基于主動控制的城市智能配電網優化研究及實踐

陳靜思

摘 要：為構建城市智能配電網，分析配網示范區建設模式，以建設堅強配電網為基礎，以信息融合為支撐，研發“源-網-荷”主動控制技術，以探索新興技術落地。此外，充分考慮已有城市配電網存量與限制條件，通過對規劃、運行、檢修及營銷各業務環節的技術升級，實現對配電網、信息通信、微網和智能用電等全流程的主動控制與全業務高效運營。

關鍵詞：主動控制;分布式電源;智能配電網

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）25-0051-03

Research and Practice of Urban Intelligent Distribution Network Optimization Based on Active Control

CHEN Jingsi

（Xiamen Electric Power Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361000）

Abstract： In order to build an urban smart distribution network， this paper analyzed the construction model of distribution network demonstration area. Based on the construction of a strong distribution network， and supported by information fusion， researches and develops "source-network-load" active control technology， and explores emerging technologies landing. Fully consider the existing urban distribution network stock and constraints， and realize the active control and efficient operation of the whole process of distribution network， information communication， microgrid and intelligent power consumption through the technical upgrading of business links such as planning， operation， maintenance and marketing.

Keywords： active control;distributed power;intelligent distribution network

城市配電網的智能可靠運行直接關系著電力用戶的可靠用電和經濟社會的穩定發展。面對新形勢的挑戰，傳統城市配電網存在4個亟待解決的難題：一是配電網網架結構復雜凌亂，配電自動化水平與主網相比較低;二是營、配、調各專業間數據相互孤立，信息共享不到位;三是缺乏有效的配電網運行風險管控手段，無法實現事前主動控制;四是配電網的“源-網-荷”之間缺乏互動和協調運行，運營效率低。

本文以地區重點城市配電網示范區等項目實踐為基礎，充分考慮已有城市配電網存量與限制條件，從提高配電網可靠性、主動性、友好性等方面探討如何構建供電服務水平國內領先的現代化城市配電網。

1 構建堅強電網

根據地區用電特點和負荷分布特性，以最大限度地對電力用戶提供持續可靠供電為目標，對點狀、鏈式、三角形及矩形4種主要的供電模型建立評估體系。從適用場合、基本結構特征及可擴展性等方面進行比對研究，針對地區呈現沿海、沿灣及丘陵地形的特點，引入圖論Delaunay三角剖分理論，提出了適用于負荷分布呈塊狀區域的三角形供電模型構建目標網架，如圖1所示。建立分布式電源并網與各種電氣特性（如網絡結構、接入位置、負荷分布、電源輸出特性、網絡阻抗以及變壓器抽頭位置等影響因子）之間的函數關系，同時考慮分布式電源在中低壓配電網的并入，形成典型的供電模式。示范區電纜環網率和饋線“N-1”率均達到100%，平均故障處理時間由40 min降至5 min，城市供電可靠率為99.996%，達到了國際先進水平[1]。

同時，綜合考慮地理位置、負荷發展等因素，提出網架層次結構劃分技術。將變電站的10 kV饋線作為主干層，包括變電站站間開關站、單環及雙環等典型接線組;將環網主干節點或者開關站饋出作為次干層;將單環、放射環網單元饋出作為分支層;在主次干層中實現三遙100%覆蓋，構建簡潔合理、層次分明的網架結構。

2 實現信息融合

將信息分析模型建立在營配調系統的貫通上，將離線的仿真模擬和實時的在線分析結合起來，實現3個系統數據的同源管理、業務協同貫通和信息高效共享;建成電網設備全景監測平臺，實現輸、變、配、用各業務的緊密結合，為實現主動控制、高效運營的智能配網系統提供良好的數據基礎。

2.1 建立基于電力GIS平臺的營配調統一信息和數據分析模型

基于電網的地理信息系統（Geographic Information System，GIS）平臺，全面建立站-線-變-箱系統統一電網模型及營銷資源信息。自動同步配電網管理系統（Distribution Management System，DMS）以電網GIS接線作為配網調度、設備運維、配網建設及改造、故障搶修以及業擴報裝等工作的基礎圖源，實現營配調業務貫通和數據同源維護及管理。在營配調信息融合基礎上，實現集成化配網調度、精益化線損管理、可視化業擴輔助報裝、精準化配搶指揮研判以及精細化停復電信息發布的深化應用，全面支撐配網調度、配網建設、配網運維和營銷服務等方面的精益化管理。

2.2 建成電網設備全景監測平臺

平臺集綜合業務、數據信息與可視化技術于一體。通過與輸變電狀態監測系統、配電生產管理系統、主配網自動化系統、用電信息采集系統、視頻監控系統以及電網GIS平臺等應用進行多源數據融合，建成了全方位、立體多維度的電網設備全景監測平臺?；陔娏IS地理和站內圖、單線和全網圖的實時監測數據測試功能，實現了基于電網GIS的全網監測數據實時分級與可視化展示，實現由靜態到動態的多維度展示與控制。對監測數據進行系統化和標準化規定，構建數據共享模型和邏輯模型，在平臺上實現監測數據的統一規范接入，完成數據的全面接入、全面分析與個性化展現。差異化制定數據的存儲和訪問策略，保障完整儲存海量數據并實現高效的實時數據訪問。利用企業總線和數據中心接入設備環境信息、運行工況和負荷情況，基于電網GIS等平臺實現配網各數據以及業務的可視化，最終實現配網數據和業務點面結合、高效規范的讀取和利用。

2.3 應用的服務快速響應平臺

平臺集生產搶修指揮、智能移動作業與保供電業務于一體，集成了故障預警、輔助研判、停電管控、搶修情況監控、搶修資源優化調配、搶修過程分析評價、現場作業安全及風險管控等應用功能。這不僅實現了多故障點、復雜故障的快速處理，還實現了多影響因素、多搶修隊伍、多報修點的搶修隊伍最優調度。

3 落實主動控制

通過研發分布式電源管控技術，建立配電網風險主動防御體系，開發智能用能服務系統和園區信息互動平臺，實現配電網“源-網-荷”全方位主動控制。

3.1 基于高級量測的分布式電源互動控制

制定高級量測體系下的分布式電源接入規范，根據高級量測系統和分布式電源計入特定需求，設計研發即插即用電力通信模塊，構建支持標準的互聯網標準協議模型，從而實現分布式電源運行信息的可靠雙向互動和分布式電源監控終端軟件的在線升級等。

3.2 建立分布式電源與電力系統安全自動裝置及保護的配合機制

在分布式光伏發電等分布式電源并網的情況下，通過對配網各項指標進行對比，分析集中在10 kV出線開關的保護定值更新需求、饋線自動化優化需求、并網點實時運行監控需求及測控點新增需求等，提出優化主站監控軟件。通過增加變電站的饋線故障重合閘時限定值，更改自動化終端上報故障信息的定值設置，實現在分布式電源接入后對已投運設備的保護配合和自動控制系統作相應的有效調整，確保其安全穩定運行。

3.3 研發應用光伏、儲能和多元負荷的一體化系統

在充分考慮現有配電網、微電網和分布式電源的運行特點、網絡拓撲和配合模式的基礎上，通過將分布式電源、主配網結構和用戶負荷分布情況進行分組優化設計，形成新型一體化系統，如圖2所示。首先，提出分布式電源、配電網、微電網的分層協調控制系統架構，將微電網的自平衡、自平滑控制模式融入其中。其次，應用具備平滑切換性能的分布式電源和微電網保護控制設備，利用有效的并網運行控制和能量管理系統，以滿足系統安全高效運行控制的需要。最后，探索在設備層配置適應分布式發電接入的保護硬件設備、在過程層和主控層進行軟件策略優化的3層協調控制模式，有效保障電網的安全運行與高效運營[2]。

4 探索新興技術

為了更好地發展主動控制型配電網，需要積極探索新興技術和管理模式的應用。

4.1 智能用電

智能用電可利用供電側與用戶側的有效互動，實現供電資源的優化配置。與負荷的互動是主動配電網的重要特征之一，也是與傳統用電模式的一個重要區別。其中，供電網和用戶的互動包括業務、信息和電能的互動。智能用電技術通過對可控負荷、柔性負荷的調節控制，將用電需求從峰荷期切換至谷荷期，能有效降低峰谷差。此外，智能用電技術可以通過平抑不可調度的分布式電源輸出的波動性來提高配電網允許的分布式電源滲透率[3]。

4.2 用戶側能量管理系統

用戶側能量管理系統是一種有效的電能互動控制系統。該系統一方面可以通過采集系統采集用戶的用電負荷信息并及時傳遞給用戶，以便用戶根據相關信息進行需求側響應，有效實現節能增效;另一方面，系統也可將采集讀取的負荷信息傳遞至供電側，然后供電側通過分析判斷合理安排高效的運行方式[4]。

4.3 虛擬電廠技術

虛擬電廠為大規模的分布式能源接入電網提供了一種有效的模式。虛擬電廠通過高效的軟件架構，依托先進可靠的協調控制技術、信息通信技術、智能計量技術等，聚合分析分布式電源、電動汽車、儲能系統及可控負荷等，從而實現對大量分布式電源的靈活控制。此外，需優化電能資源配置，提高供電可靠性和電力市場的經濟運營效率[5]。

4.4 儲能技術

近年來，隨著儲能技術尤其是大規模儲能技術的快速發展，對儲能技術在電力系統中應用的評估、判斷與有效利用成為下一階段的重要課題。大規模儲能技術對用戶側和供電側都具有重要作用。首先，可以提高配電網的可靠性，解決功角振蕩、電壓失穩等問題，并應用于配電網的削峰填谷;其次，可以有效降低微電網和分布式電源的調度難度，提高配電網的新能源接納能力;最后，大規模儲能技術應用于系統調頻工作，可以利用其技術特點，有效提高調頻的準確度和效率，從而提升電能質量。

5 結語

通過對目前配電網發展問題進行分析，針對性地提出新型城市配電網的構建發展著力點，構建三角形供電模型及網架優化配電網，通過營配調貫通實現信息融合，實現全景監控及規劃配電網。此外，通過主動控制技術實現分布式電源的接納和有效控制，探索了智能用電、需求側響應等新興技術在未來配網建設中的作用和發展前景。

參考文獻：

[1]程鵬，葛少云，劉洪.基于供電模型的中壓配電網絡智能規劃：三角形三聯絡供電模型的自動布線[J].電力系統保護與控制，2013（16）：32-36.

[2]史佳琪，譚濤，郭經，等.基于深度結構多任務學習的園區型綜合能源系統多元負荷預測[J].電網技術，2008（32）：698-705.

[3]趙波，王財勝，周金輝，等.主動配電網現狀與未來發展[J].電力系統自動化，2014（18）：125-130.

[4]楊艷紅，裴瑋，齊智平.基于動態運行策略的混合能源微網規劃方法[J].電力系統自動化，2012（19）：30-36.

[5]姜海洋，譚忠富，胡慶輝，等.用戶側虛擬電廠對發電產業節能減排影響分析[J].中國電力，2010（6）：37-40.

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