農村電網智能化建設的關鍵技術分析

唐天奇

（泰州三新供電服務有限公司，江蘇 泰州 225300）

傳統的農村電網通常采用配電變壓器供電，以配電變壓器為中心，采取“一控多”的方式實現配電網的控制和管理，采用單一的配電變壓器供電方式。在農村電網中，配電變壓器不能滿足用戶對電壓質量、供電可靠性以及電能質量等方面的要求，用戶對電力供應質量的要求越來越高；同時，隨著農村經濟發展和居民生活水平的提高，用電負荷的不斷增加，配電變壓器和配電線路呈現出超負荷運行狀態。隨著農村經濟和農民生活水平的不斷提高，農村配電網對電能質量要求越來越高，對供電可靠性要求越來越高，特別是在農村農網中采取了大量的節能降耗措施后，對配電網的供電可靠性要求更加嚴格。這就導致農村配電變壓器難以滿足負荷發展和節能降耗等要求；同時由于配電變壓器容量不足、臺數較多等原因，使得配電網需要建設大量的分支線路以保證供電可靠性。在農村配電網中采用單一配電變壓器供電方式會導致供電可靠性較低、電能質量較差以及節能降耗等問題；同時由于農村配電網規模小、線路長、投資大等原因，使得其難以采用智能變電站技術實現對電能質量和供電可靠性進行控制；同時由于農村配電網中的分支線路較多，存在著電壓不平衡和線損大等問題。傳統農村電網主要采用配電變壓器供電方式，存在著配電變壓器容量不足、臺數較多、線路長等問題；而隨著農村經濟和農民生活水平的提高以及電力負荷的增長，農村電網迫切需要采用智能變電站技術進行改造升級。

1 關鍵技術

1.1 數據采集與處理

農村電網智能化建設首先是要實現數據的采集與處理，在具體實現過程中需要解決以下幾個問題。

1.1.1 數據采集網絡的部署

智能電網的數據采集主要有兩種方式：一是變電站內的集中式數據采集；二是戶外分布式采集，后者又可分為配電自動化和配網自動化。從智能電網的要求來看，配電自動化與配網自動化應當具備完整的數據采集功能，并對各類數據進行有效處理。

1.1.2 智能電表的配置

智能電表作為智能電網最基本的設備之一，在農村電網智能化建設過程中需要對其進行合理配置。目前市場上銷售的智能電表主要有兩種：一種是通用型智能電表，另一種是專用型智能電表。通用型智能電表價格相對便宜、配置簡單，但是由于其沒有電量計量功能，所以只能用于簡單的負荷管理；專用型智能電表具有電量計量功能，但是其價格相對較高，適用于負荷管理及高級電能質量控制等應用場景。

1.1.3 采集數據的標準化與規范化

目前，農村電網中廣泛使用多種采集裝置和通信手段實現數據采集與傳輸。由于各廠家在數據標準和通信規約方面存在差異，不同廠家的設備需要采用不同標準進行數據傳輸和采集，從而導致了農村電網智能化建設中存在著大量的數據轉換問題。因此，需要從規范技術標準、建立統一規范等方面入手解決上述問題。

1.1.4 多源異構數據融合技術

隨著計算機技術的快速發展，產生了大量異構、多源的數據，因此對這些數據進行處理與分析就成為當前智能電網建設面臨的一大難題。

1.2 分布式電源接入

分布式電源是一種以可再生能源為動力的小型發電站，主要包括風力發電、光伏發電等。在智能電網建設中，分布式電源可以作為重要的分布式電源接入到智能電網中。分布式電源接入智能電網的優點在于可以降低對大電網的依賴程度，有利于解決目前我國農村地區面臨的能源短缺問題。同時，分布式電源能夠提高配網供電可靠性和電能質量，在一定程度上能夠緩解農村地區的用電緊張問題。根據《國家電網公司“十三五”電網智能化建設規劃》，到2020 年，我國農村電網將全面建成以智能變電站、智能配電網絡、智能用電終端、智能配網為核心的“三型兩網”，初步實現農村電網智能化。在農村電網智能化建設過程中，分布式電源接入是一項重要的內容。農村地區具有豐富的風力、太陽能等可再生能源資源，可以為分布式電源提供大量的動力來源[1]。

分布式電源接入農村電網智能化建設中，分布式電源的接入是一項關鍵技術，主要體現在以下幾個方面：

1.電壓控制：通過實時監測分布式電源的電壓變化，及時調整分布式電源輸出功率，并以一定的策略實現對分布式電源輸出功率的控制，保證電力系統的安全運行。當分布式電源出現故障時，可以按照一定的策略及時切斷故障點，保證電力系統安全穩定運行。

2.諧波抑制：通過對分布式電源輸出功率進行測量、監測和分析，實現對系統中諧波的檢測和抑制。在智能電網建設過程中，通常采取以下措施來實現對分布式電源接入技術的研究：根據不同地區的實際情況，研究適合當地電網發展需要、性能良好、投資成本低且可靠性高的分布式發電技術；在農村電網建設中推廣應用各類新能源發電技術[2]。

1.3 配電網實時監控

配電網實時監控系統是利用現代計算機、通信網絡、數據庫等先進技術，對配電網的運行狀態進行監視、控制和管理的系統。配電網實時監控系統具有以下功能：

1.實時監測與控制：通過對配電自動化終端（饋線終端單元饋線自動化裝置、智能開關、電壓電流互感器等）采集的配電網運行參數，進行實時分析，為系統提供配電網運行狀態信息。

2.設備狀態監測與控制：通過對配電自動化終端采集的配電網運行參數，進行實時分析，判斷設備是否正常運行，及時發現和處理設備異常情況。

3.潮流計算和優化：通過對配電自動化終端采集的配電網運行參數進行分析，計算出配電網潮流，根據負荷變化情況對配電網潮流進行優化。

4.故障診斷與定位：通過對采集到的配電網運行數據進行分析，對故障類型、故障點進行定位。

5.告警管理：通過對系統采集的配電網運行參數進行分析，判斷是否有告警信息，并及時處理告警信息。

6.歷史數據查詢：通過對系統采集到的配電網運行數據進行分析，查詢配電網歷史數據。

7.系統功能擴展：通過擴展智能開關、智能配變終端、配電自動化系統等功能模塊，實現配電網自動化控制及管理功能。

8.遠程控制：通過擴展遠程控制功能模塊（SCADA/EMS）以及遠程控制通信接口（RTU/TDC），實現配電自動化系統的遠程控制[3]。

2 技術方案

2.1 農村配電網自動化

農村配電網自動化是指在配電網運行管理中，采用先進的通信技術、計算機網絡技術、數據庫技術和信息處理技術，實現對配電網的自動化監控、運行管理和故障處理等功能，以提高配電網可靠性，實現供電企業的科學管理和決策，降低電能損耗。隨著農村經濟的快速發展以及農村居民生活水平的不斷提高，農村對電能質量和可靠性有了更高的要求，農村配電網自動化在我國具有廣闊的應用前景。據統計，我國農村用電需求增長速度較快，但農村配電設備相對落后，尤其是在供電可靠性方面仍然存在較大的差距。因此，大力發展農村配電網自動化對提高供電可靠性具有十分重要的意義[4]。

農村配電網自動化是指在農村配電網中應用先進的信息技術和通信技術，實現配電自動化系統中信息的采集、傳輸、處理及控制，從而有效地提高配電系統的可靠性和供電質量，滿足農村用電需求。配電網自動化系統由數據采集系統（SCADA）、故障監測與處理系統（FMS）、饋線自動化系統（FA）、配變監測與控制系統（DCMS）和通信系統五大部分組成。農村配電網自動化主站主要包括配網數據采集終端、主站監控中心和分界開關三部分。配電數據采集終端主要完成線路和用戶端的監測功能，將采集到的配電網運行狀態和用戶用電信息上傳到主站監控中心，并提供準確的電能質量參數[5]。

饋線自動化主要完成配電網運行狀態的監測功能，根據對運行數據的分析來實現故障定位，并在故障發生時，自動生成故障處理方案。分界開關是配電網絡中進行分支線開關操作的開關，其主要功能是根據用戶對電能質量的要求和線路狀況選擇最優路徑以保證供電質量。配變監測與控制系統主要完成配變狀態監控和智能管理，監控配電變壓器的運行狀態，同時能夠對故障進行判斷并自動隔離故障區域。通信系統主要完成數據傳輸、通信管理、信息交換以及與電力調度中心、調度自動化系統等業務管理信息系統的接口。在農村配電網中應用配電自動化技術，可以提高農村配電網運行管理水平、供電可靠性和供電質量，對于改善農村電網結構和提高農村電氣化水平具有重要作用。

2.2 分布式電源接入系統

目前，農村配電網存在著大量的分布式電源接入問題，由于缺乏相應的技術標準，許多分布式電源不能接入配電網，有些即使有接入條件，也不能按照傳統配電網的運行方式運行，引起了供電可靠性、電能質量、電壓波動等問題。同時，由于分布式電源容量小、分布廣，對其控制、保護以及對配電網的影響等問題也需要加以研究。目前，分布式電源主要有光伏發電系統、風力發電系統以及小型生物質發電系統等。目前我國農村配電網分布式電源接入系統主要有以下幾種方式：對配電網進行改造，將原來的配電網絡改為“多電源供電”或“多電源-變壓器供電”的結構，以提高其供電可靠性和電能質量。這種方式適用于經濟發展較快、用電負荷較大、電能質量要求較高的地區。采用架空線路、電纜線路、有載調壓變壓器或微型發電機組等靈活多樣的形式將分布式電源接入配電網。這種方式適用于農村配電網供電可靠性要求不高、經濟發展速度較快的地區。將分布式電源集中接入10kV配電室，以減少配電網線路長度和設備投資，提高供電可靠性和電能質量。利用10kV 低壓配電網直接接入分布式電源或儲能系統。

2.3 分布式光伏發電系統

農村電網智能化建設中，分布式光伏發電系統是一項重要的技術。分布式光伏發電系統主要由光伏陣列、逆變器、儲能系統和監控保護系統等組成，光伏陣列通過太陽能電池將光能轉化為電能，逆變器將直流電轉換成交流電，儲能系統可保證發電與用電之間的能量交換，監控保護系統對設備運行狀態進行實時監測，對可能出現的故障進行及時報警。從分布式光伏發電系統的結構來看，主要由光伏陣列、逆變器、儲能系統、監控保護系統組成。分布式光伏發電系統中，光伏陣列主要由太陽能電池板組成，是整個發電系統中最關鍵的設備。逆變器是將輸入的直流電轉換成交流電的裝置，逆變器通過檢測環境溫度、光照強度和負載等信息來控制逆變器的輸出頻率和電壓。儲能裝置主要用于實現直流電與交流電之間的轉換，是整個系統中最重要的環節。儲能裝置通常有蓄電池、鋰離子電池、超級電容器等類型。

目前我國已建成投產并網光伏發電裝機容量超過70GW，并網容量占全國總裝機容量的比例已超過40%。我國光伏發電在能源結構中的比例已達到世界平均水平，預計到2020 年我國光伏發電裝機規模將達60GW。監控保護系統主要用于監視整個發電過程中各設備的運行狀態和各種參數指標，監控保護系統主要包括：有功功率控制、無功功率控制、電壓電流故障監測、過壓過流保護等。隨著我國對新能源產業的大力扶持，光伏發電技術已經得到了快速發展。

3 結語

農村電網智能化建設是一個循序漸進的過程，農村電網智能化建設還需考慮到其所處的地域特征，綜合考慮農村地區的用電特點和發展現狀，并根據國家和地方相關政策法規，逐步推進農村電網智能化建設。現階段，農村電網智能化建設主要針對智能用電終端、配電自動化、配網運行監測、配電管理、通信網絡等領域進行應用研究。在智能用電終端方面，應逐步實現對電能質量的監測與分析功能，提高電能質量水平；在配電自動化方面，應實現對配電線路實時監控與故障診斷；在配網運行監測方面，應實現配網線路的實時監測和故障診斷；在通信網絡方面，應實現智能配網和智能調度系統之間的信息交換和共享。