智能电网在电力系统规划中的应用

罗 加

（中山市晟峰电力设计有限公司，广东 中山 528400）

0 引 言

在能源转型的大趋势和日益复杂的国际形势下，我国电力工业发展面对新一轮科技革命和产业转型的新机遇呈现出了新特点和新形式。随着能源电力产业的不断演进和升级，数字化、物联网以及5G等新技术的突破，催生了电力物联网并衍生出了能源物联网等新的发展形式。电力产业应大力发展智能电网建设，借助能源转型机遇，把握能源革命方向，加快实现电网的深化改革。

1 智能电网的定义

智能电网是一个自给自足的逻辑自洽系统，可以兼容发电侧各种技术，在保障用电的同时尽最大可能降低运维成本，还可以精准定位故障点，在各种各样停电事故发生时，通过智能电网安装在各处的故障指示器实时获取事故发生的确切位置，同时通过重启智能开关尝试接触故障，甚至可以通过AI智能实时检查整体电网，借助双向通信技术和故障判断的经验预防故障的发生[1]。这样既可以减少停电的时长和频率，又可以优化设备，延长设备的寿命，进而节省成本，提高工作效率[2]。

2 智能电网的组成

普通意义上的电网构成包括干线主网和支线配网，通过各种等级和电压的变电站实现电压的升降，借助不同等级的电压输送线路组成多个网格，进而形成一个硕大无比的网络。干线主网负责电能超远距离和超大范围的输送，支线配网负责将变电站调整好压力的电能源输送进不同用途和不同用户的小型电网。

智能化的干线主网主要用以协助电网工作人员在变电站发挥作用。变电站可以是新建的融合了智能电网的变电站，也可以是整改的旧有变电站，其智能化形式是针对所有设备的即时监控和评估判断，可以实现常见故障的自我处理、自动巡检、温度预警以及对新情况的紧急预案[3]。如果某个地区电网内所有变电站都实现了智能化监控过程，那么，那么该电网在宏观上可以实现全局性智能。

智能化的支线配网能够同时协助电网工作人员和用户，主要是在近用户端发挥作用。其智能化形式是通过终端将用户与电网联系起来，实现电、水以及气等一体化采集，并将数据上传到计量自动化系统。统计和分析采集的电、水、气以及热数据，在用户授权的情况下收集足够的用户用电信息与电网交互，从而预测其接下来一段时间的用电情况，并与发电侧沟通，使得发电侧进行有计划的发电。在大量用户的参与下，这种方式能够减少发电侧的成本和用户的使用费用，实现双赢[4]。

3 智能电网在电力系统规划中的具体形式

智慧小区是智能电网在配电方面具体落实的表现形式。供电企业获取用户用电、小区故障停电、充电桩充电以及分布式电源发电等相关信息后，结合电网运行状况合理安排故障检修，有序控制电动汽车充电，调节分布式电源发电，发布电价信息和用电激励政策，从而实现电网的经济安全运行。

3.1 智能用电采集和用电交互服务

用电采集是通过在用户家中的主要用电设备插头部分部署智能插座，从而采集用电设备的各类用电信息和参数，实现用电信息的实时采集与监控。实际应用中可结合用电总量、用电时间以及用电比例等内容开展家庭能耗分析，用户根据结果可主动调整自己的用电模式，实现需求响应，用电交互是用户可实时在线查询缴费记录、剩余电费以及接收电力公司的通知，电力公司通过终端可以发布停电信息、供电信息、节能信息、用电分析以及用能建议等内容。

3.2 智能家居

智能家居可以为用户提供多种模式的家电控制模式，实现家电和灯光的远程控制，从而提升用户智能用电的体验。

3.3 分布式电源及充电桩管理

分布式电源的并网接入、使用以及控制能够满足电动汽车的有序充电，实现对智能小区的能效管理。

3.3.1 公交及大巴充电站

参考充电站标准设计的要求，大型充电站进线电源采用10 kV双路供电，10 kV侧采用单母线接线方式，不设分段开关，高压柜采用真空断路器中置式开关柜，设进线计量柜、PT柜、避雷器柜以及出线柜。按此计算，配变容量建议采用630 kVA和800 kVA，并按照电力业扩工程进行配套建设。根据最新业扩工程红线分界点可知，充电桩配套电网资产部分包括电网配套投资建设的10 kV线路、计量点、配电变压器、配电箱以及智能电能表。

3.3.2 公共充电站

公共充电站进线电源采用10 kV单路供电，10 kV侧采用单母线接线方式，高压柜采用真空断路器中置式开关柜。当负荷容量小于400 kVA时，也可使用负荷开关以减少投资，此外设置进线计量柜、PT柜、避雷器柜以及出线柜。按此计算，配变容量建议采用400 kVA和630 kVA，并按照电力业扩工程进行配套建设。根据最新业扩工程红线分界点可知，充电桩配套电网资产部分包括电网配套投资建设的10 kV线路、计量点、配电变压器、配电箱以及智能电能表。

3.3.3 分散式充电桩

此类交流充电桩容量较小，可就近接入公共配电系统内或用户自有产业的配电电路中。采用0.4 kV直接接入空余间隔，可选用分断电流为40 A的开关。分散充电桩较为集中的区域可集中建设多台充电桩，接入同一个配变的低压侧母线内，此类情况的供电系统方案可参考公共充电站的系统结构，按照电力业扩工程进行配套建设。根据最新业扩工程红线分界点可知，充电桩配套电网资产部分包括电网配套投资建设的低压配电线路和智能电能表。

3.3.4 可扩展应用系统建设

可扩展应用系统包括多功能自助缴费系统、小区复合电缆光纤共享管理系统、小区通信平台管理系统、水气表抄收接入系统以及小区物业管理系统，从生产电开始直至传送到用户，智能电网可以帮助电力行业更好地服务千家万户。

4 智能电网中应用的技术

智能电网在电力规划中的应用技术主要包括智能储能技术、智能通信技术、智能输电技术以及智能管理技术4个方面，具体内容如下。

4.1 智能储能技术

智能电网将风能、水能以及太阳能与传统的火力发电和水力发电相融合，形成分布式电网。储能技术可以智能地调节和存储多类型的电能，并依据用户的实际需求进行电能输送。目前，智能电网主要采用能耗监测管理系统进行储能的智能调节，为了保证储能的智能化，电力系统会在分布式配电网的各个网关中设置数据采集网关，避免由于电能输送过大而造成的储能电池损毁，此外智能电网逐渐增加了生物电能和地热电能的比例，进一步提高智能电网的智能。

4.2 智能通信技术

智能通信是智能电网的显著特征之一，可以对分布式电网的各个发电单元、输电线路以及存储单元进行实时数据通信，保证整个电网的稳定运行。目前，智能电网通过电力专用串口服务器、智能通信处理机、IEC61850通信装置、IEC61850嵌入式通信卡以及多规约转换器等装置实现对各个线路的故障检测、潮流监测以及电网保护。智能通信技术与智能管理平台进行实时信息传输，不仅可以及时发现线路中的故障，指导相关人员进行重点维修，而且可以规划整个电能配备和电能管理，实现无人管理和智能管理的目的[5]。

4.3 智能输电技术

智能输电技术可以保证电能输送的稳定，降低电能输送的损耗，合理分配电网的潮流。智能电网的电能输送涉及变电站的智能输出和电网的智能配电两个方面。

4.3.1 变电站的智能输出

与传统变电站不同，智能变电站要依据电网的实际需求和潮流情况进行智能输出，保证电能的功率。目前，智能电网中的变电站主要采用线路保护测控一体化装置、变压器保护装置（双圈变）以及变电站自动化装置实现对电网的智能调节，同时可以采用远动装置（远动机）、单机版电站自动化系统以及升级版变电站自动化系统等进行变电站的电能输送、电能调解以及远程关闭。为了保证智能变电站的输出稳定，可以采用跨平台分布式变电站自动化系统，融合智能电网中的各个管理系统，并实现数据通信的标准化处理。另外，变电站的智能输出可以实现综合性的算法，即优化原有的电监测数据，满足不同电站的智能调节需求。

4.3.2 电网的智能配电

电网配电涉及到诸多因素，如主观因素、客观因素以及其他难以抗拒的因素，所以电网配电的智能化难度较高。目前，电网的智能化配电主要采用电网的电流电压检测装置、线路反馈的关闭装置以及跨平台的电网管理装置，如单相电力测量仪表、三相电力测量仪表、多功能电力测量仪表以及馈线自动化配置FTU等。为了提高配电的准确率，在各个电网的配电接口处设置配电终端单元DTU、配电变压器控制终端TTU以及配电自动化主站系统。为了调解整个配电网的电压、电流以及潮流，可以设置配电自动化系统（配电SCADA）和跨平台分布式配电网自动化系统。整体来说，电网的智能化配件不仅增加了电网的智能管理水平，而且增强了配电网自身的独立性，降低了发电系统故障和储能系统故障对电网的影响。

4.4 智能管理技术

智能化电力管理采用数字信号分析方式弥补了传统模拟信号管理方式的不足，但是智能化电力管理的数据监测设备并未改变，而是将相应的数据进行了标准化处理，用更加清晰的数字信号进行表示，并在数据反馈过程中进行智能化判断，更加准确、直接且高效的传输管理结果。目前，电力系统的智能化管理主要采用智能微机保护开发平台、智能配电终端开发平台、智能通信处理开发中间插件、iRealCom实时通信开发中心插件、iComlite轻量级开发平台中间插件、智能规约转换器开发中心插件、IEC 61850通信库开发中心插件、单机版SCADA系统开发平台以及分布式电网统一一体化开发平台等方式智能化管理整个电力系统，以提高电力系统的智能化管理水平。电力系统智能化平台将电网智能系统、电站智能系统以及储能智能系统进行融合，并将相应的数据进行分析和处理，向各个智能子平台发送命令，如预警标准、数据采集标准以及数据采集时间等，以此实现各个区域电能的智能化管理。

5 智能技术在电力系统中未来的应用趋势

目前，国内的电网呈现的是传统电网与智能电网混合的现状，在一定程度上限制了电网智能化的自动实现。随着电网智能化的不断深入，传统输电模式将会被完全替代，未来智能电网将会呈现以下几方面的趋势。

5.1 电网的实时电能调解

智能化电压、电流以及潮流监测设备的大量应用，使得未来电网将实现电能的智能化调节，包括电站输出电能的调解、电网馈线的关闭、分布式电源的发电功率调节以及输电区域的调控等。电力管理系统依据历史数据（年、月）可以统计各地区的电能需求，了解电能的实际需求情况和输出情况，并对各个区域进行电能的智能调节，同时电力系统可以采用智能电价的形式，依据电能的实际需求情况，通过调节电价调整电能的供给。此外，依据智能化的电能需求统计结果改造电网，调解输电功率并配备设备，从而更好地优化整个电力系统的潮流分配，发挥电能的最佳经济效益和社会效益。

5.2 电站的的无人监管

电网规模的日益扩大使得电网的故障率显著增加，因此需要更多的维护和检修人员，但现有的电网维修人员数量有限，无法满足实际的电网维护需求。智能电网可以实现电站的无人管理，相应减少工作人员，从而更好地进行电网的维护和管理。此外，智能化技术在电力系统中的应用可以更加精准地发现故障点，及早进行维修和维护干预，减少故障点对整个电网的影响程度，保证整个电网的运行稳定。

6 结 论

智能电网已经成为电力行业中不可或缺的重要组成部分，在电力系统规划出现问题时，智能电网的出现提出了新的解决思路，同时伴随着新能源汽车和智能家居的出现，电力行业在我国经济生活中的占比也越来越高，安全平稳的电力供给是电力行业时时刻刻都要面对的问题。因此，在今后的发展中，智能电网要注重与各个领域最尖端科技的结合，使其迸发出更强大的活力。