智能配电网关键技术

谭建波

潍坊供电公司 山东 潍坊 261021

0 引言

为了应对来自环境、能源、经济、气候、社会发展等多方面的挑战，中国在借鉴国外智能电网的建设成果和经验上，结合本国电力发展现状和资源（一次能源和分布式能源）分布情况，提出了建设具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、友好开放、灵活互动特征的统一坚强智能电网的发展规划。

建设智能电网的目标包括：实现电网安全稳定运行；充分利用可分布式能源；提高电能质量以及用户的用电效率、可靠性；提高电网资产利用率。高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）彼此之间通过配合，在技术层面实现上述的目标。发展智能电网的顺序会影响成本和效益，一般情况下AMI是电网智能化的第一步，在对电能质量要求高的地方可以试点ADO［1-3］。

智能配电网作为智能电网的组成部分，在智能电网的建设中起着重要作用。智能配电网以高可靠性、高安全性的通信网络和灵活、可靠、高效的配电网网架结构为基础，可以实现灵活自适应的故障处理和自愈，并且满足分布式电源和储能元件高渗透率接入的要求，同时满足用户提高电能质量的要求。智能配电网技术有机集成和融合现代计算机与通信、高级传感和测控等技术，满足未来配电系统集成、互动、自愈、兼容、优化的要求。其建设的重要性主要体现在：配电网直接面向用户，是控制、保证用户供电质量的关键环节；由配电网故障原因引起的停电占用户停电的95%以上；配电网的损耗占据了电网损耗的一半；分布式电源的接入主要影响配电网的运行与控制；目前配电网的自动化、智能化程度远低于输电网。

本文对智能配电网的内涵和特征进行了解释，并对发展智能配电网中的关键技术进行了介绍和分析。

1 智能配电网内涵与特征

1.1 智能配电网内涵

智能配电网作为智能电网中的重要组成之一，处于电力系统的末端，可以与用户直接相连，智能配电网涵盖了配电自动化的全部内容，且支持分布式电源的接入，目前，在建设智能配电网的过程中，总结智能配电网其内涵主要包括3个方面［4］：①以物理实体电网为基础，包括各种配电基础设施、开关、配电终端、传感器等；②融合了各种现代先进技术，如：传感测量技术、自动化技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术等；③智能配电网支持各种能源形式的分布式电源和电力用户自备电源储能装置、电动汽车的接入和使用，其运行方式更加灵活可调，供电安全性可靠性和电能质量显著提升，提高了能源利用的社会经济效益。

1.2 智能配电网特点

1.2.1 更高的供电可靠性

智能配电网具有自愈功能，并且通过分布式电源微网（Micro Grid），在主电网停电时保障重要用户的供电，最大程度地降低电网故障对用户的影响。

1.2.2 支持大量的分布式电源接入

分布式电源主要包括：风力发电、太阳能发电、生物质发电、燃料电池、小型燃气轮机等，智能配电网可以实现分布式电源的即插即用（plug and in）。

1.2.3 支持用户能源管理（需求侧管理）

通过智能电表，实现与用户侧的双向通信；支持实时电价的实施，有利于改善用户的用电习惯，更好地削峰填谷，提高能源的利用效率，并适应分布式发电的间歇性特点；支持用户自备微型电源的并网；支持电动车的接入，通过在低电价时段充电，高电价时向电网送电，增加灵活性。

1.2.4 更高的电能质量

通过无功补偿的优化控制，实现电压的稳定，保证电压合格率；实现敏感用电设备的不间断连续供电；应用动态电压补偿器（DVR）保证线路故障与重合闸期间的供电；应用固态断路器实现双路供电电源的“0”秒无缝切换。

1.2.5 能够提高电网资产利用率

智能配电网可以实现配电系统快速仿真和模拟，通过合理控制潮流，提高系统容载比，充分利用系统容量；在以上基础上，通过减少设备的投资和折旧，使用户获得更廉价的电力。

1.2.6 能够对配电网及其设备进行可视化管理

实时采集电网及其设备运行数据。通过提供潮流、负荷、电能质量、停电范围、故障位置、设备状态监测等实时信息，解决配电网“盲管”问题。

1.2.7 实现配网设备管理、生产管理的自动化和信息化。

2 高级量测体系（AMI）

高级量测体系 （Advanced metering infrastructure，简称AMI）是一套完整的系统，如图1所示，由智能电能表、通信网络、家庭局域网、计量数据管理系统和AMI接口等组成。它不是单一的技术实现，能够利用双向通信系统和记录有用户详细负荷信息的智能电表，定时并即时获得用户带有时标的多种计量值，如用电量，用电需求，电压，电流等信息，同时向用户端发布命令和信息，与用户建立紧密联系。

AMI使用户由被动的电力消费者变为配电网运行控制的积极参与者，根据电价变化来选择用电时间。用户可以利用其分布式发电与储能装置参与削峰填谷。

AMI是传统AMR技术的新发展，属于用户自动化的内容。同时AMI是智能电网的基础设施，国外许多供电企业把实施AMI作为建设智能电网的第一步。AMI的使用可以提升分布式能源接入的可实施性以及用户参与电网运行和管理的积极性；还可增进公用事业与用户的关系，提高用户满意度，降低服务成本；物联网技术的快速发展，并结合智能电网的AMI，使得智能家居成为可能。

从目前研究情况来看，建设AMI还需解决以下若干问题［5］：

1）元件兼容：不同厂商的数据采集、监视、控制装置等之间的无缝连接；

2）通信：主要指各组件之间的通信、通信方式和通信协议等；

3）网络安全：包括数据的保密性、完整性、可用性和不可否认性等方面。

图1 AMI系统架构

3 高级配电自动化技术

高级配电自动化（ADA，Advanced Distribution Automation）是配电网管理与控制方法上革命性的进步。它实现接有分布式电源的配电系统的全面控制与自动化，使系统的性能得到优化。ADA是智能配电网中的DA，是智能配电网中的重要技术组成部分，也是其建设的关键。

图2 ADA功能组成

ADA是一个非常复杂的高综合性的系统性工程，包含电力企业与配电系统有关的全部功能数据流和控制，旨在建立智能配电网所需要的技术和功能，是建设智能配电网的关键技术，其功能如图2所示。与传统配电自动化相比，ADA具有以下特点［6］：①柔性配电设备之间可以协调控制；②支持分布式能源（DER）接入，并与配电网有机集成；③提供实时仿真分析与辅助决策，有效支持高级应用软件；④实现有源配电网的监控；⑤支持分布智能控制技术；⑥具有良好的开放性与可扩展性；⑦各种自动化系统之间无缝集成，信息高度共享，功能深度融合。ADA，作为一个统一的整体，可以保证用户的供电质量、提高服务水平并且减少运行的费用；开放式通讯体系与柔性电力体系和保护系统有助于ADA监测和控制功能的实现，是ADA在配电自动化系统中两个相互关联的组件，共同支持智能配电网的实现；开放式通信系统和柔性电力体系，以及ADA的功能，就组成了未来的智能配电系统。

速冻蔬菜食品品质和生产加工中的每个环节都有密切关系，所以应当从原料品质、冻前处理、速冻方式至冻后打包与贮运等每个方面都严格控制品质，根据P.P.P与T.T.T概念实行以GMP与SSOP为前提的HACCP体系，确保食品品质的稳定与提升。

高级配电自动化系统包括高级配电运行自动化（DOA）与高级配电管理自动化（DMA）两个部分。高级DOA完成馈线自动化、电压无功控制、配电网安全监控与数据采集以及DER调度等实时应用功能；高级DMA以地理图形为背景信息，实现网络拓扑数据的录人、编辑、查询与统计管理以及配电设备空间与属性数据［7］。

4 分布式电源接入

分布式电源 （DER，Distributed Electric Resource）概念上包括分布式储能装置和分布式发电装置。

分布式发电 （Distributed Generation，DG）是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，经济、高效、可靠地发电［8］。一般认为分布式发电机组的定义在50MW以下。从并网发电角度，DER、DG不做严格区分。分布式发电是提高能源利用效率、发展可再生能源的必然选择。分布式发电技术一般包括以下方面：热电冷联产，包括热电厂，微型燃气轮机等；小水电；风力发电；太阳能发电；生物质发电等。

分布式储能技术一般包括：UPS电源；燃料电池；电力蓄热、蓄冷和电动汽车等。

分布式发电装置并网后会给配电网带来一系列积极的影响［9］。

1）提高供电可靠性。DER可以增加大电网的安全稳定性。含DER的微电网可以在大电网停电时维持全部或部分重要用户的供电，减少大面积停电带来的严重损失。

2）提高电网的防灾害水平。灾害期间，DER可维持部分重要负荷的供电，减少灾害损失。

3）DER启停方便，调峰性能好，有利于平衡负荷。

4）DER投资小、见效快。发展DG可以减少、延缓对大型常规发电厂与输配电系统的投资，降低投资风险。

5）可以满足特殊场合的用电需求。如用于大电网不易达到的偏远地区的供电；在重要集会或庆典上，DER处于热备用状态可作为移动应急发电。

6）减少传输损耗。DER就近向用电设备供电，避免输电网长距离送电的电能传输损耗。

与此同时，分布式电源的接入也对配电网的建设带来的众多的问题，技术问题包括：电压调整问题、保护装置的误动作、对短路电流水平的影响以及对配电网供电质量的影响［10］。管理问题包括：增加配电网运行与调度的复杂性并且给配电网的检修与维护带来了影响。不仅如此，对配电网规划建设与经营也带来了重大的影响［11］。

5 结论

本文对智能配电网（SDG）建设中的若干关键问题进行了介绍和分析。首先介绍了智能配电网的概念和基本特征，简要说明了建设智能配电网对智能电网的重要性；AMI是电网智能化的第一步，介绍了其概念、系统组成以及优点，并指出现在发展中的不足；高级配电自动化是配电网革命性的管理与控制方法，介绍了其概念、功能组成及特征；智能配电网与传统电网的最大的区别就是分布式能源的接入，介绍了分布式能源的概念、优点以及对智能配电网的影响。

智能配电网作为智能电网中的重要组成部分，其发展得到了很多专家和技术人员的重视，只有密切跟踪和深入研究相关技术，结合我国发展实际，一步一个脚印的实践，最终才能取得成功。

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［11］马其燕.智能配电网运行方式优化和自愈控制研究［D］.保定：华北电力大学，2010.