基于智能配电网关键技术的电网规划建设研究

邵 郁，张 令

（国网六安供电公司，安徽 六安 237000）

1 智能配电网

1.1 智能配电网的概念

智能配电网指在传统配电网的基础上，利用各类先进的技术使电网能够自动化、智能化运作，实现稳定、坚强、经济、安全以及环保的电力供应和其他附加服务。智能配电网不是在传统配电网进行改进，而是让电网系统从以人为主的控制，转向以智能为主结合人工控制的改变。

1.2 智能配电网的优势

传统的配电网，更多是将发电厂的电力输送到远端的用户中，这种传输方式不够经济环保，分配也不够合理，导致城市经常会出现一部分区域停电、另一部分区域电力过剩的情况。智能配电网的优势则在于智能化，具体包括以下几点。

1.2.1 电能利用高效

智能配电网优化资源的利用模式，从传统的电力传输转变为用电质量的在线监测和补偿。配电网使用现代电力电子技术实现电压和无功的优化控制，使得电力的传输更加稳定且电压有效值更加符合要求，用户的用电更加高效的同时减少设备的损耗，延长使用寿命[1]。

1.2.2 安全性能优化

智能配电网改善电网的稳定性和安全性，能够实时监测电网的用电负荷，有效地提升负荷供电的运行灵活性，自身具备较强的自愈恢复能力，对于已经发生的故障能够做出快速检测并给出解决措施，将不正常供电产生的影响最小化；配电网能够利用智能化调度的优势，尽可能减少停电用户的数量，并且减少停电时长，从而降低外力破坏或自然灾害带来的影响。

1.2.3 配电智能化

智能配电网能够支持分布式发电、可再生能源及储能装置的大量接入，实现整个电网系统电能的回收和再分配。整个城市在智能化配电技术的帮助下，如调整高压电压和无功补偿等，可以做到电能的精准输送。例如，某一个区域此时需要大量用电，电网便能够及时的予以支援，极大地改善人们的生产生活。

2 智能配电网关键技术介绍

2.1 分布式发电技术

随着科学技术创新，兴起一种创新型基础发电形式即分布式发电。其发电功率一般在千瓦到百兆瓦之间，大部分低于30 MW，对于特定区域的用户来说，功率可以设置在30 ～50 MW。分布式发电的原理是利用不同的发电模块的自由组合满足不同用户的用电需求，分布式发电的优势在于能够有效整合功能各异的发电模块，提高发电效率，提升对电力资源的控制能力，使得多余的电量可以另外进行综合性应用。分布式发电的电力能源多为风能、太阳能和地热能，因此分布式发电是一项新能源技术，发电时无须消耗化学能源，污染较小[2]。

2.2 配电网自愈控制技术

配电网自愈控制技术的实现是继电保护和软件控制等一系列的综合控制，是整个智能配电网的基石，关乎电网是否安全合格。自愈控制技术依托于数控方面的先进理论，结合故障自动判定算法、安全隐患预测算法等，能够评价潜在的安全隐患，并做出精准预测，还能够准确评判故障频发的区域，减少检修的难度和时间。自愈控制技术为电网内的电能运行质量进行评分，让管理部门及时做出相应的针对措施，从而与智能配电网的自动配电功能一起确保电网的稳定运行，并持续优化完善用户服务。首先，自愈控制技术的实现需要依靠终端各类智能化硬件，如各类传感器、监测仪等，这些终端设备需要做出智能化改进，方便配合自愈控制技术的在线监测功能，实现故障预测和诊断的自动适应；其次，当电网系统周遭环境较为复杂时，如磁场波动或是野外环境等，配电网的终端设备和通信协议需要具备普适性，并能够自动调节维护；最后，远程服务器需要提供足够的算力支持，自愈控制技术对网络通信和算法分析的稳定性与可靠性有着更高的要求，只有具备更快的通信和更强的信息处理算力，才能发挥出自愈控制技术的能力。

2.3 智能配电网数据仓库技术

智能算法依赖的便是优质充足的数据、足够复杂的学习模型与强大的计算能力，因此智能配电网的数据仓库技术尤为重要。数据仓库技术需要具备3 个技术原理。一是数据提取，能够从类型繁多和数量庞大的数据中，清洗掉无用的数据，并提取出具有较高价值的数据；二是数据转化，能够将杂乱无章的数据信息转换为适合输入智能算法模型的数据类型，即对数据进行精确加工；三是数据加载，经过加载后的数据才能存储于数据源系统，这些数据会被集成化并作为支撑智能配电网安全稳定运行的底层训练数据，与新数据一起，完成对算法模型的迭代训练[3]。

2.4 高级配电自动化技术

传统配电自动化的主要内容是调配用户侧、变电站和配电网络的电力，调配工作较为简单，并且无法适应复杂的配电工作。高级配电自动化技术是智能配电网具备的关键技术，它能够对区域用电水平进行综合分析，优化完善区域用电分配工作。高级配电自动化技术包括电压无功控制、馈线自动化、配电网安全监控、数据采集以及其他的终端设备工作管理等，为运用高级配电自动化技术，需要事先制定规划建设方案。首先，全方位调研区域内的用电用户；其次，完成配电网络模型的构建，保证数据信息的传输更为详实准确；再次，利用通信网络极强的实用性，实现区域组网，确保用户的终端设备可以直接装置配电终端，使得信息双向传输不会出现差错；最后，将智能电表安置在电网中间位置，起到信息中转站的作用，使得高级配电自动化技术可以充分发挥其智能控制的作用。

2.5 配电网仿真与模拟技术

配电网仿真与模拟技术是用来评估配电网即时状况的技术。一般情况下，智能配电网想要正式使用，需要经过数个阶段的测试。然而，一些突发状况很难用测试流程全部覆盖，这时仿真与模拟技术便能发挥出作用，通过软件平台、预测技术和数学分析工具，评估配电网的即时状况、安全动态和电能负荷，尽可能地提前测试各类风险因素，帮助有关部门提前制定策略[4]。

2.6 故障电流限制技术

故障电流限制技术主要采用电力电子、高温超导等技术限制短路电流，在实际使用过程中需要配合使用故障电流限制器，才能最大限度地降低短路电流的水平。由于短路电流对配电网络、线路及用户设备都会造成很大影响，而智能配电网使用限制技术能将短路电流限制到2 倍额定电流以下，便可以保证配电网系统不会受到短路的危害，从而改变配电网的性能。

2.7 电动汽车充换电技术

随着科技的进步和环保意识的增强，我国开始在电动汽车领域进行布局，并且现在也有较多的车企正在研发并上线电动汽车。电动汽车不但绿色环保，而且具备很好的经济适用性。但是，对于城市配电网来说，电动汽车的充换电带来巨大的电量负荷，智能配电网可以利用电动汽车充换电技术，有效平滑电网负荷，良好满足电动汽车的储能需求，保证电能质量。

2.8 高级测量系统技术

高级测量系统技术是自动抄表技术的衍生，不仅具备自动抄表的功能，还具备双向通信的特点，实现停电报告，测量网络通信，自动完成网络故障的最短时间恢复等功能。最重要的是，高级测量系统技术可以帮助测量点位自动注册高级计量基础设施（Advanced Metering Infrastructure，AMI）系统，与配电网管理系统实现高度融合，优化现有资源配置，大幅提高智能配电网的运行效率[5]。

3 基于智能配电网关键技术的电网规划建设研究

3.1 对城市中心城区的配电网建设规划

3.1.1 改造现有电网

目前，很多城市中心地区供电安全等级不符合N-1-1 安全准则的要求，无法建设智能配电网，所以要改造城市中心区域的部分中压配电网络，使其能够增强配电网的安全性和可靠性。

3.1.2 进行配电自动化建设

现有电网改造完毕后，开始实施配电自动化建设，包括增加电压无功控制、馈线自动化设施、配电网安全监控设备以及其他的终端智能设备，然后进行快速测试。如果发现故障，可以利用馈线自动化系统对其进行快速定位，然后利用自愈控制系统进行网络重构，并更新拓扑信息，所有的网络拓扑结构信息需要及时的自主化上传到远端服务器，等待调度员的及时处理。

3.1.3 更换老旧设备

为防止智能配电网不适配老旧设备，需要更换城市中心区域的设备，首先更换运行年龄大于30 年的设备。这些老旧设备具有较大的配电损耗、电缆绝缘老化等缺点，无法进行自动化升级。其次，更换故障率较高的设备，减少智能配电网对故障的频繁诊断和自愈处理频率。最后，添加新式智能终端设备，并与智能配电网系统同步信息。

另外，对于上级电网来说，也应该更换其电源设备和电源进线，可以采用链式接线方式，形成双侧电源供电，对35 kV 变电站进行优化，保证供电的可靠性，增强负荷转移能力。

3.2 对城市外环区域的配电网建设规划

3.2.1 改造中压配电网络

对于城市外环区域，电力供应的可靠性更为重要，因为不利于检修和维护，所以需要适度的改造中压配电网络。让线路薄弱点与电网的联络变得紧密，提升电网效益，并将新的开关站建设于电力负荷的热点区域，改接线路，使得配电网的供电变得更加优化[6]。

3.2.2 完善配电网自动化系统

在城市中心城区对于自动化配电网络系统的改造基础上，做二次系统的建设完善工作，促使配电网的智能水平进一步提升。城市外环区域的配电半径更大，使得配电线路变得更长，一旦发生故障，就会花费很长时间展开维修工作，停电时间的增加会严重影响居民和企业用电，因此应该基于线路负载率和线路负荷的重要程度改造中压配电网络。例如，长线路可以增加分段联络节点，配电终端设备可以增加监测和遥控的比例，使得配电网可以更快的定位故障，实现对事故的快速处理。

3.2.3 优化分布式发电并网

分布式发电依靠多组灵活的发电模块，可以实现电力多发任务，因此在优化前，需要统计城市外环区域的所有配电网负荷情况，对不同的负荷节点，适当地接入不同比例的分布式能源，然后优化配电网相应的潮流分布，降低重载线路过高的负载率。另外，分布式发电利用的是新能源，因此当主网发生供电中断时，可以利用分布式发电运行电源，减少停电时长。

3.3 加强智能配电网对提升城市配电网规划水平的策略

工作人员展开智能配电网改造工作时，需要注意以下3 点。一是规划设计城市电网主干网，并综合考量分网的规划建设，将主干网的配电半径控制在合理范围，降低线损率，主干网实施集中补偿，配电网实施分散补偿。二是根据城市内部风能、太阳能等新能源的发电情况，选择性的增加分布式发电并网容量，如果有部分城市区域供电负荷达到饱和状态，可以利用分布式发电进行有效应对，尤其是城郊地区，使用分布式发电可以有效提升郊区的电能质量，并且分布式发电还可以实现电能的回收再利用，大大节约城市用电的成本。三是根据交通情况和区域电车数量考虑电动汽车充换电站的建设规划，合理安排充电桩，根据当天充电负荷的情况，实时调整充电电价。

4 结 论

随着科学技术的不断进步和我国居民用电需求的不断提升，智能配电网在设计构想和实践应用方面具备理想的技术基础和需求基础。智能配电网具有电能利用效率高、安全性能全面优化和配电智能化等优势，分布式发电技术、配电网自愈控制技术、智能配电网数据仓库技术、配电网仿真与模拟技术、故障电流限制技术、电动汽车充换电技术以及高级测量系统技术等在电网规划建设方面将具有十分广阔的应用前景，在推动我国城市电网规划建设方面将发挥着不可替代的重要作用。