發電廠變壓器與智能配電網協同運行的關鍵技術研究與應用

劉 慶

（山西魯晉王曲發電有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引 言

隨著社會的發展和科技的不斷進步，電力作為現代社會運轉的重要基礎，其供應的安全性、穩定性以及高效性受到人們的廣泛關注。在此背景下，發電廠變壓器與智能配電網的協同運行尤為重要。

1 配電網存在的問題

1.1 配電網缺少實時的監控調度能力

電配網在實時數據采集、處理及分析方面存在不足，無法準確、及時地掌握電網的運行狀態和故障信息[1]。這種實時監控調度能力的缺失，不僅會影響配電網的正常運行，還可能引發一系列的安全問題和經濟損失。例如，無法及時發現和處理電網故障，可能導致停電范圍擴大、恢復時間延長，也可能因調度決策失誤而引發連鎖反應，進一步加劇電網的不穩定性和風險。

1.2 配電網智能化水平不足

許多配電網仍在使用老舊設備，可能不支持先進的通信技術和控制技術。配電網運行過程中會產生大量數據，需要強大的數據處理能力進行分析和挖掘。然而當前的數據處理技術和系統可能無法滿足配電網智能化的需求，導致無法充分發揮數據的價值。

1.3 傳統電網的能源利用效率低下

一些輸電線路和變壓器由于長期運行與外界環境的影響，出現了絕緣性能下降、導電性能不穩定、結構疲勞等一系列老化現象，影響電能的傳輸效率。部分地區的電力供給無法滿足日益增長的用電需求，導致系統過度負荷，電能利用效率大幅下降。此外，在高負荷狀態下，設備工作不穩定，也會增加能耗。

2 關鍵技術應用分析

2.1 實時監控與智能調度技術

在配電網中部署先進的傳感器和測量設備，以實現對電網運行狀態的實時監控。利用大數據分析和人工智能技術，處理并分析監控數據，從而得到精確的電網運行狀態和預測信息[2]。電網運行監控方案如圖1 所示。

圖1 電網運行監控方案

假設電網有功功率P可以通過測量設備實時獲取，則電網的實時負載率計算公式為

式中：P為電網當前的有功功率；Pmax為電網的最大有功功率。通過計算實時負載率，了解電網當前的負載情況。如果負載率接近或超過100%，則需要采取調度措施來平衡負荷。建立智能調度系統，根據實時監控數據和預測信息智能調度并優化電網，提高電網運行效率和能源利用率。

2.2 配電網設備智能化改造技術應用

智能化改造老舊的配電網設備，使其支持先進的通信技術和控制技術。利用物聯網技術，構建配電網設備的信息感知和智能控制體系，實現配電網設備的互聯互通。基于感知的信息，智能控制配電網設備，如通過控制開關狀態來調整電網功率。智能控制通常依賴于優化算法和控制策略。

配電網設備互聯互通是建立在現有的電力規則基礎上，針對電網運行過程中所產生的大量數據進行聚類分析，對數據進行詳細分析與處理，提取其中有價值的信息，為配電網的智能化管理與優化提供決策支持。該策略的重點是利用數據分析來發現電網運行中可能存在的問題，并采取相應的措施來改進和優化，推動電網的可持續發展。采用聚類分析將數據集中的觀測對象劃分為相似的組或簇，常見的聚類算法包括k 均值聚類和層次聚類。其中，k 均值聚類的公式為

式中：xi為第i個觀測對象的特征向量；vk為第k個聚類的中心向量，通常位于數據集范圍的中心附近；||xi-vk||為特征向量與中心向量的正距離。||xi-vk||的最小值是0，表示觀測對象恰好位于聚類中心；最大值則取決于數據集的范圍和分布，理論上可以是任意大的正數，但在實際的電力運行過程中通常會受限于數據集內觀測對象之間的最大可能距離。根據式（2），計算每個觀測對象與各個聚類中心之間的距離，從而進行有效的聚類分析。

2.3 能源互聯網技術應用

將發電廠變壓器與智能配電網協同運行納入能源互聯網的框架，實現多能互補和優化配置。利用先進的儲能技術，平滑發電廠出力和負荷波動，從而提高電網的穩定性和可靠性。通過能源互聯網技術，實現分布式能源的高效利用和可再生能源的大規模接入，推動能源轉型和可持續發展。儲能系統功率變化量的計算公式為

式中：ΔPEES為儲能系統的功率變化量；Pch為儲能系統的充電功率；Pdis為儲能系統的放電功率。在能源互聯網框架下，通過發電廠變壓器與智能配電網協同運行，可以實現多能互補和優化配置，提高能源的利用效率，減少能源浪費。

3 技術應用優化

3.1 構建智能協同運行平臺

通過整合實時監控與智能調度系統建立一個統一的智能協同運行平臺，包含實時監控、數據分析和智能調度功能。通過該平臺，全面監測和智能調度電網運行狀態，提高電網運行效率和能源利用效率[3]。采用高速、可靠的通信技術，確保傳感器和測量設備與智能協同運行平臺之間的數據傳輸實時且準確。同時，支持設備間的互聯互通，實現信息的共享和協同工作。傳感器和測量設備與智能協同運行平臺的互聯互通數據如表1 所示。

表1 傳感器和測量設備與智能協同運行平臺的互聯互通數據

3.2 優化能源利用和調度策略

在智能協同運行平臺的支持下，實現多能互補和優化配置。通過考慮各種能源的特性和需求，制定合理的能源利用和調度策略，提高能源利用效率[4]。利用先進的儲能技術，平滑發電廠出力和負荷波動。

儲能系統的充放電管理可以根據電網實際情況，在高峰時段釋放儲存的能量，平衡電網負荷，從而實現對供電過程的精確控制。當電網負荷波動較大時，儲能系統可以迅速釋放儲存的能量，提供持續的電能；而在負荷較小的時候，儲能系統可以將多余的電能儲存起來，以備不時之需。在電力需求突然增加或減少的情況下，能夠迅速調整輸出功率，為用戶提供高質量的電力服務。在能源轉型的大背景下，儲能技術可以有效整合可再生能源，而儲能系統能夠將電網產生的電能儲存起來，優化電網的功率流分布。

超級電容器能在短時間內儲存大量電能，將電能轉化為氫能，儲存在儲氫罐中，需要時將氫氣與氧氣反應生成電能。在用電環節實施需求側管理，加強與用戶的互動，推動電力系統的安全降碳，提高能源利用效率，降低能量損耗。電力需求側管理需要全方位發揮需求側資源潛力，加強電源、電網、負荷及儲能的協同互動，根據電力系統運行需求調整用電行為，保障電力系統的穩定運行。通過峰谷電價和可中斷負荷等措施，引導用戶合理用電，降低電網負荷峰谷差。通過安裝智能電表和智能設備，實時監測用戶的用電情況和需求變化，制定有序的用電方案，提高電能利用效率。

3.3 提升系統安全性和穩定性

建立完善的網絡安全防護體系，確保智能協同運行平臺的安全穩定運行。采用先進的加密技術和認證機制，保護數據和通信的安全。在關鍵設備和通信鏈路上采用冗余設計，提高系統的可靠性[5]。當某個設備或鏈路出現故障時，系統能夠自動切換到備用設備或鏈路。提升配電網系統的安全性，需要從設備選型、施工質量以及運維管理3 個方面入手。首先，設備選型需要選擇真空斷路器和高壓開關柜，能夠在極端情況下快速切斷故障電流，防止事故擴大。其次，施工質量應符合相關條例和規范，確保電氣連接可靠、接地系統完善及防雷措施到位。最后，運維管理方面應建立完善的巡檢、維護和應急響應機制，及時發現并處理潛在的安全隱患。

提升配電網系統的穩定性，要從電源結構、運行方式以及控制策略3 個方面進行優化。首先，電源結構應采用多路獨立電源供電，如數據中心采用4 路10 kV 電源接入和2 主2 備的運行方式，在一路或多路電源故障時，仍能保證數據中心的正常供電。其次，運行方式應采用靈活的母線運行方式，如2N運行方式，變壓器采用熱備份。最后，控制策略須采用自動控制方法，即中壓電源級控制器型切換方案，實現市電與油機電源的自動切換，防止油機電源反送電，對電網造成沖擊，從而確保電網的穩定運行。定期維護和更新配電網設備，保持設備的良好狀態。對于老舊設備和不能滿足現代電網發展需求的設備，應及時進行智能化改造或更新換代，提高設備的智能化水平與運行效率。

4 結 論

通過應用實時監控與智能調度技術、配電網設備智能化改造技術、能源互聯網技術等，成功解決當前電網運行中存在的問題，提高了電網的運行效率、能源利用效率、系統穩定性。未來，將繼續深入研究并優化這些關鍵技術的應用，推動智能電網的發展和能源轉型。