邵 郁,張 令
(國網(wǎng)六安供電公司,安徽 六安 237000)
智能配電網(wǎng)指在傳統(tǒng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用各類先進的技術(shù)使電網(wǎng)能夠自動化、智能化運作,實現(xiàn)穩(wěn)定、堅強、經(jīng)濟、安全以及環(huán)保的電力供應和其他附加服務。智能配電網(wǎng)不是在傳統(tǒng)配電網(wǎng)進行改進,而是讓電網(wǎng)系統(tǒng)從以人為主的控制,轉(zhuǎn)向以智能為主結(jié)合人工控制的改變。
傳統(tǒng)的配電網(wǎng),更多是將發(fā)電廠的電力輸送到遠端的用戶中,這種傳輸方式不夠經(jīng)濟環(huán)保,分配也不夠合理,導致城市經(jīng)常會出現(xiàn)一部分區(qū)域停電、另一部分區(qū)域電力過剩的情況。智能配電網(wǎng)的優(yōu)勢則在于智能化,具體包括以下幾點。
1.2.1 電能利用高效
智能配電網(wǎng)優(yōu)化資源的利用模式,從傳統(tǒng)的電力傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)橛秒娰|(zhì)量的在線監(jiān)測和補償。配電網(wǎng)使用現(xiàn)代電力電子技術(shù)實現(xiàn)電壓和無功的優(yōu)化控制,使得電力的傳輸更加穩(wěn)定且電壓有效值更加符合要求,用戶的用電更加高效的同時減少設(shè)備的損耗,延長使用壽命[1]。
1.2.2 安全性能優(yōu)化
智能配電網(wǎng)改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性,能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的用電負荷,有效地提升負荷供電的運行靈活性,自身具備較強的自愈恢復能力,對于已經(jīng)發(fā)生的故障能夠做出快速檢測并給出解決措施,將不正常供電產(chǎn)生的影響最小化;配電網(wǎng)能夠利用智能化調(diào)度的優(yōu)勢,盡可能減少停電用戶的數(shù)量,并且減少停電時長,從而降低外力破壞或自然災害帶來的影響。
1.2.3 配電智能化
智能配電網(wǎng)能夠支持分布式發(fā)電、可再生能源及儲能裝置的大量接入,實現(xiàn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)電能的回收和再分配。整個城市在智能化配電技術(shù)的幫助下,如調(diào)整高壓電壓和無功補償?shù)?,可以做到電能的精準輸送。例如,某一個區(qū)域此時需要大量用電,電網(wǎng)便能夠及時的予以支援,極大地改善人們的生產(chǎn)生活。
隨著科學技術(shù)創(chuàng)新,興起一種創(chuàng)新型基礎(chǔ)發(fā)電形式即分布式發(fā)電。其發(fā)電功率一般在千瓦到百兆瓦之間,大部分低于30 MW,對于特定區(qū)域的用戶來說,功率可以設(shè)置在30 ~50 MW。分布式發(fā)電的原理是利用不同的發(fā)電模塊的自由組合滿足不同用戶的用電需求,分布式發(fā)電的優(yōu)勢在于能夠有效整合功能各異的發(fā)電模塊,提高發(fā)電效率,提升對電力資源的控制能力,使得多余的電量可以另外進行綜合性應用。分布式發(fā)電的電力能源多為風能、太陽能和地熱能,因此分布式發(fā)電是一項新能源技術(shù),發(fā)電時無須消耗化學能源,污染較小[2]。
配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的實現(xiàn)是繼電保護和軟件控制等一系列的綜合控制,是整個智能配電網(wǎng)的基石,關(guān)乎電網(wǎng)是否安全合格。自愈控制技術(shù)依托于數(shù)控方面的先進理論,結(jié)合故障自動判定算法、安全隱患預測算法等,能夠評價潛在的安全隱患,并做出精準預測,還能夠準確評判故障頻發(fā)的區(qū)域,減少檢修的難度和時間。自愈控制技術(shù)為電網(wǎng)內(nèi)的電能運行質(zhì)量進行評分,讓管理部門及時做出相應的針對措施,從而與智能配電網(wǎng)的自動配電功能一起確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,并持續(xù)優(yōu)化完善用戶服務。首先,自愈控制技術(shù)的實現(xiàn)需要依靠終端各類智能化硬件,如各類傳感器、監(jiān)測儀等,這些終端設(shè)備需要做出智能化改進,方便配合自愈控制技術(shù)的在線監(jiān)測功能,實現(xiàn)故障預測和診斷的自動適應;其次,當電網(wǎng)系統(tǒng)周遭環(huán)境較為復雜時,如磁場波動或是野外環(huán)境等,配電網(wǎng)的終端設(shè)備和通信協(xié)議需要具備普適性,并能夠自動調(diào)節(jié)維護;最后,遠程服務器需要提供足夠的算力支持,自愈控制技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)通信和算法分析的穩(wěn)定性與可靠性有著更高的要求,只有具備更快的通信和更強的信息處理算力,才能發(fā)揮出自愈控制技術(shù)的能力。
智能算法依賴的便是優(yōu)質(zhì)充足的數(shù)據(jù)、足夠復雜的學習模型與強大的計算能力,因此智能配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)尤為重要。數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)需要具備3 個技術(shù)原理。一是數(shù)據(jù)提取,能夠從類型繁多和數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)中,清洗掉無用的數(shù)據(jù),并提取出具有較高價值的數(shù)據(jù);二是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,能夠?qū)㈦s亂無章的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為適合輸入智能算法模型的數(shù)據(jù)類型,即對數(shù)據(jù)進行精確加工;三是數(shù)據(jù)加載,經(jīng)過加載后的數(shù)據(jù)才能存儲于數(shù)據(jù)源系統(tǒng),這些數(shù)據(jù)會被集成化并作為支撐智能配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的底層訓練數(shù)據(jù),與新數(shù)據(jù)一起,完成對算法模型的迭代訓練[3]。
傳統(tǒng)配電自動化的主要內(nèi)容是調(diào)配用戶側(cè)、變電站和配電網(wǎng)絡(luò)的電力,調(diào)配工作較為簡單,并且無法適應復雜的配電工作。高級配電自動化技術(shù)是智能配電網(wǎng)具備的關(guān)鍵技術(shù),它能夠?qū)^(qū)域用電水平進行綜合分析,優(yōu)化完善區(qū)域用電分配工作。高級配電自動化技術(shù)包括電壓無功控制、饋線自動化、配電網(wǎng)安全監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集以及其他的終端設(shè)備工作管理等,為運用高級配電自動化技術(shù),需要事先制定規(guī)劃建設(shè)方案。首先,全方位調(diào)研區(qū)域內(nèi)的用電用戶;其次,完成配電網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建,保證數(shù)據(jù)信息的傳輸更為詳實準確;再次,利用通信網(wǎng)絡(luò)極強的實用性,實現(xiàn)區(qū)域組網(wǎng),確保用戶的終端設(shè)備可以直接裝置配電終端,使得信息雙向傳輸不會出現(xiàn)差錯;最后,將智能電表安置在電網(wǎng)中間位置,起到信息中轉(zhuǎn)站的作用,使得高級配電自動化技術(shù)可以充分發(fā)揮其智能控制的作用。
配電網(wǎng)仿真與模擬技術(shù)是用來評估配電網(wǎng)即時狀況的技術(shù)。一般情況下,智能配電網(wǎng)想要正式使用,需要經(jīng)過數(shù)個階段的測試。然而,一些突發(fā)狀況很難用測試流程全部覆蓋,這時仿真與模擬技術(shù)便能發(fā)揮出作用,通過軟件平臺、預測技術(shù)和數(shù)學分析工具,評估配電網(wǎng)的即時狀況、安全動態(tài)和電能負荷,盡可能地提前測試各類風險因素,幫助有關(guān)部門提前制定策略[4]。
故障電流限制技術(shù)主要采用電力電子、高溫超導等技術(shù)限制短路電流,在實際使用過程中需要配合使用故障電流限制器,才能最大限度地降低短路電流的水平。由于短路電流對配電網(wǎng)絡(luò)、線路及用戶設(shè)備都會造成很大影響,而智能配電網(wǎng)使用限制技術(shù)能將短路電流限制到2 倍額定電流以下,便可以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)不會受到短路的危害,從而改變配電網(wǎng)的性能。
隨著科技的進步和環(huán)保意識的增強,我國開始在電動汽車領(lǐng)域進行布局,并且現(xiàn)在也有較多的車企正在研發(fā)并上線電動汽車。電動汽車不但綠色環(huán)保,而且具備很好的經(jīng)濟適用性。但是,對于城市配電網(wǎng)來說,電動汽車的充換電帶來巨大的電量負荷,智能配電網(wǎng)可以利用電動汽車充換電技術(shù),有效平滑電網(wǎng)負荷,良好滿足電動汽車的儲能需求,保證電能質(zhì)量。
高級測量系統(tǒng)技術(shù)是自動抄表技術(shù)的衍生,不僅具備自動抄表的功能,還具備雙向通信的特點,實現(xiàn)停電報告,測量網(wǎng)絡(luò)通信,自動完成網(wǎng)絡(luò)故障的最短時間恢復等功能。最重要的是,高級測量系統(tǒng)技術(shù)可以幫助測量點位自動注冊高級計量基礎(chǔ)設(shè)施(Advanced Metering Infrastructure,AMI)系統(tǒng),與配電網(wǎng)管理系統(tǒng)實現(xiàn)高度融合,優(yōu)化現(xiàn)有資源配置,大幅提高智能配電網(wǎng)的運行效率[5]。
3.1.1 改造現(xiàn)有電網(wǎng)
目前,很多城市中心地區(qū)供電安全等級不符合N-1-1 安全準則的要求,無法建設(shè)智能配電網(wǎng),所以要改造城市中心區(qū)域的部分中壓配電網(wǎng)絡(luò),使其能夠增強配電網(wǎng)的安全性和可靠性。
3.1.2 進行配電自動化建設(shè)
現(xiàn)有電網(wǎng)改造完畢后,開始實施配電自動化建設(shè),包括增加電壓無功控制、饋線自動化設(shè)施、配電網(wǎng)安全監(jiān)控設(shè)備以及其他的終端智能設(shè)備,然后進行快速測試。如果發(fā)現(xiàn)故障,可以利用饋線自動化系統(tǒng)對其進行快速定位,然后利用自愈控制系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),并更新拓撲信息,所有的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)信息需要及時的自主化上傳到遠端服務器,等待調(diào)度員的及時處理。
3.1.3 更換老舊設(shè)備
為防止智能配電網(wǎng)不適配老舊設(shè)備,需要更換城市中心區(qū)域的設(shè)備,首先更換運行年齡大于30 年的設(shè)備。這些老舊設(shè)備具有較大的配電損耗、電纜絕緣老化等缺點,無法進行自動化升級。其次,更換故障率較高的設(shè)備,減少智能配電網(wǎng)對故障的頻繁診斷和自愈處理頻率。最后,添加新式智能終端設(shè)備,并與智能配電網(wǎng)系統(tǒng)同步信息。
另外,對于上級電網(wǎng)來說,也應該更換其電源設(shè)備和電源進線,可以采用鏈式接線方式,形成雙側(cè)電源供電,對35 kV 變電站進行優(yōu)化,保證供電的可靠性,增強負荷轉(zhuǎn)移能力。
3.2.1 改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)
對于城市外環(huán)區(qū)域,電力供應的可靠性更為重要,因為不利于檢修和維護,所以需要適度的改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)。讓線路薄弱點與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變得緊密,提升電網(wǎng)效益,并將新的開關(guān)站建設(shè)于電力負荷的熱點區(qū)域,改接線路,使得配電網(wǎng)的供電變得更加優(yōu)化[6]。
3.2.2 完善配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)
在城市中心城區(qū)對于自動化配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造基礎(chǔ)上,做二次系統(tǒng)的建設(shè)完善工作,促使配電網(wǎng)的智能水平進一步提升。城市外環(huán)區(qū)域的配電半徑更大,使得配電線路變得更長,一旦發(fā)生故障,就會花費很長時間展開維修工作,停電時間的增加會嚴重影響居民和企業(yè)用電,因此應該基于線路負載率和線路負荷的重要程度改造中壓配電網(wǎng)絡(luò)。例如,長線路可以增加分段聯(lián)絡(luò)節(jié)點,配電終端設(shè)備可以增加監(jiān)測和遙控的比例,使得配電網(wǎng)可以更快的定位故障,實現(xiàn)對事故的快速處理。
3.2.3 優(yōu)化分布式發(fā)電并網(wǎng)
分布式發(fā)電依靠多組靈活的發(fā)電模塊,可以實現(xiàn)電力多發(fā)任務,因此在優(yōu)化前,需要統(tǒng)計城市外環(huán)區(qū)域的所有配電網(wǎng)負荷情況,對不同的負荷節(jié)點,適當?shù)亟尤氩煌壤姆植际侥茉?,然后?yōu)化配電網(wǎng)相應的潮流分布,降低重載線路過高的負載率。另外,分布式發(fā)電利用的是新能源,因此當主網(wǎng)發(fā)生供電中斷時,可以利用分布式發(fā)電運行電源,減少停電時長。
工作人員展開智能配電網(wǎng)改造工作時,需要注意以下3 點。一是規(guī)劃設(shè)計城市電網(wǎng)主干網(wǎng),并綜合考量分網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè),將主干網(wǎng)的配電半徑控制在合理范圍,降低線損率,主干網(wǎng)實施集中補償,配電網(wǎng)實施分散補償。二是根據(jù)城市內(nèi)部風能、太陽能等新能源的發(fā)電情況,選擇性的增加分布式發(fā)電并網(wǎng)容量,如果有部分城市區(qū)域供電負荷達到飽和狀態(tài),可以利用分布式發(fā)電進行有效應對,尤其是城郊地區(qū),使用分布式發(fā)電可以有效提升郊區(qū)的電能質(zhì)量,并且分布式發(fā)電還可以實現(xiàn)電能的回收再利用,大大節(jié)約城市用電的成本。三是根據(jù)交通情況和區(qū)域電車數(shù)量考慮電動汽車充換電站的建設(shè)規(guī)劃,合理安排充電樁,根據(jù)當天充電負荷的情況,實時調(diào)整充電電價。
隨著科學技術(shù)的不斷進步和我國居民用電需求的不斷提升,智能配電網(wǎng)在設(shè)計構(gòu)想和實踐應用方面具備理想的技術(shù)基礎(chǔ)和需求基礎(chǔ)。智能配電網(wǎng)具有電能利用效率高、安全性能全面優(yōu)化和配電智能化等優(yōu)勢,分布式發(fā)電技術(shù)、配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)、智能配電網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、配電網(wǎng)仿真與模擬技術(shù)、故障電流限制技術(shù)、電動汽車充換電技術(shù)以及高級測量系統(tǒng)技術(shù)等在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方面將具有十分廣闊的應用前景,在推動我國城市電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方面將發(fā)揮著不可替代的重要作用。