智能电网监控技术在城市电网的应用

朱敏彦，袁宸胤

（1.国网江苏省电力有限公司 南通供电公司，江苏 南通 226000；2.长沙理工大学，湖南 长沙 410000）

1 智能电网的发展情况

近年来，国内外学者对智能电网作了许多探讨。目前，国内外的许多学者都在致力于智能电网的建设。随着社会和科学技术的不断发展，电力系统将朝着智能、可靠、稳定、安全、高效、方便、环保的方向发展。在智能电网技术领域，国外已经形成了1个大型的研究组织，其主要从事电力生产、运输、销售等方面的工作。许多国外的电力公司都在加速开发智能电网，将技术与企业的实际运作相结合，从而合理、高效地应用于企业的生产和运营。中国是1个刚刚起步的国家，正在积极进行特高压网络的建设和改造。智能电网监控装置中的电能收集技术主要有电流互感器和电压互感器，而目前市场上使用最多的则是电力变压器。由于电磁变压器式的取能方式存在着铁心饱和等问题，容易发生爆炸，严重影响电网的安全可靠运行。而电流互感器主要是利用一次侧对高压母线的电压进行二次侧的输出，但在电压波动幅度为几千安培的情况下，该方法无法稳定工作，尽管电压过高时可以采用稳压技术，但当母线电压值低于几伏特时，其输出功率将会降低，从而对整个系统的运行造成一定的影响。还有一些使用蓄电池供电，但是电池寿命较短，维修时间较长。配网的实时监控是保证配网安全可靠的重要组成部分，一种性能稳定可靠、结构简单、灵活在线的智能电网监控系统将直接影响到智能电网的发展。智能电网的发展如图1所示[1]。

图1 智能电网的发展

2 智能电网技术在电网监控系统中的作用及主要性能

2.1 智能电网技术在电网监控系统中的作用

（1）科学配电。员工们依托于电网监测系统所实现的智能电网技术可以准确了解每个用户的用电量信息，并根据用户的需求制定出合理的方案，从而使整个电网的分配更加合理。

（2）利用实时监控系统及时发现并解决问题。智能电网技术能够更好地监测电力网络，掌握设备运行、线路传输等方面的信息，以便对出现的各种故障保持警觉，便于采取相应的防范措施，提高电网的安全性。

2.2 电网监控系统应用的智能电网技术的主要性能

在实际电网基础上，将信息传输、自动化、电力工程、网络以及通信等技术有机融合在一起的技术称为智能电网。智能电网与实体电网高度一体化，实现了智能电网的运营和控制，智能电网具有一定的柔性[2]。

（1）较高的灵活性。智能电网的智能化程度越高，就越能保证电网在突发事件时保持负荷的稳定，而不会对电力系统的运行造成任何影响。智能电网具有高度的适应性和协同工作的特性。即便是在极端的情况下，智能电网也能保证工作的稳定和安全。同时，智能电网可以进行双向的数据收集，从而提高了数据的传输效率。

（2）较强的自动恢复能力。在没有人工管理的情况下，电网需要达到高度的智能，这样相关的设备才能在突发事件中自行处理，保证后续工作的顺利进行。智能电网可以随时随地进行联网，便于实时监测、自动监测、应急处置等。

（3）良好的兼容性。该电网系统具有很好的运行兼容性，可以广泛应用于多种平台。将智能电网技术引入电网，将有助于开拓新的领域，并使其具有更多的实用功能。

（4）较高的完整系数和稳定性能。电力系统的可靠性取决于它的完整系数和稳定性的规范化。在智能电网中，各个层次的设备都可以被连接在一起，它们之间的联系非常紧密，可以防止一些突发事件发生[3]。

（5）使电能资源得到优化配置。目前，风力、太阳能这样的清洁能源已经成为了各行各业的最爱。大部分的能量都会被转换成更容易储存和运输的电力。为解决能源紧缺问题，我国正在逐步建立智能化电网，电力的发展与传输装置也在不断改进，再加上洁净能源的研究与应用，将会对目前的能源体制进行重大的变革。另外，通过这种方式可以有效地解决我国能源区域分配失衡的问题，降低能耗，提高资源利用效率。

（6）较高的自动化程度。智能电网实现了横向一体化与纵向一体化的高效、可靠联合。目前，在线分析、报警以及一定程度上的决策功能都可以由智能电网来完成。

（7）改善互动能力。通过智能电网，用户可以与电网平台进行人机交互，使电网能够及时了解用户的需求，为用户提供最佳的供电服务。另外，智能电网可以有效了解不同的用电状况，降低或规避用电高峰，改善用户体验。

3 智能电网监控技术在城市电网的应用

（1）电子关键技术。尽管电子技术在智能电网领域的应用才刚刚起步，但它的重要性却毋庸置疑。电能的关键在于用功率电子元件进行控制和变换，可以很容易地进行转换。

（2）通信的关键性技术。控制释放技术和通信技术是保证电力系统安全运行的重要保证。从现在起，通信技术正在发生变化，无论是在处理量还是处理速度上，都得到了极大的提高。

（3）关键技术的控制。核心控制技术是实现电路智能化的核心，同时是对各种突发事件进行快速的检测和应急处置的有效保障。此外，这也是1项能够解决电力管理中问题与困扰的新技术。未来，可能会出现1个以该功能为先决条件的专家系统，以保证其运作必须经过专家系统的确认，使其能够正常、有序的运作。

（4）关键的传感器。在智能电网中，传感器技术被广泛的应用。而且，随着科技的发展，许多新的传感器技术被开发出来，并被广泛使用。作为电力系统的关键技术之一，其应用范围将进一步扩大，能够更好地监测线路的危险状况，防止火灾。

4 构建电网调度智能监控与事故处理辅助决策系统

4.1 设计目标

首先，智能监控与事故处理决策系统必须根据监控系统监测出来的信息，筛选出最可靠、最重要的数据信息。其次，电网调度人员可以通过智能监控系统数据信息，发现电网的薄弱环节，从而对电网整体性作出有效的判断。最后，调度智能化监控，可以为电网的事故处理提供辅助性的分析和决策，有助于电网调度人员更好地处理电力事故[4]。

4.2 结构设计

电网调度智能监控与事故处理辅助决策系统的主要功能是监控电网的运行状态，针对电网事故，提供决策参考，帮助电力调度人员及时处理故障。电力调度人员根据电网运行的数据信息，分析电网存在的问题，并及时调整电网调度运行方式。该系统的关键是实现数据信息的处理分析，筛选出准确、关键的数据信息，为电网调度人员提供有效的参考。

通过电网调度数据集成技术，将电网运行过程中的继电保护、电力监控、电力调度等各个子系统的数据信息集成在一起。通过数据滤波处理，去除电网运行过程中产生的无效、无用数据信息，获得相对准确的数据信息。电网运行过程中，如果出现异常情况，智能事故决策系统可以智能化管理异常故障，并及时恢复故障线路，确保电网的有序运行。

电网调度智能监控与事故处理辅助决策系统通过通信系统连接计算机服务器，并采用传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）与电网自动化监控装置、电力调度系统、电网数据采集装置和数据库连接，实现对整个电网的监控。系统软件主要是负责对硬件的控制，并自动化采集、记录、分析电网电力设备的数据信息。

4.3 电网调度智能监控与事故处理辅助决策平台

电网调度智能监控与事故处理辅助决策平台包括智能监控模块、信息组织模块、集成模块、事故处理辅助决策模块以及数据库模块等多个模块。智能监控模块负责对整个电网调度进行监控；集成模块将智能电网的各个系统集成在一起，满足智能电网调度平台的运行要求；事故处理辅助模块的主要功能是根据收集的异常数据信息进行分析，从而为事故处理决策提供帮助；数据库模块主要负责收集、存储电网智能调度系统的运行数据信息[5]。

4.4 建设科学的智能电网信息化平台

在智能电网的规划和建设中，必须要有1个智能化的网络信息平台，在全国范围内建立1个完善的智能电网信息系统，同时要积极借鉴国外的先进管理经验，在综合协调、科学优化的基础上对智能电网信息平台进行建设。在城市变电站、网点等的建设中，引入智能化的信息平台及相关技术，科学地改造现有的智能电网。建立智能电网信息平台，能够更好地收集各类电力信息，并对其进行综合优化，为城市电网的规划、科学建设创造良好的环境。智能电网信息化平台的建立要求全面整合各大变电站及各类网络，并对具体区域内的电力信息进行动态监控。

4.5 对新建城区进行电网建设规划

经过调查，发现在高峰时段电力供应短缺的城市大部分都是新开发的城区，并且缺少对电网的科学规划与建设。为了有效解决这些问题，我国各地都应加强对市区的管理，建立科学、精确的定位观念。根据城市的基本数据对各功能分区进行规划，对变电站、相应地质等进行科学的评估与分析，并根据当前电网的实际情况，确定各变电站的供电接入点和输电通道。

4.6 优化地理信息系统设备

当前，西方发达国家在城市电网的建设、规划中都引入了地理信息系统（Geographic Information System，GIS），GIS在城市电网规划和改造中的应用必不可少。由于电网的网络节点复杂，线路设备种类繁多，负荷量大，采用常规的人力资源管理方式难以适应电网的规划需要。因此，在进行城市电网规划时，必须要有1个科学的GIS采集系统。例如，SFP-GIS是1种能够采集、查询、存储、分析各类电力数据的通用GIS。为了提高电力系统的规划和运营水平，需要通过建立1个科学的网络实时监测系统，如数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）、电力市场营销系统、管理信息系统（Management Information System，MIS），以达到信息共享的目的。

4.7 实现城市配电网的自动化

将以某城市的电力企业配电网为例，该城市已经完成了针对东西配电网的自动化改造试点工程，并且还通过了国家电网企业验收。但是，随着自动化技术的不断发展和应用，目前辽宁省大连市、上海市等中型城市都已经开始实施自动配电系统的试验。而且根据智能配电网要求可以看出，在城市电网规划和改造时，需要注意以下几点内容：要想确保城市电网运行具有可靠性、安全性，就需要根据当前城市发展现状及其他要求，科学合理编制城市配电网自动化发展规划，并且还需要遵循“因地制宜、分区分层管理”原则[6]。

5 结 论

综上所述，随着我国城市化进程的加快，城市电网的建设必须与智能电网的特点相结合。在智能电网环境下，城市电网规划工作的复杂性、不确定性、非线性、多目标等问题日益凸显。需要加强网络总体规划与设计，提高城市智能化网络的质量。建设科学的电网信息化平台，加强对新建城市的科学规划，并引入GIS技术。