交流充電樁容量較小，可就近接入公共配電系統內或用戶自有產業的配電電路中。采用0.4 kV直接接入空余間隔，可選用分斷電流為40 A的開關。分散充電樁較為集中的區域可集中建設多臺充電樁，接入同一個配變的低壓側母線內，此類情況的供電系統方案可參考公共充電站的系統結構，按照電力業擴工程進行配套建設。根據最新業擴工程紅線分界點可知，充電樁配套電網資產部分包括電網配套投資建設的低壓配電線路和智能電能表。

3.3.4 可擴展應用系統建設

可擴展應用系統包括多功能自助繳費系統、小區復合電纜光纖共享管理系統、小區通信平臺管理系統、水氣表抄收接入系統以及小區物業管理系統，從生產電開始直至傳送到用戶，智能電網可以幫助電力行業更好地服務千家萬戶。

4 智能電網中應用的技術

智能電網在電力規劃中的應用技術主要包括智能儲能技術、智能通信技術、智能輸電技術以及智能管理技術4個方面，具體內容如下。

4.1 智能儲能技術

智能電網將風能、水能以及太陽能與傳統的火力發電和水力發電相融合，形成分布式電網。儲能技術可以智能地調節和存儲多類型的電能，并依據用戶的實際需求進行電能輸送。目前，智能電網主要采用能耗監測管理系統進行儲能的智能調節，為了保證儲能的智能化，電力系統會在分布式配電網的各個網關中設置數據采集網關，避免由于電能輸送過大而造成的儲能電池損毀，此外智能電網逐漸增加了生物電能和地熱電能的比例，進一步提高智能電網的智能。

4.2 智能通信技術

智能通信是智能電網的顯著特征之一，可以對分布式電網的各個發電單元、輸電線路以及存儲單元進行實時數據通信，保證整個電網的穩定運行。目前，智能電網通過電力專用串口服務器、智能通信處理機、IEC61850通信裝置、IEC61850嵌入式通信卡以及多規約轉換器等裝置實現對各個線路的故障檢測、潮流監測以及電網保護。智能通信技術與智能管理平臺進行實時信息傳輸，不僅可以及時發現線路中的故障，指導相關人員進行重點維修，而且可以規劃整個電能配備和電能管理，實現無人管理和智能管理的目的[5]。

4.3 智能輸電技術

智能輸電技術可以保證電能輸送的穩定，降低電能輸送的損耗，合理分配電網的潮流。智能電網的電能輸送涉及變電站的智能輸出和電網的智能配電兩個方面。

4.3.1 變電站的智能輸出

與傳統變電站不同，智能變電站要依據電網的實際需求和潮流情況進行智能輸出，保證電能的功率。目前，智能電網中的變電站主要采用線路保護測控一體化裝置、變壓器保護裝置（雙圈變）以及變電站自動化裝置實現對電網的智能調節，同時可以采用遠動裝置（遠動機）、單機版電站自動化系統以及升級版變電站自動化系統等進行變電站的電能輸送、電能調解以及遠程關閉。為了保證智能變電站的輸出穩定，可以采用跨平臺分布式變電站自動化系統，融合智能電網中的各個管理系統，并實現數據通信的標準化處理。另外，變電站的智能輸出可以實現綜合性的算法，即優化原有的電監測數據，滿足不同電站的智能調節需求。

4.3.2 電網的智能配電

電網配電涉及到諸多因素，如主觀因素、客觀因素以及其他難以抗拒的因素，所以電網配電的智能化難度較高。目前，電網的智能化配電主要采用電網的電流電壓檢測裝置、線路反饋的關閉裝置以及跨平臺的電網管理裝置，如單相電力測量儀表、三相電力測量儀表、多功能電力測量儀表以及饋線自動化配置FTU等。為了提高配電的準確率，在各個電網的配電接口處設置配電終端單元DTU、配電變壓器控制終端TTU以及配電自動化主站系統。為了調解整個配電網的電壓、電流以及潮流，可以設置配電自動化系統（配電SCADA）和跨平臺分布式配電網自動化系統。整體來說，電網的智能化配件不僅增加了電網的智能管理水平，而且增強了配電網自身的獨立性，降低了發電系統故障和儲能系統故障對電網的影響。

4.4 智能管理技術

智能化電力管理采用數字信號分析方式彌補了傳統模擬信號管理方式的不足，但是智能化電力管理的數據監測設備并未改變，而是將相應的數據進行了標準化處理，用更加清晰的數字信號進行表示，并在數據反饋過程中進行智能化判斷，更加準確、直接且高效的傳輸管理結果。目前，電力系統的智能化管理主要采用智能微機保護開發平臺、智能配電終端開發平臺、智能通信處理開發中間插件、iRealCom實時通信開發中心插件、iComlite輕量級開發平臺中間插件、智能規約轉換器開發中心插件、IEC 61850通信庫開發中心插件、單機版SCADA系統開發平臺以及分布式電網統一一體化開發平臺等方式智能化管理整個電力系統，以提高電力系統的智能化管理水平。電力系統智能化平臺將電網智能系統、電站智能系統以及儲能智能系統進行融合，并將相應的數據進行分析和處理，向各個智能子平臺發送命令，如預警標準、數據采集標準以及數據采集時間等，以此實現各個區域電能的智能化管理。

5 智能技術在電力系統中未來的應用趨勢

目前，國內的電網呈現的是傳統電網與智能電網混合的現狀，在一定程度上限制了電網智能化的自動實現。隨著電網智能化的不斷深入，傳統輸電模式將會被完全替代，未來智能電網將會呈現以下幾方面的趨勢。

5.1 電網的實時電能調解

智能化電壓、電流以及潮流監測設備的大量應用，使得未來電網將實現電能的智能化調節，包括電站輸出電能的調解、電網饋線的關閉、分布式電源的發電功率調節以及輸電區域的調控等。電力管理系統依據歷史數據（年、月）可以統計各地區的電能需求，了解電能的實際需求情況和輸出情況，并對各個區域進行電能的智能調節，同時電力系統可以采用智能電價的形式，依據電能的實際需求情況，通過調節電價調整電能的供給。此外，依據智能化的電能需求統計結果改造電網，調解輸電功率并配備設備，從而更好地優化整個電力系統的潮流分配，發揮電能的最佳經濟效益和社會效益。

5.2 電站的的無人監管

電網規模的日益擴大使得電網的故障率顯著增加，因此需要更多的維護和檢修人員，但現有的電網維修人員數量有限，無法滿足實際的電網維護需求。智能電網可以實現電站的無人管理，相應減少工作人員，從而更好地進行電網的維護和管理。此外，智能化技術在電力系統中的應用可以更加精準地發現故障點，及早進行維修和維護干預，減少故障點對整個電網的影響程度，保證整個電網的運行穩定。

6 結 論

智能電網已經成為電力行業中不可或缺的重要組成部分，在電力系統規劃出現問題時，智能電網的出現提出了新的解決思路，同時伴隨著新能源汽車和智能家居的出現，電力行業在我國經濟生活中的占比也越來越高，安全平穩的電力供給是電力行業時時刻刻都要面對的問題。因此，在今后的發展中，智能電網要注重與各個領域最尖端科技的結合，使其迸發出更強大的活力。