唐天奇

（泰州三新供電服務(wù)有限公司，江蘇 泰州 225300）

傳統(tǒng)的農(nóng)村電網(wǎng)通常采用配電變壓器供電，以配電變壓器為中心，采取“一控多”的方式實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的控制和管理，采用單一的配電變壓器供電方式。在農(nóng)村電網(wǎng)中，配電變壓器不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電壓質(zhì)量、供電可靠性以及電能質(zhì)量等方面的要求，用戶(hù)對(duì)電力供應(yīng)質(zhì)量的要求越來(lái)越高；同時(shí)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平的提高，用電負(fù)荷的不斷增加，配電變壓器和配電線路呈現(xiàn)出超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民生活水平的不斷提高，農(nóng)村配電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，特別是在農(nóng)村農(nóng)網(wǎng)中采取了大量的節(jié)能降耗措施后，對(duì)配電網(wǎng)的供電可靠性要求更加嚴(yán)格。這就導(dǎo)致農(nóng)村配電變壓器難以滿(mǎn)足負(fù)荷發(fā)展和節(jié)能降耗等要求；同時(shí)由于配電變壓器容量不足、臺(tái)數(shù)較多等原因，使得配電網(wǎng)需要建設(shè)大量的分支線路以保證供電可靠性。在農(nóng)村配電網(wǎng)中采用單一配電變壓器供電方式會(huì)導(dǎo)致供電可靠性較低、電能質(zhì)量較差以及節(jié)能降耗等問(wèn)題；同時(shí)由于農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)模小、線路長(zhǎng)、投資大等原因，使得其難以采用智能變電站技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性進(jìn)行控制；同時(shí)由于農(nóng)村配電網(wǎng)中的分支線路較多，存在著電壓不平衡和線損大等問(wèn)題。傳統(tǒng)農(nóng)村電網(wǎng)主要采用配電變壓器供電方式，存在著配電變壓器容量不足、臺(tái)數(shù)較多、線路長(zhǎng)等問(wèn)題；而隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民生活水平的提高以及電力負(fù)荷的增長(zhǎng)，農(nóng)村電網(wǎng)迫切需要采用智能變電站技術(shù)進(jìn)行改造升級(jí)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)采集與處理

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)首先是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的部署

智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集主要有兩種方式：一是變電站內(nèi)的集中式數(shù)據(jù)采集；二是戶(hù)外分布式采集，后者又可分為配電自動(dòng)化和配網(wǎng)自動(dòng)化。從智能電網(wǎng)的要求來(lái)看，配電自動(dòng)化與配網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)當(dāng)具備完整的數(shù)據(jù)采集功能，并對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。

1.1.2 智能電表的配置

智能電表作為智能電網(wǎng)最基本的設(shè)備之一，在農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行合理配置。目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的智能電表主要有兩種：一種是通用型智能電表，另一種是專(zhuān)用型智能電表。通用型智能電表價(jià)格相對(duì)便宜、配置簡(jiǎn)單，但是由于其沒(méi)有電量計(jì)量功能，所以只能用于簡(jiǎn)單的負(fù)荷管理；專(zhuān)用型智能電表具有電量計(jì)量功能，但是其價(jià)格相對(duì)較高，適用于負(fù)荷管理及高級(jí)電能質(zhì)量控制等應(yīng)用場(chǎng)景。

1.1.3 采集數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化

目前，農(nóng)村電網(wǎng)中廣泛使用多種采集裝置和通信手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸。由于各廠家在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)約方面存在差異，不同廠家的設(shè)備需要采用不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和采集，從而導(dǎo)致了農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中存在著大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。因此，需要從規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建立統(tǒng)一規(guī)范等方面入手解決上述問(wèn)題。

1.1.4 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量異構(gòu)、多源的數(shù)據(jù)，因此對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析就成為當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)面臨的一大難題。

1.2 分布式電源接入

分布式電源是一種以可再生能源為動(dòng)力的小型發(fā)電站，主要包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，分布式電源可以作為重要的分布式電源接入到智能電網(wǎng)中。分布式電源接入智能電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以降低對(duì)大電網(wǎng)的依賴(lài)程度，有利于解決目前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)面臨的能源短缺問(wèn)題。同時(shí)，分布式電源能夠提高配網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量，在一定程度上能夠緩解農(nóng)村地區(qū)的用電緊張問(wèn)題。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司“十三五”電網(wǎng)智能化建設(shè)規(guī)劃》，到2020 年，我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)將全面建成以智能變電站、智能配電網(wǎng)絡(luò)、智能用電終端、智能配網(wǎng)為核心的“三型兩網(wǎng)”，初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)智能化。在農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)過(guò)程中，分布式電源接入是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。農(nóng)村地區(qū)具有豐富的風(fēng)力、太陽(yáng)能等可再生能源資源，可以為分布式電源提供大量的動(dòng)力來(lái)源[1]。

分布式電源接入農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中，分布式電源的接入是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.電壓控制：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分布式電源的電壓變化，及時(shí)調(diào)整分布式電源輸出功率，并以一定的策略實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源輸出功率的控制，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。當(dāng)分布式電源出現(xiàn)故障時(shí)，可以按照一定的策略及時(shí)切斷故障點(diǎn)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.諧波抑制：通過(guò)對(duì)分布式電源輸出功率進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中諧波的檢測(cè)和抑制。在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，通常采取以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源接入技術(shù)的研究：根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況，研究適合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展需要、性能良好、投資成本低且可靠性高的分布式發(fā)電技術(shù)；在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)中推廣應(yīng)用各類(lèi)新能源發(fā)電技術(shù)[2]。

1.3 配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理的系統(tǒng)。配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能：

1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制：通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化終端（饋線終端單元饋線自動(dòng)化裝置、智能開(kāi)關(guān)、電壓電流互感器等）采集的配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為系統(tǒng)提供配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息。

2.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制：通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化終端采集的配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備異常情況。

3.潮流計(jì)算和優(yōu)化：通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化終端采集的配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算出配電網(wǎng)潮流，根據(jù)負(fù)荷變化情況對(duì)配電網(wǎng)潮流進(jìn)行優(yōu)化。

4.故障診斷與定位：通過(guò)對(duì)采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)故障類(lèi)型、故障點(diǎn)進(jìn)行定位。

5.告警管理：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)采集的配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，判斷是否有告警信息，并及時(shí)處理告警信息。

6.歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)：通過(guò)對(duì)系統(tǒng)采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查詢(xún)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)。

7.系統(tǒng)功能擴(kuò)展：通過(guò)擴(kuò)展智能開(kāi)關(guān)、智能配變終端、配電自動(dòng)化系統(tǒng)等功能模塊，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化控制及管理功能。

8.遠(yuǎn)程控制：通過(guò)擴(kuò)展遠(yuǎn)程控制功能模塊（SCADA/EMS）以及遠(yuǎn)程控制通信接口（RTU/TDC），實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制[3]。

2 技術(shù)方案

2.1 農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化

農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化是指在配電網(wǎng)運(yùn)行管理中，采用先進(jìn)的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控、運(yùn)行管理和故障處理等功能，以提高配電網(wǎng)可靠性，實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)的科學(xué)管理和決策，降低電能損耗。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及農(nóng)村居民生活水平的不斷提高，農(nóng)村對(duì)電能質(zhì)量和可靠性有了更高的要求，農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)村用電需求增長(zhǎng)速度較快，但農(nóng)村配電設(shè)備相對(duì)落后，尤其是在供電可靠性方面仍然存在較大的差距。因此，大力發(fā)展農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)提高供電可靠性具有十分重要的意義[4]。

農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化是指在農(nóng)村配電網(wǎng)中應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)中信息的采集、傳輸、處理及控制，從而有效地提高配電系統(tǒng)的可靠性和供電質(zhì)量，滿(mǎn)足農(nóng)村用電需求。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）、故障監(jiān)測(cè)與處理系統(tǒng)（FMS）、饋線自動(dòng)化系統(tǒng)（FA）、配變監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)（DCMS）和通信系統(tǒng)五大部分組成。農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化主站主要包括配網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端、主站監(jiān)控中心和分界開(kāi)關(guān)三部分。配電數(shù)據(jù)采集終端主要完成線路和用戶(hù)端的監(jiān)測(cè)功能，將采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和用戶(hù)用電信息上傳到主站監(jiān)控中心，并提供準(zhǔn)確的電能質(zhì)量參數(shù)[5]。

饋線自動(dòng)化主要完成配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能，根據(jù)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位，并在故障發(fā)生時(shí)，自動(dòng)生成故障處理方案。分界開(kāi)關(guān)是配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分支線開(kāi)關(guān)操作的開(kāi)關(guān)，其主要功能是根據(jù)用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求和線路狀況選擇最優(yōu)路徑以保證供電質(zhì)量。配變監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)主要完成配變狀態(tài)監(jiān)控和智能管理，監(jiān)控配電變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能夠?qū)收线M(jìn)行判斷并自動(dòng)隔離故障區(qū)域。通信系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)傳輸、通信管理、信息交換以及與電力調(diào)度中心、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)的接口。在農(nóng)村配電網(wǎng)中應(yīng)用配電自動(dòng)化技術(shù)，可以提高農(nóng)村配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平、供電可靠性和供電質(zhì)量，對(duì)于改善農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和提高農(nóng)村電氣化水平具有重要作用。

2.2 分布式電源接入系統(tǒng)

目前，農(nóng)村配電網(wǎng)存在著大量的分布式電源接入問(wèn)題，由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，許多分布式電源不能接入配電網(wǎng)，有些即使有接入條件，也不能按照傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式運(yùn)行，引起了供電可靠性、電能質(zhì)量、電壓波動(dòng)等問(wèn)題。同時(shí)，由于分布式電源容量小、分布廣，對(duì)其控制、保護(hù)以及對(duì)配電網(wǎng)的影響等問(wèn)題也需要加以研究。目前，分布式電源主要有光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及小型生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)等。目前我國(guó)農(nóng)村配電網(wǎng)分布式電源接入系統(tǒng)主要有以下幾種方式：對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行改造，將原來(lái)的配電網(wǎng)絡(luò)改為“多電源供電”或“多電源-變壓器供電”的結(jié)構(gòu)，以提高其供電可靠性和電能質(zhì)量。這種方式適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、用電負(fù)荷較大、電能質(zhì)量要求較高的地區(qū)。采用架空線路、電纜線路、有載調(diào)壓變壓器或微型發(fā)電機(jī)組等靈活多樣的形式將分布式電源接入配電網(wǎng)。這種方式適用于農(nóng)村配電網(wǎng)供電可靠性要求不高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快的地區(qū)。將分布式電源集中接入10kV配電室，以減少配電網(wǎng)線路長(zhǎng)度和設(shè)備投資，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。利用10kV 低壓配電網(wǎng)直接接入分布式電源或儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2.3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)中，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的技術(shù)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)和監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)等組成，光伏陣列通過(guò)太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，儲(chǔ)能系統(tǒng)可保證發(fā)電與用電之間的能量交換，監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。從分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要由光伏陣列、逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)組成。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列主要由太陽(yáng)能電池板組成，是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。逆變器是將輸入的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，逆變器通過(guò)檢測(cè)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度和負(fù)載等信息來(lái)控制逆變器的輸出頻率和電壓。儲(chǔ)能裝置主要用于實(shí)現(xiàn)直流電與交流電之間的轉(zhuǎn)換，是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能裝置通常有蓄電池、鋰離子電池、超級(jí)電容器等類(lèi)型。

目前我國(guó)已建成投產(chǎn)并網(wǎng)光伏發(fā)電裝機(jī)容量超過(guò)70GW，并網(wǎng)容量占全國(guó)總裝機(jī)容量的比例已超過(guò)40%。我國(guó)光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中的比例已達(dá)到世界平均水平，預(yù)計(jì)到2020 年我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)60GW。監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)主要用于監(jiān)視整個(gè)發(fā)電過(guò)程中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)指標(biāo)，監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)主要包括：有功功率控制、無(wú)功功率控制、電壓電流故障監(jiān)測(cè)、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)等。隨著我國(guó)對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)還需考慮到其所處的地域特征，綜合考慮農(nóng)村地區(qū)的用電特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)國(guó)家和地方相關(guān)政策法規(guī)，逐步推進(jìn)農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)?，F(xiàn)階段，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)主要針對(duì)智能用電終端、配電自動(dòng)化、配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、配電管理、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用研究。在智能用電終端方面，應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與分析功能，提高電能質(zhì)量水平；在配電自動(dòng)化方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷；在配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷；在通信網(wǎng)絡(luò)方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能配網(wǎng)和智能調(diào)度系統(tǒng)之間的信息交換和共享。