【解析】智能電網(wǎng)如何進入縣域電網(wǎng)

　引言

　 縣域 電網(wǎng) 作為電網(wǎng)中的最末端，如何在智能電網(wǎng)的大浪潮中發(fā)揮自己的作用是目前縣級供電企業(yè)工作人員都在思考的問題。智能電網(wǎng)是世界各國未來電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢，智能電網(wǎng)的發(fā)展將會顛覆整個電網(wǎng)的現(xiàn)有運行機制，作為最末端的縣域電網(wǎng)如何能在智能電網(wǎng)發(fā)展中找到應有的優(yōu)勢，這是一個值得思考的問題。

　 在我國電網(wǎng)等級中，縣域電網(wǎng)的主網(wǎng)目前以 35kV、110kV 為主，且縣域電網(wǎng)目前主網(wǎng)普遍比較薄弱，智能化程度不高，調(diào)度自動化，變電站自動化程度也有待于進一步提高。以下屬淮陽縣電網(wǎng)為例，圖1所示，淮陽供電區(qū)現(xiàn)有220kV淮陽變電站一座，主變兩臺，容量 120+150MVA；110kV 變電站兩座，黃路口 110kV 變電站一座，主變?nèi)萘?40+31。5MVA；蘆莊 110kV 變電站一座。

　 到目前為止，淮陽供電區(qū)在運35kV變電站12座，主變21臺，容量210。25MVA；在建 35kV 變電站 1 座，主變 1 臺，容量 10MVA，如圖 1 所示。

　1.智能電網(wǎng)設計的新理念、新方法

　 在前述供用電的基本條件上進行智能電網(wǎng)改造，將為淮陽電網(wǎng)構(gòu)建能夠抵御較強自然災害，具備信息化、數(shù)字化、自動化以及互動化等特征的堅強電網(wǎng)[1]，其基本框架如圖 2 所示，在子站層，引入智能化變電站、互動用戶（ 智能電表 ）、自愈型配電網(wǎng)絡、風光互補路燈及電動汽車智能充電站等；在通信層，采用光纖環(huán)網(wǎng)方式，做到信息共享網(wǎng)絡化；在主站層，建設包括智能可視化監(jiān)視及優(yōu)化功能在內(nèi)的智能型調(diào)度控制中心�；搓栔悄茈娋W(wǎng)具有較強的資源優(yōu)化配置能力和有效抵御各類故障的能力，能夠適應各類電源、用戶資源的協(xié)調(diào)互動、高效率共享以及利用各類信息實現(xiàn)電網(wǎng)運行優(yōu)化調(diào)度，顯著提高電網(wǎng)運行效率和用戶服務質(zhì)量。智能電網(wǎng)的改造方案非常符合把淮陽建設成國家旅游標準化示范縣、國家衛(wèi)生城、國家園林城，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟，促進淮陽全縣和諧發(fā)展。

　 具體而言，淮陽智能電網(wǎng)改造方案主要包括 3 個部分，如圖 2 所示。

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　 1.1 電力系統(tǒng)一次部分

　1）對現(xiàn)有輸電線路進行改造，把全縣主網(wǎng)從 35kV 全部升級成 110kV，把現(xiàn)有 13座 35kV 變電站全部升級改造成 110kV 變電站，配電線路直接從 110kV 變電站出線，提高電壓等級，降低線路損耗。在輸電線路設計中實現(xiàn)勘測數(shù)字化、信息標準化和應用網(wǎng)絡化；全面實施狀態(tài)檢修，對在運桿塔、導地線、絕緣子、金具等部件和通道環(huán)境進行安全狀態(tài)與預期剩余壽命評估；進行全壽命周期管理，通過對典型環(huán)境條件下輸電線路設計部件性能退化通過對典型環(huán)境條件下輸電線路設計部件性能退化規(guī)律的研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，建立設施壽命分析模型，提出設施預測維修策略；建設輸電線路安全狀態(tài)智能監(jiān)測中心，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)和遺傳算法等評估與決策技術，實時分析輸電線路舞動、絕緣子泄露電流、地基沉陷、桿塔傾斜、架空線張力與覆冰、氣象環(huán)境等關鍵運行參數(shù)，對線路健康狀況、電氣與力學安全狀態(tài)進行實時智能診斷評估和趨勢預測分析，為輸電線路智能化監(jiān)控與維護決策提供科學有效的技術支撐。

　 2）在35kV變電站升級成110kV變電站過程中，110kV變電站采用智能化電站方案：？使用電子式互感器，將數(shù)字化技術應用到一次設備上，適應系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化的要求；實現(xiàn)二次設備網(wǎng)絡化，每個間隔配置過程層設備合并單元（實現(xiàn)電壓并列切換與故障錄波等功能）及智能終端（實現(xiàn)設備信息及操作數(shù)字化），而間隔層保護及自動化裝置則通過光纖以太網(wǎng)（代替電纜連接）與對應間隔的合并單元與智能終端連接；標準上應用 IEC61850 模型，確保整站數(shù)據(jù)一致性，GOOSE 機制使二次設備控制操作由硬接線方式轉(zhuǎn)向通信方式，增強系統(tǒng)配置靈活性。

　 3）在配網(wǎng)設計中通過靈活重構(gòu)、優(yōu)化潮流分布、接納分布式可再生能源及分散儲能裝置等措施努力實現(xiàn)其自愈功能，顯著提高供電可靠性和電能質(zhì)量[3]。

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　 1.2 電力系統(tǒng)二次部分

　1）在 110kV 變電站、縣調(diào)和智能配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)設計中強調(diào)滿足高速、雙向、實時以及集成等 4 大特征，這將使智能電網(wǎng)成為動態(tài)信息和電力交換互動的大型基礎設施。當這樣的通信系統(tǒng)建成后，可以提高電網(wǎng)供電可靠性和資產(chǎn)利用率，繁榮 電力市場 ，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價值。

　 2）在系統(tǒng)主站設計中采用智能化的調(diào)配一體化，調(diào)度、集控、配網(wǎng)管理功能于一體，統(tǒng)一實現(xiàn)對淮陽輸、配電網(wǎng)及變電站的實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)及其控制功能。

　3 1.3 用電部分

　1）

　智能電表 與用戶管理系統(tǒng)。智能電表是適用于家庭用戶用電信息監(jiān)測、電度計量及控制的智能終端。而用戶管理系統(tǒng)配合智能電表的應用，可實現(xiàn)大用戶遠程自動抄表和負荷現(xiàn)場管理，提高用電監(jiān)測及負荷管理水平，為加強 電力需求 側(cè)管理提供重要技術支持。

　 2）智能化充電站系統(tǒng)。電動汽車智能化充電站系統(tǒng)是 智能電網(wǎng) 重要的組成部分，也是在智能 電網(wǎng) 處于緊急狀態(tài)時，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要支撐點。其建設工作將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

　 3）風光互補路燈系統(tǒng)。節(jié)能、環(huán)保、自動化程度高及可作為清潔可利用再生能源的風光互補路燈系統(tǒng)將成為未來路燈的新選擇。

　 2. 縣域智能電網(wǎng)設計關鍵技術

　2.1 自愈的配電網(wǎng)

　實現(xiàn)新型配網(wǎng)自愈，應遵循 4 個方面。

　 1）需要建設堅強的配電網(wǎng)絡，為其智能化打下堅實基礎，重要負荷冗雜電源配置，全部采用電纜下地敷設方式，并埋設于地下排管中。2）為及時掌握電纜各種運行狀態(tài)，確保電纜安全運行以及科學合理地調(diào)度 電力 負荷輸送，在主干線上同期建設遠程監(jiān)測系統(tǒng)，其功能主要包括：運行狀態(tài)監(jiān)測。實時顯示沿電纜線路上的溫度分布曲線、各點溫度隨時間變化曲線。出現(xiàn)異�，F(xiàn)象及時報警，并反映報警畫面及故障信號所在區(qū)域的分布圖，顯示故障區(qū)域最高溫度或其他相關報警指標。環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測。實時監(jiān)測電纜外部火災、淹沒、人為故障位置信息。靈活負荷調(diào)度。根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測信息，預估電纜負荷能力，過載能力，實現(xiàn)負荷輸送的靈活調(diào)度。建立與調(diào)通中心的通信聯(lián)系，將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時傳輸給調(diào)通中心。

　 3）與遠程監(jiān)測系統(tǒng)配套，智能化調(diào)配一體化系統(tǒng)主站中設計負荷轉(zhuǎn)供與故障處理兩類功能，前者在系統(tǒng)正常狀態(tài)下，根據(jù)各種限制條件，如負荷容量、開關動作次數(shù)等，基于局部拓撲搜索算法，給出較現(xiàn)有方式更優(yōu)的負荷供應方案，目的是提高系統(tǒng)

　供電可靠性，減少可能停電的影響范圍；后者是在實現(xiàn)饋線自動化的區(qū)域，根據(jù)拓撲關系自動識別各種故障，獲得最優(yōu)故障處理方案和最高的安全保證，并進行快速隔離和恢復。值得注意的是，實現(xiàn)饋線自動化要考慮投入產(chǎn)出比，不應該過多強調(diào)所有點的饋線自動化，而是應該根據(jù)線路重要性合理分布一遙、二遙、三遙點，只有重點線路才布置三遙點，而相應的故障恢復策略也需要根據(jù)一遙、二遙、三遙點的分布進行考慮，得出結(jié)合實時信息點分布的故障隔離和恢復方案，如一遙模式進行基于網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的故障處理方案，二遙模式進行基于拓撲結(jié)構(gòu)和量測數(shù)據(jù)的故障處理方案，三遙模式可以進行在故障處理方案基礎上的遙控執(zhí)行。

　 4）接納足夠容量的分布式可再生能源及分散儲能裝置也是配網(wǎng)實現(xiàn)自愈的重要措施之一。雖然淮陽不具備大規(guī)模建設分布式可再生電源的條件，但可選取部分開闊地區(qū)的建筑物作為試點，開發(fā)光伏建筑一體化項目，利用建筑的屋頂或幕墻進行太陽能發(fā)電，并接入電網(wǎng)。此外，在低壓用戶側(cè)，規(guī)劃建設智能化小區(qū)，通過構(gòu)建在智能家居中的即插式混合動力汽車充電站實現(xiàn)分布式儲能。

　 2.2 完善的通訊系統(tǒng)

　全縣所有110kV變電站系統(tǒng)通信采用光纖方式，通信站點為全縣所有110kV變電站、以及 220kV 淮陽變，具體設計包括：光纖通信工程設計，含傳輸路由、系統(tǒng)組成和設備配置等；縣調(diào)通信包括電源系統(tǒng)、調(diào)度交換系統(tǒng)和行政交換系統(tǒng)部分，限于智能配網(wǎng)自動化系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)均需通過通信系統(tǒng)完成終端設備與主站設備之間的雙向通信�？紤]到智能配網(wǎng)終端設備和用電系統(tǒng)電表集中器數(shù)量眾多、分布范圍與數(shù)據(jù)傳輸量大，設計采用在環(huán)網(wǎng)柜、開關站和淮陽縣局配置 SDH 綜合業(yè)務接入及傳輸設備，沿全縣主網(wǎng)線路走徑敷設光纜，形成光纖環(huán)網(wǎng)方式的通信主網(wǎng)架，以保證數(shù)據(jù)傳輸實時性和通信故障的自愈能力。

　 2.3 智能化的調(diào)度自動化系統(tǒng)

　除實現(xiàn)傳統(tǒng)的配電管理信息化功能（含業(yè)務定制、工作流管理、檢修計劃、操作票管理等）之外，智能化的調(diào)配一體化系統(tǒng)主站還可通過采集各終端數(shù)據(jù)，結(jié)合配網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，監(jiān)視電網(wǎng)運行，實現(xiàn)自動化控制、管理和配網(wǎng)自愈、用戶互動、高效運行、分布式電源靈活接入等智能化功能。

　 1）智能監(jiān)視及優(yōu)化。智能化監(jiān)視與告警，能根據(jù)上傳信息發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)運行薄弱點及其發(fā)展趨勢，并以專家知識庫為依據(jù)對電網(wǎng)越限等告警信息實現(xiàn)在線判別過濾，按照類型和輕重緩急分頁面顯示，并提供處理方案。智能可視化顯示。配網(wǎng)可視化技術可以提高配調(diào)人員警覺性，快速、準確掌握電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，提高電網(wǎng)調(diào)度運行水平，同時減少調(diào)度員腦力勞動，為調(diào)度員運行值班提供更高效的監(jiān)視方式[4]。視頻監(jiān)視，在變電站、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜等區(qū)域安裝攝像頭，實現(xiàn)對一次設備現(xiàn)場的視頻監(jiān)視，即時發(fā)現(xiàn)問題，并防火防盜等。

　2）智能自愈。除前面論述的故障處理功能外，對于沒有安裝配電終端的地區(qū)，可以根據(jù)用戶打來的電話進行故障定位、隔離和恢復，這應作為饋線自動化功能的重要補充。詳細的用戶信息支持可以提高供電可靠性和減少停電時間，同時可與 95598 結(jié)合，更好地服務用電客戶。

　 3）用戶智能化管理。該功能的目標是實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、可靠和人性化的用戶響應及其互動系統(tǒng)。用電信息采集。實現(xiàn)電力企業(yè)與用戶之間的雙向信息互動功能，提高電能計量、自動抄表、預付費等業(yè)務的自動化程度，為電力用戶提供用電信息查詢和電費交納服務，為開展其他增值服務奠定基礎，也為促進智能家居、智能樓宇和智能小區(qū)的全面發(fā)展創(chuàng)造條件。負荷控制。改善電網(wǎng)負荷曲線形狀，使負荷均衡地使用，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、安全性和投資效益。防竊電分析。采用電能和電流平衡法 2種技術手段實現(xiàn)防竊電。智能電表采集分析。具有智能電表的采集、統(tǒng)計、分析、控制等功能，能以 WEB 的方式顯示每個電表的電量曲線，統(tǒng)計分時電量、分時計費、設備用電特性等，并可以基于因特網(wǎng)遠程查看。WEB 信息網(wǎng)建設�？蛻艨梢栽� WEB 上實現(xiàn)用電信息查詢、用電業(yè)務辦理、用戶信息錄入等功能，實現(xiàn)電子營業(yè)廳。

　2.4 新型供用電設施的利用

　1）風光互補路燈。風光互補路燈系統(tǒng)具備風能和太陽能產(chǎn)品的雙重優(yōu)點。它是一套獨立供電系統(tǒng)，在風、光任一或同時具備時都可以發(fā)電并儲存在蓄電池，由蓄電池向負載提供 電力 。路燈開關無須人工操作，由智能時控器自動感應天空亮度進行控制。

　 2）電動汽車智能充電站。

　智能電網(wǎng) 技術的發(fā)展，使得電動汽車、智能充電站并不僅僅是一個用電單元，其基本特征是一個智能化的能量交換管理中心，或者可以認為是一個能量 ATM機，按照管理規(guī)約，可以作為一個種子 BT 單元，進行動態(tài)的能量下載或上傳。在緊急的情況下，它可以作為智能 電網(wǎng) 一個堅強的支撐節(jié)點，有效地保障智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。首期擬在淮陽建設一個固定式的電動汽車智能化充電站，進線電源采用低壓380V三相四線制，充電站的額定功率為30kW，預計投資費用約100萬元。隨著智能充電站的建設，可根據(jù)當?shù)爻鞘须妱悠�車發(fā)展的情況選擇并驗證適當?shù)某潆娬具\營模式，推動當?shù)仉妱悠�車及智能充電站的商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化過程。隨著電動汽車對于充電站的技術要求逐步向充電快速化、通用性、智能化、電能轉(zhuǎn)換高效化以及集成化等方向發(fā)展，智能充電站的技術水平也會隨之不斷提升，從而為智能電網(wǎng)的建設奠定基礎。3）在未來電網(wǎng)中大力推廣家庭風、光智能發(fā)電系統(tǒng)和生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)，白天有風、太陽比較好的情況下可以發(fā)電，不僅能滿足自用，在負荷高峰是還可以對電網(wǎng)進行供電，在晚上或者無風的時間，從電網(wǎng)上取電滿足生活用電。而同時生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)（如沼氣發(fā)電、秸稈發(fā)電）這些小型發(fā)電不僅解決了家庭生活用電需求，更是滿足了低碳、環(huán)保的要求。

　 3. 縣域智能電網(wǎng)未來展望

　現(xiàn)有的縣域智能電網(wǎng)設計在發(fā)、輸、配、用各個環(huán)節(jié)中的眾多元素上體現(xiàn)了智能化的特點，除了在實踐中需進一步完善外，還可根據(jù)計算機軟硬件系統(tǒng)及 電力市場 模式的發(fā)展狀況，適時開展建設應急系統(tǒng)與培育需求側(cè)電力交易的工作。

　 3.1 應急系統(tǒng)

　地震、洪水、颶風等自然災害的發(fā)生具有不可預知性，因此，在智能電網(wǎng)改造中應加入應急系統(tǒng)。堅強的一次系統(tǒng)是電力可靠性最基本的物質(zhì)基礎[5]，同時也提出了在極端外部環(huán)境引發(fā)的巨型停電災難下，需要為調(diào)度員引入氣象、地質(zhì)等非電氣信息，電力系統(tǒng)應急系統(tǒng)應運而生。應急指揮中心應用系統(tǒng)是在充分整合現(xiàn)有信息資源基礎上形成的包括電網(wǎng)信息、GPS、GIS、雷電定位信息、變電站視頻信息、生產(chǎn)信息、應急預案、應急組織機構(gòu)管理、彩信（短信）發(fā)布、消息發(fā)布、氣象信息、物資信息、歷史演習或應急處理案例在內(nèi)的綜合應急信息管理平臺，是一個通過軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡通道形成統(tǒng)一的信息傳遞、共享、分析和決策的信息平臺，它通過對于來源于電網(wǎng)的故障信息、來源于氣象和地震等單位的自然災害預警信息、來源于政府的相關公共災難信息的整合集中形成應急系統(tǒng)的啟動源泉，并給出相應的提示；由應急過程指揮系統(tǒng)構(gòu)成整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，結(jié)合整個電網(wǎng)資源支持信息系統(tǒng)以及整個應急過程的對方信息發(fā)布系統(tǒng)構(gòu)成整個應急指揮的過程管理系統(tǒng)；系統(tǒng)相關的專家保障資源人員保障資源、物資保障資源和預案保障資源通過相應的應急保障體系的維護端進行數(shù)據(jù)的維護和更新；整個應急過程完結(jié)后的應急系統(tǒng)的善后處理工作由善后恢復體系完成，其包括應急工作的總結(jié)、歷史應急情況的查詢、物資消耗的補充及人員工作量的統(tǒng)計等。

　 3.2 需求側(cè)電力交易

　用戶能夠根據(jù)電力市場中負荷高峰時段的高實時電價信號和自身 電力需求 ，通過雙向式終端智能儀表及其通訊設備，主動消減負荷，或轉(zhuǎn)移它至分散電源，從而降低電網(wǎng)的負荷峰值，這一過程被稱為需求響應（DemandRespond，DR）。DR 可以降低電力市場中的實時電價水平，給用戶帶來經(jīng)濟實惠，另一方面，由于設備容量通常是按最大負荷水平設計，因此實施DR可減少電力系統(tǒng)建設成本。DR是智能電網(wǎng)的標志性特征之一，但通常需要在電力市場零售競爭模式下才能開展。

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