關于智能電網配電技術及其設備的研究

郭永坤，郭 波，趙太強

（臨沂礦業集團有限責任公司，山東 臨沂 276017）

0 引 言

智能電網因能更好地實現能源的高效安全利用，已成為世界電網發展的新方向。搭建智能電網系統，助力可持續發展也是當下國際電力工業的共同追求。智能電網具有更安全、更兼容以及更經濟等優勢。作為一種重要的科技創新，發展智能電網對現代電網的建設與改造都極具現實意義。但在實踐中，由于各國發展程度、電網發展水平、資源條件以及原動力不同，因此在智能電網發展方面的目標和重心也有所區別。

1 智能電網概念及其建設原動力介紹

1.1 智能電網的概念介紹

智能電網的概念是歐洲委員會在2005年提出的。其是以應用集成、高速的雙向通信網絡為基礎，結合傳感測量技術和設備技術等現代化技術與手段而建立的現代化電網系統，性能明顯優于其他電網，可以全面覆蓋電力系統的各個環節，還可以實現對電力流和信息流的高度融合[1]。我國國網公司于2008年開始關注世界電網智能化發展問題，并嘗試利用現代化信息和通信等技術建立自動化與信息化智能電網系統。智能電網運行架構如圖1所示。

1.2 智能電網原動力介紹

智能電網的原動力主要體現在以下4點。一是實現事故擾動情況下大電網的安全穩定運行，降低大規模停電的風險和增強災難性事件后的快速恢復能力。二是實現大量分布式電源的無縫接入和充分利用。三是高級市場化與需求側管理。我國配電資產利用率處于較低水平，與我國社會對能源的大量需求產生矛盾，由此應通過建設智能電網的方式來縮小負荷曲線峰谷差，保持用電穩定[2]。四是滿足數字化社會對電網供電的高可靠性、高質量以及高效率的要求。

2 智能電網配電技術及其應用

2.1 微網技術

微網技術以分布式發電技術為基礎，同時結合控制、儲能以及保護裝置，其有并網和自治兩種模式，靠近用戶終端負荷。智能配電網可支持大量分布式能源的分散接入，應用該技術能夠在中低壓層面達到高效靈活地運用分布式發電技術，從而合理解決數量多和形式復雜的分布式電源在運行中產生的問題。另外，它能夠進行能量管理且可以對功率進行局部優化并維持平衡，從而可方便系統人員的調度操作，最重要的是獨立運行狀態下的微網能夠在外部電網無法使用的情況下持續不斷地向關鍵負荷供電，更好地保證了用電安全[3]。

2.2 分布式能源技術

分布式能源技術有分布式儲能和分布式發電兩種[4]。前者涉及超導電池儲能、蓄電池儲能以及飛輪儲能等儲能裝置，后者涉及燃料電池技術、微型燃氣輪機技術以及風力發電技術等。對比傳統發電單元來說，分布式電源體現出諸多不同，詳情如表1所示。

表1 分布式電源與傳統發電單元的區別

由表1可知，對比傳統發電單元來看，分布式電源除了發電方便和更節省成本之外還能夠降低對環境的危害，更好地契合了能源開發利用要求。但由于在中、低壓配電網運行分布式電源不同于以往配電系統的單向潮流，所以要同時匹配合適的保護方案、儀表以及電壓控制讓其形成雙向的潮流控制。高級配電自動化系統可將分布式電源集成至電網并維護其穩定運行[5]。

2.3 配用電互動技術

用戶是智能電網的使用者和參與者，用戶以購買和使用電能等方式協調維持電力系統供需平衡，維系供電的安全穩定。隨著新技術的應用以及電價和用電信息的改變，用戶將與電網深入互動，分布式電源的應用也一定會引發用戶用電行為和模式的重大變化，智能電網可提高用戶響應的積極性，在各種激勵措施的鼓勵下（低峰優惠、分時電價等），用戶的消費方式會大有不同，從而可以協調用電峰谷期，提高電網運行的穩定性，并達到節能減排的效果[6]。

2.4 電動汽車充換電站

在智能電網的應用不斷深入的同時，車輛到電網（Vehicle-to-Grid，V2G）這一課題也受到高度關注[7]。有數據表明，乘用車只有10%的時間是處于行駛狀態，V2G可闡釋電動汽車停駛期間接入電網后二者進行能量和信息的交互的內在聯系。儲能設備車載電池在電網負荷低水平狀態下自動充電，根據續駛里程的要求，將部分能量在負荷高峰期送往電網，基于智能電網體系實現電動汽車的規模化應用，可起到協調電網負荷并可作為調節用電峰谷，或在緊急情況下作為備用電源來使用。

3 智能電網配電設備及其標準

3.1 智能電網配電設備

智能電網配電設備在發電環節多指微型燃氣輪機、風機、地熱發電設備、生物質能發電設備等現代化發電設備以及能夠維持電網穩定運行的數字化保護繼電器和分接頭變化器等智能保護與控制設備，另外還涉及蓄電池和超級電容器等能量儲備與轉換設備。輸配電環節即柔性交流輸電系統和智能電網的智能化建設，其中的設備包括固態轉換開關設備和固態斷路器設備等[8]。此外，變電環節以電子變壓器設備為主，能夠大大提高智能電網設備的建設質量，維護智能電網的穩定運行。

3.2 智能電網的電力設備標準

智能電網電力設備的應用首先應保證安全性，將安全理念落實到設備研發、生產、運輸以及使用的各個環節，歸納分析影響安全的因素，并據此制定有效的安全預案。例如，對于一些安全隱患較大的設備應安排專人進行管理，讓無關人員遠離設備。穩定也是智能電網建設在設備方面的一個重要要求，在實踐期間應按照標準對設備定期進行維護，做好設備的壽命管理工作，選用智能化設備，盡量減少人為干預。此外設備的選擇和使用應堅決遵照環保要求，秉承環保原則[9]。因此，智能電網的建設應當參照《智能電網關鍵設備（系統）研制規劃》（2011年修訂版）中的標準要求來進行設計和執行[10]。

4 結 論

智能電網具備電力和信息的雙向流動性特征，基于此可建立具有高自動化水平和分布廣泛的能量交互網，進而便捷高效地進行信息交互，且在設備層次上還能達到近乎瞬時的供需平衡。對比其他電網來說，智能電網表現出諸多優勢。我國對于智能電網的建設非常重視，所以為推動智能電網的發展步伐，應當持續不斷地研究智能電網中的電力設備與電力技術，從而保證智能電網的穩定運行，使其為社會進步提供更大的支持。