关于智能电网配电技术及其设备的研究

郭永坤，郭 波，赵太强

（临沂矿业集团有限责任公司，山东 临沂 276017）

0 引 言

智能电网因能更好地实现能源的高效安全利用，已成为世界电网发展的新方向。搭建智能电网系统，助力可持续发展也是当下国际电力工业的共同追求。智能电网具有更安全、更兼容以及更经济等优势。作为一种重要的科技创新，发展智能电网对现代电网的建设与改造都极具现实意义。但在实践中，由于各国发展程度、电网发展水平、资源条件以及原动力不同，因此在智能电网发展方面的目标和重心也有所区别。

1 智能电网概念及其建设原动力介绍

1.1 智能电网的概念介绍

智能电网的概念是欧洲委员会在2005年提出的。其是以应用集成、高速的双向通信网络为基础，结合传感测量技术和设备技术等现代化技术与手段而建立的现代化电网系统，性能明显优于其他电网，可以全面覆盖电力系统的各个环节，还可以实现对电力流和信息流的高度融合[1]。我国国网公司于2008年开始关注世界电网智能化发展问题，并尝试利用现代化信息和通信等技术建立自动化与信息化智能电网系统。智能电网运行架构如图1所示。

1.2 智能电网原动力介绍

智能电网的原动力主要体现在以下4点。一是实现事故扰动情况下大电网的安全稳定运行，降低大规模停电的风险和增强灾难性事件后的快速恢复能力。二是实现大量分布式电源的无缝接入和充分利用。三是高级市场化与需求侧管理。我国配电资产利用率处于较低水平，与我国社会对能源的大量需求产生矛盾，由此应通过建设智能电网的方式来缩小负荷曲线峰谷差，保持用电稳定[2]。四是满足数字化社会对电网供电的高可靠性、高质量以及高效率的要求。

2 智能电网配电技术及其应用

2.1 微网技术

微网技术以分布式发电技术为基础，同时结合控制、储能以及保护装置，其有并网和自治两种模式，靠近用户终端负荷。智能配电网可支持大量分布式能源的分散接入，应用该技术能够在中低压层面达到高效灵活地运用分布式发电技术，从而合理解决数量多和形式复杂的分布式电源在运行中产生的问题。另外，它能够进行能量管理且可以对功率进行局部优化并维持平衡，从而可方便系统人员的调度操作，最重要的是独立运行状态下的微网能够在外部电网无法使用的情况下持续不断地向关键负荷供电，更好地保证了用电安全[3]。

2.2 分布式能源技术

分布式能源技术有分布式储能和分布式发电两种[4]。前者涉及超导电池储能、蓄电池储能以及飞轮储能等储能装置，后者涉及燃料电池技术、微型燃气轮机技术以及风力发电技术等。对比传统发电单元来说，分布式电源体现出诸多不同，详情如表1所示。

表1 分布式电源与传统发电单元的区别

由表1可知，对比传统发电单元来看，分布式电源除了发电方便和更节省成本之外还能够降低对环境的危害，更好地契合了能源开发利用要求。但由于在中、低压配电网运行分布式电源不同于以往配电系统的单向潮流，所以要同时匹配合适的保护方案、仪表以及电压控制让其形成双向的潮流控制。高级配电自动化系统可将分布式电源集成至电网并维护其稳定运行[5]。

2.3 配用电互动技术

用户是智能电网的使用者和参与者，用户以购买和使用电能等方式协调维持电力系统供需平衡，维系供电的安全稳定。随着新技术的应用以及电价和用电信息的改变，用户将与电网深入互动，分布式电源的应用也一定会引发用户用电行为和模式的重大变化，智能电网可提高用户响应的积极性，在各种激励措施的鼓励下（低峰优惠、分时电价等），用户的消费方式会大有不同，从而可以协调用电峰谷期，提高电网运行的稳定性，并达到节能减排的效果[6]。

2.4 电动汽车充换电站

在智能电网的应用不断深入的同时，车辆到电网（Vehicle-to-Grid，V2G）这一课题也受到高度关注[7]。有数据表明，乘用车只有10%的时间是处于行驶状态，V2G可阐释电动汽车停驶期间接入电网后二者进行能量和信息的交互的内在联系。储能设备车载电池在电网负荷低水平状态下自动充电，根据续驶里程的要求，将部分能量在负荷高峰期送往电网，基于智能电网体系实现电动汽车的规模化应用，可起到协调电网负荷并可作为调节用电峰谷，或在紧急情况下作为备用电源来使用。

3 智能电网配电设备及其标准

3.1 智能电网配电设备

智能电网配电设备在发电环节多指微型燃气轮机、风机、地热发电设备、生物质能发电设备等现代化发电设备以及能够维持电网稳定运行的数字化保护继电器和分接头变化器等智能保护与控制设备，另外还涉及蓄电池和超级电容器等能量储备与转换设备。输配电环节即柔性交流输电系统和智能电网的智能化建设，其中的设备包括固态转换开关设备和固态断路器设备等[8]。此外，变电环节以电子变压器设备为主，能够大大提高智能电网设备的建设质量，维护智能电网的稳定运行。

3.2 智能电网的电力设备标准

智能电网电力设备的应用首先应保证安全性，将安全理念落实到设备研发、生产、运输以及使用的各个环节，归纳分析影响安全的因素，并据此制定有效的安全预案。例如，对于一些安全隐患较大的设备应安排专人进行管理，让无关人员远离设备。稳定也是智能电网建设在设备方面的一个重要要求，在实践期间应按照标准对设备定期进行维护，做好设备的寿命管理工作，选用智能化设备，尽量减少人为干预。此外设备的选择和使用应坚决遵照环保要求，秉承环保原则[9]。因此，智能电网的建设应当参照《智能电网关键设备（系统）研制规划》（2011年修订版）中的标准要求来进行设计和执行[10]。

4 结 论

智能电网具备电力和信息的双向流动性特征，基于此可建立具有高自动化水平和分布广泛的能量交互网，进而便捷高效地进行信息交互，且在设备层次上还能达到近乎瞬时的供需平衡。对比其他电网来说，智能电网表现出诸多优势。我国对于智能电网的建设非常重视，所以为推动智能电网的发展步伐，应当持续不断地研究智能电网中的电力设备与电力技术，从而保证智能电网的稳定运行，使其为社会进步提供更大的支持。