智能配电网建设及其关键技术

王志 吴旋 王佰仟 孙健 高飞

【摘要】我国智能配电网的建设还在起步阶段，在当前的建设工作中还存在这很多问题，本文就智能配电网的建设作了简单的研究，提出了智能配电网建设中的关键技术用以解决所遇到的各种挑战。

【关键词】智能配电网建设关键技术

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

我国配电网的发展明显滞后于发电、输电，在供电质量方面与国际先进水平也有一定差距。目前，用户遭受的停电时间，绝大部分是由于配电系统原因造成的。配电网落后也是造成电能质量恶化的主要因素，电力系统的损耗有近一半产生在配电网，我国配电网的自动化、智能化程度以及自愈和优化运行能力远低于输电网，因此智能配电网的建设已经成为我国电力产业发展的必然趋势。

一、智能电网概述

智能电网即以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全生、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应不增值服务。

智能电网是人类面对电力供需平衡、新能源的接入、电网可靠性以及信息安全挑战的一种必然选择。它的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化。它代表了电网将来进化的一种愿景结合先进的自动化技术、信息技术以及可控电力设备，支持从发电到用电的整个电力供应环节的优化管理，尤其是新能源的接入以及电网的安全运行。

二、智能配电网发展要求、面临的问题及挑战

1、智能配电系统结构的发展要求

（1）综合考虑总体配电系统控制与终端用户控制，实现配电系统性能的优化，取得最优的电能质量和最可靠的稳定性。

（2）支持分布式电源高比重的并入，使系统的效率、灵活性、整体性能够得到有效提高，以利用分布式电源可靠的优化系统性能；配电系统故障时，可利用分布式电源局部供电。

2、配电网急需解决以下问题

（1）配电网自愈控制问题和运行优化问题；

（2）配电网运行中，大量分布式电源的并网，对配电网的影响问题；

（3）支持电力市场运行和可再生能源发电的政策问题；

（4）现代化的充放电设备对配电网的影响问题；

（5）配电网卡脖子问题；

（6）对于用户参与配电网需求侧管理问题；

（7）负荷参与电网调峰问题。

智能配网改变了传统配网的一些特性，也必然给电网发展带来一些挑战。比如分布式电源接入，可能会对电网电压造成影响，或者不经意造成短路甚至引起配网孤岛化等问题。最近几年，微电网这个话题在世界范围引起热议。分布式电源接入可以借助微电网的发展获得一些优势，变得更加稳定。如果能够由一个先进的能源管理系统来控制分布式电源，通过先进的技术手段进行监控，分布式电源接入电网可能带来的种种问题将会得到有效解决。智能配电及分布式电源接入是坚强智能电网发展中不可缺少的重要环节。但是，风力发电、太阳能发电、电动汽车充换电站、储能设备及微网等新型电源及负荷直接接入配电网，给配电网的安全稳定运行带来了新的技术问题和挑战。因此，配电网急需发展新的技术和工具，增加配电网的可靠性、灵活性及效率。目前，各国都在积极开展许多相关研究，开发实用有效的技术解决方法，从而应对新的挑战。

三、智能配电网建设的关键技术

1、配电网结构及运行研究

第一，结构方面，首先，在分析制约配电网智能化的政策及技术因素基础上，规划配电网走向智能的策略与步骤，其中，需要结合经济、环境、技术等约束，分析系统长期供需状况，目的是确保资金投入和新产品、技术有序进入，并考虑如何构建基于互联网的电子商务式的未来电网；其次，进行分散电源规划研究，包括准入条件(地点、费用)分析，采用含成本、可靠性等多种因素的多目标规划技术进行投资规划及其影响因子分析，含有分散电源的配电网新型潮流、GIS及可靠性分析，分散电源运行管理、风险及DR对运行影响分析等。第二，运行方面，为实现完美电力目标，支持系统应包含自动仪表测量、用户用电管理、配电网运营优化、设备故障预测、停电管理及恢复、峰荷管理等功能模块。

2、分散电源、分布存储及DR研究

①DR市场建设。首先，提出包括智能仪表、智能电器、智能楼宇、分散电源、分布存储、热电联产、市场交易平台、用户管理、用户分析及决策、数据管理、结算及账单管理、争议处理、通讯等各种要素在内的DR技术标准；其次，针对不同用户，分别确定参与DR的运作模式、容量以及评价体系；最后，应适时建设示范小区。

②分布存储设备设计。首先，需确定它与电网间的接口，包括安装地点、数据流及其控制、管理系统；其次，进行技术与经济性分析，并实施现场测试；最后，需研究存储设备提供辅助服务的能力及其实时性能。值得一提的是，电动汽车近年来得到广泛应用，它一般选择在负荷低谷时段进行快速充电，这类负荷十分分散，且随机性强，如果大量存在，将对电网的控制及电能质量带来新的挑战，同时，它也是一个移动电源，用户可以选择在负荷高峰，实时电价高的时段向电网注入多余电能以获取利润，这对未来市场的运行也必将产生巨大的影响，以上两方面的问题都需要做深入研究。

③智能仪表选择。DR离不开间断式测量且提供双向信息服务的自动智能仪表及其开放式管理系统，需要定义其通讯网关、系统原型、数据格式与功能模块。此外，众多智能仪表的产品供应商多来自IT领域，其更新换代速度快，会带来相互间不兼容、系统更换频繁的问题，需要采取统一模型和标准以及模块化设计生产等措施。

④运行分析。一是能根据电价及天气情况实时预测分散电源的电量输出；二是在市场环境下，进行包括随机潮流及短路电流等在内的稳态分析；三是考虑分散电源运行间断性的经济调度和机组组合；四是包括分散电源、DR用户、分布存储设备、电力电子元件及其控制系统的暂态时域及频域分析，以确保系统运行的安全可靠；最后，由于分散电源通常由电力电子元件接入电网，因此，需要研究电力电子设备及通讯系统的可用性及其可能的运行模式。

⑤开发基于分散电源、DR用户、分布存储设备

等元素在内的新型能量管理系统。这需要有崭新的理念、工具和技术保证手段，重点是研究如何利用这些元素建立自愈网络、如何利用远方控制协调这些分散元素以及如何确保电网电能质量等。

3、配电设备优化管理

首先，研究设备实时状态监视及诊断的高级模型、算法与工具；其次，从可靠性、电能质量、网络支撑等方面进行设备管理风险及社会、经济效益分析；再次，大力研究如何应用新型导体及绝缘材料提高线路热极限，如何更好地实现网间互联，如何进一步发挥超导等在控制潮流和预防阻塞方面的作用，如何充分应用可视化系统、安全限制下的最优潮流等分析工具，使配电设备更具使用效率。

4、不同类型能源间的相互作用研究

除电力外，还包括天然气、供热、水等其他形式的能源系统，它们相互作用，需要建立互联模型，并进行规划及运行层面上的全局优化，以减少彼此冗余度，进而提高整体效率，达到技术、经济、环境上的最佳状态。

结束语

智能配电网是建设有中国特色坚强智能电网的重要组成部分,是应对我国未来能源危机、环境污染、气候变化等问题的重要措施,是提升配电网运营指标、提高配电自动化水平、解决分布式电源大量接入对电网造成的负面影响、增强用户与电网的互动能力及电网的运掌控能力的有效手段。

参考文献

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