区域电网规划中的智能电网应用

沈 勇，盛军其，盛连军

（上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201400）

0 引言

根据《南桥新城总体规划修编》，上海市奉贤区南桥新城的规划区域为北至大叶公路，东至浦星公路，南至上海绕城高速，西至南沙港和沪杭公路，总面积为71.39km2。南桥新城将围绕“健康南桥，科学发展”的战略核心，实现生产、生活和生态融合，着力建设低碳之城，营造生态之城，创造智慧之城，构筑宜居之城，将“低碳生态、智慧宜居”的城市发展理念，贯穿到南桥新城的规划建设中，以此提升南桥新城的能级和综合实力。

在配电网规划的基础上，进行智能电网技术应用，有益于研究机构和相关企业在该领域的技术进步和产业成熟，有利于推动智能电网的试点工作。为此，在传统规划的基础上将电动汽车充换电设施、电力光纤到户、新能源接入、储能系统、智能变电站、配电自动化系统、故障抢修管理系统（TCM）、用电信息采集系统、智能小区等技术应用于南桥新城。

1 电动汽车充换电

电动汽车充换电设施为电动汽车提供能量补给，主要包括公交车充换电站、社会公用充换电站和充电桩，分别为公交车和社会车辆提供充电服务。

1.1 公交车充换电站

根据南桥新城的交通规划，2020年南桥新城公交出行预测，总量为区内40万乘次，对外10万乘次，远期城区公交线30条，区域线路40条，远期公交需求1 300辆。预测2020年南桥新城机动车保有量约为17万辆，停车泊位需求20万个。为此，南桥新城将建成奉浦、齐贤和南桥3个公交枢纽，并规划在这三座交通枢纽中均建设大型公交车充换电站。公交车充换电站在满足为公交车辆充电功能之外，还设置快换电池的区域和整车充电区域，为中小型社会电动汽车的快换电池和充电提供服务。

1）南桥公交枢纽充换电站 规划占地面积为2 100m2。①远景提供50台80kW直流充电机（700V／120A），供公交公司的100辆电动大巴分班充电。本期工程建设10台分体式充电机，供20辆电动大巴充电。②设置电动大巴快速充电车位2个（配置2台200kW充电机），中巴／工程车位6个（配置4台100kW充电机和2台35 kW充电机），轿车位4个（配置4个交流充电桩）。③远景设置快换电池系统充电间（电池充电单元模块）1个，配置电池充电为100个，每天可满足75辆中小型车辆快换电池的要求（电池充电时间按4h计，电池箱更换能力每天为300箱次）。④10kV线路2条，配电变压器4×2 500 kVA，高低压开关柜、有源滤波柜和无功补偿柜若干。

2）奉浦与齐贤公交枢纽充换电站 根据奉浦与齐贤公交枢纽的建设进度，预计在2013年和2015年建设充换电站，主要对公交电动车辆进行充换电服务，同时兼顾小车充换电服务。

1.2 社会公用充换电站

社会公用充换电站内的充换电设施，用以满足公务车、出租车和私家车的行驶需求。社会公用充换电站采用充换电设施与充电桩相结合，充换电设施用于日间行驶车辆的应急需求，充电桩则提供夜间充电及泊车充电服务。

1）规划轨道交通5号线向南延伸联系南桥新城与中心城，在南桥新城范围内设肖塘站、奉浦站、环东路站、望园路站、金海湖站、南桥新城站。结合轨道枢纽及P＋R停车场的建设，设置社会公用充换电站，主要对社会小型车辆进行快速充换电服务。

2）考虑南桥新城未来发展与人口规划总数，“十二五”期间将根据上海市电力公司安排，新增1～2个供电营业站。新建营业站一楼为换电站，二楼为营业站，将优质服务与智能电网有机结合。

1.3 充电桩

近期将在奉浦工业区管委会内设置10个电动汽车充电桩，在现代农业园区管委会设置6个充电桩。东部大型住宅社区拟结合社区停车位建设电动汽车充电桩，随用户购买电动汽车的数量而同步建设。

建议政府对购买电动汽车的用户，补贴一个安装在停车位上的充电桩。费用由政府出资，电力公司负责充电站的设计、安装和调试。另外，在南桥新城的中部区域，结合中心医院和学校等项目的建设，分批设置若干个充电桩。

初步计划至2015年电动汽车充电桩覆盖率达到5%，至2020年达到10%。考虑到南桥新城人口预计高达75万人（以每户4～5人计），小区停车位和公共场所停车位等因素，停车位将高达20万个。因此，至2015年电动汽车充电桩将高达1万个，至2020年将达到2万个。

2 电力光纤入户

电力光纤到户（PFTTH）是指在低压通信接入网中采用光纤复合低压电缆（OPLC），将光纤随低压电力线敷设，实现光纤到表到户，配合无源光网络技术，承载用电信息采集、智能用电双向交互，“三网融合”等业务。电力光纤入户网络一般处于电力通信网络变电站到用户端的接入层网络中。

光纤入户将采用基于以太网方式的无源光网络（EPON），由局端的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。EPON采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务，在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用EPON的拓扑结构实现以太网的接入。

PFTTH的局端是ODN网络的起始点，通常设置在小区10kV配电室或110kV变电站；光缆分配点是多个用户接入点，靠近OLT局端的光纤集中汇聚点，通常设置在楼宇配电间；用户接入点是多个用户的光纤集中汇聚点，通常设置在楼宇单元内；终端是ODN网络的终点，在此连接终端设备，通常设置在楼宇单元内（连接智能电能表等）和用户家庭内部（电话机、电视机和计算机等）。因此，PFTTH的ODN网络可分为三段，从局端机房到光缆分配点的馈线段；从光缆分配点到用户接入点的配线段；用户接入点到终端的入户段。电力光纤到户网络结构示意图，如图1所示。

图1 电力光纤到户网络结构

3 新能源接入

针对南桥新城的区域特点，充分利用当地风能、太阳能等自然资源，发展新能源接入系统，可以提高可再生能源在当地能源消耗中的比重，用以达到低碳环保。

建议在南桥新城中心景观区人流量较大的区域，设置风能和太阳能发电装置。

1）小型可再生能源发电接入模式 对于由客户开发的容量较小的光伏发电或风电机组以及客户侧的沼气发电等生物质能发电形式，建议采用分散接入模式直接接入用户侧配电变压器的低压侧，并在高压侧安装逆功率保护装置，防止逆潮流的产生。

2）中型可再生能源发电接入模式 对于容量具有中型规模的可再生能源发电项目，建议采用低压微网模式接入配电网，将分布式电源与储能装置、能量变换装置、负荷监控及保护装置一起构成分布式发电供能微网系统，既可以与大电网并网运行，也可以独立运行。

3）大型可再生能源发电接入模式 对于发电容量较大的风电场或光伏电站，考虑到风电和光伏发电具有间歇性和波动性的特点，若直接接入配电线路将会给客户的电能质量带来较大影响，因此建议采用专线接入模式，直接接入变电站母线予以消纳。对于容量特别大的可再生能源发电，还需要配以一定的储能设备，用以缓解或避免可再生能源发电给电网带来的冲击。

4 电池储能

1）电池储能 可以有效地调控地区电网中的各种分布式能源（太阳能和风能）、平衡供用电差异和稳定供电质量，起到削峰填谷和事故备用的作用，用以提高供电的安全性与可靠性。

2）集中接入 采用集中接入方案，有利于充放电控制，消峰填谷，有效抑制间歇性功率波动对配电网的影响。若与电动汽车充换电站结合建设，可实现充电电池梯度利用；若安置于变配电站中，可以实现变压器负荷的削峰填谷，减少设备的投资。

5 智能变电站

智能变电站是智能电网的基础环节，是电网基础运行数据的采集源头和命令执行单元，是智能电网建设的重要节点。智能电网对智能变电站的功能及技术要求，主要集中在坚强可靠、信息化、自动化、互动化和资源整合化等几个方面。计划在南桥新城所有新建的35kV及以上电压等级变电站，均采用智能化变电站标准进行建设。

6 配电自动化

智能配电网以集成、自愈、优化、互动和兼容为特征。配电自动化系统可实现对配电网的监控、馈线的故障定位、故障隔离、自动恢复供电等作用，用以提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行。

南桥配电网自动化系统的整体结构分主站和终端两层。

1）主站层 配电自动化主站系统通过SDH通信环网负责接收所有监控点的信息，进行存储、显示和分析，并在非故障情形下控制开关的动作。主站层和终端层分工协作，完成智能分布式馈线自动化，最终的处理结果同时上报主站。

2）终端层 FA控制器和主站通过光纤网络通信，同时和下挂的DTU／FTU通信；FA控制器集中DTU／FTU采集的信息上报给主站，将主站的命令下发给目的FTU／DTU；FA控制器之间互相通信完成智能分布式馈线自动化功能，将故障处理结果上报给主站。DTU／FTU是监控开关的终端设备。

上海市电力公司光纤通信网为主站层和终端层的通信提供通道。电力光纤到户工程实施后，光纤复合电缆将全面覆盖新建区域低压配电网，同时沿10kV配电网络部署光纤通信网，覆盖所有的P型站和WX型站。区域光纤通信网络的建立，为配电自动化实施提供了通信基础。

7 故障抢修

故障抢修管理系统（TCM）主要包括故障报修管理、故障辅助分析、抢修调度及工作管理、评价及优化分析等功能，TCM建成后将会缩短抢修时间和提升供电优质服务。

南桥新城的故障抢修管理系统，将在现有生产和营销各类信息系统及梳理现有各类抢修流程基础上，结合南桥新城配电自动化系统的实施，为故障抢修信息的透明化和实时化、故障位置的准确定位、抢修资源的合理整合和调度、抢修方案的优化等目标的实现，提供有效的解决方案，为全面推广TCM打下基础。

8 用电信息采集

智能电表作为智能用电信息采集系统的终端设备，是智能电网极为重要的环节，在未来阶梯电价环境下，实现智能化用电、智能化抄表、智能化信息交互等方面起着不可替代的作用。随着数字化电能计量技术的发展，智能电表的价格不断降低，应用更广泛。

按照上海市电力公司统一的技术方案、技术标准和管理规范，将南桥新城客户纳入用电信息采集系统试点工程的范围，实现南桥新城内35kV、10kV及低压用户的用电信息全面采集，建立实时、高效、可靠、互动的新型供用电关系。

图2 智能用电服务与“多网融合”系统

9 智能小区

在南桥新城部分区域（楼宇）建设智能用电小区／智能用电家居，实现与电网之间信息流、能量流、业务流的双向互动，体现智能电网在节能减排、指导客户科学合理用电等方面的作用。智能用电服务小区通信方式采用以太网无源光网络（EPON）技术，在客户室内配置ONU终端，与智能交互终端、智能交互机顶盒、固定电话等设备连接，实现语音、数据、有线电视的信息接入。智能用电小区整体结构如图2所示。

1）社区服务主站综合管理平台 社区服务主站综合管理平台包含社区管理系统与用户家庭智能服务系统，实现对用户智能家居设备统一管理。该系统由内容管理、呼叫中心、媒体管理和系统管理模块组成。

2）智能家居 通过客户智能交互终端，实现双向互动服务，指导客户科学、合理用电，进一步提高能量利用效率，推广低碳经济的发展。

3）通信网络建设 采用光纤至电能表箱的方式实现用电信息采集，再进一步将光纤延伸至客户家中，开展智能用电小区和“多网融合”业务。即从配电变压器至楼宇配电箱敷设三相四线光纤复合低压电缆；从楼宇配电箱至楼层电能表箱敷设单相两线光纤复合低压电缆；从电能表至客户户内闸箱敷设皮线光缆；根据现场施工情况，通过ODF架和冷接子（或者热熔）的方式将各段光纤连接，实现电力光纤到户。

［1］国家电网公司.基于以太网方式的无源光网络（EPON）系统第一部分：技术条件.2010.

［2］张 傲，程淑玲，杨 柳.三网融合下的FTTx网络［M］.人民邮电出版社.2011.

［3］王 刚，周 荣，乔维高.电动汽车充电技术研究［J］.农业装备与车辆工程.2008（6）：7－9.

［4］康继光，卫振林，程丹明，徐 凡.电动汽车充电模式与充电站建设［J］.电力需求侧管理.2009（9）：64－66.

［5］程时杰，李 刚，孙海顺，文劲宇.储能技术在电气工程领域中的应用与展望［J］.电网与清洁能源，2009（2）：1－8.

［6］王小峰，常东来.离并网混合光伏发电系统的方案设计及控制分析［J］.电力系统装备.2009（10）：59－61.