应用于配电网的综合智能化系统研究

北京市电力公司密云供电公司 李继森施耐德电气（中国）有限公司 李忠有

0 简介

几十年来，能量管理相对简单：一发一用。但随着用电量的增多，廉价能源的减少同时还要维持电网成本，提高能源利用率和改善电网的各项措施孕育而生[1-6]。中低压变电站通过嵌入新一代的电子设备监测和调控中低压及智能电表，而不必再将数据集中到中央管理系统[7-10]。中低压变电站成为提前进入智能化电网的一个关键。此外，通过限制或其他更好的措施来达到削峰的目的已成为必要：考虑需求侧管理。同样，发电厂必须通过使用新的调控措施进行发电优达到智能发电。

1 电网的发展

1） 网架变革

电网从单电源供电这种单一的方式向双电源供电与智能电网这种多元化方式发展，在发输配电系统中，利用可再生能源进行分布式发电。电网将能量进行可视化展示，并提高能量利用率，低压用户变得活跃，并转换为产消

一体者，通过电动车连接EV充电器，将可再生能源发电设备用于建筑和房屋中。电网与用户之间实现双向通信，制定方案确保各电压等级的能量交换，实现电网智能化，如图1所示。

2）智能电网的定义

智能电网包含了电力及IT的基础设施，连接了所用参与者（发电者、调控者、市场及用户），旨在在复杂的电力网络中平衡供需。

3）智能电网中的五个相关联的领域

智能电网中的五个关键领域：灵活的输电，需求响应，智能发电，高能效的企业和家庭用户。

2 灵活输电

当化石燃料的减少及可再生能源的增加，为保证用户用电需求，电网新功能的实施势在必行，主要包括：

1）实现网络化功能

随着时间的推移，这些功能变得更加复杂，更加相互关联。我们可以定义三个阶段：

（1）阶段一：过去

网络内设备的功能彼此独立，如中高压数字式变电站自动化，集中配电自动化（DMS/ OMS），馈线自动化，工业微网化，电能质量，及远程抄表计费。

（2）阶段二：现在

功能开始互动，如用户侧用电管理，智能测量设备（电压、电流、有功、无功智能传感器），分布式发电集成，电压无功管理，市场驱动需求响应，动态过载能力，智能中低压变电站和低压监测和调控，网络安全及通讯监控。

（3）阶段三：未来

功能化的交互平台，如高级服务和咨询，先进的工具和电网规划，分布式配电管理和网络自动重构，动态保护的重新配置和灵活的中高压变电站，需求侧管理和DG配套服务，局部直流配电网络，含微电网，分布式发电，DSM和停电事故预防的代理结构。

2）中低压变电站的需求

中低压变电站是中低压智能电网的一个重要部分，因为它是一个智能通信与调控的重要的交流平台，如图2所示。有三个层次的要求：

（1）监控中压，减少停电时间（SAIDI）， 减少维护成本（OPEX），减少安装/操作/维护成本

（2）管理中低压变压器和低压输出，监控低压侧电能输出质量，监控P/ E潮流（分布式发电），平衡负荷和管理侧高峰，减少技术损耗，减少变压器故障次数。

（3）接口/智能电表管理，减少技术性和非技术性损耗，平衡负荷，低压网络维护，减少停电时间，稳固电网适应分布式发电。

3）同时包括中压与低压侧的智能电网

以沙特项目为例，在这个例子中，利用现有的平台，将功能集中化，以实现一个更智能的配电管理系统（DAS），如图3所示。

（1）方法

—设计，供应，调试和测试位于工业城市具的650变电站的DAS系统；

—每一个变电站安装远动终端单元，执行远程量测和低压侧测量，内置直流后备电源，并提供所有中压侧开关的控制；

—GPRS通信，通信规约采用IEC870.5.104，与地理信息系统的接口能够自动更新网络。

（2）优点

—减少中断的持续时间和次数

—即时故障定位和网络重新配置

—永久的中压网络状态的可视性

—远程读取电量进行成本分配和计费

—报警和事件记录

—变电站可扩展性，电网扩展计划

4）中压侧智能电网：Dong Energy（丹麦）

中压侧电网故障会导致许多散落在Dong Energy的风电场停止发电。

为了避免这样的问题，Dong Energy使用更智能的中低压变电站控制系统来实现自愈功能，如图4所示：缩小故障影响的范围，使用简单的通信设施（GPRS，规约用IEC870.5.104），并使用简易部署。

5）智能电网全网采用中低压变电站（法国）

GreenLys是一个法国财团支持的项目，项目预计工期为4年，并已获得法国政府支持。主要目标是：

在区域范围内（罗纳阿尔卑斯大区）完整测试智能电网的解决方案和服务，利用智能电表，为DNO的QoS和电网管理（低压和中压）以及零售商（提高能源效率和削峰），寻找最佳商业模式；

了解SE的不同行为者可创造的价值，确定商业模式，实现SE价值最大化；

在一个显著的项目中，增加SE的知名度。

3 需求侧响应

1）不断变化的动态市场需要新的解决方案

至2030年，全球能源消费将增加50%。而发电与输电工程的建设速度将达不到负荷需求增长速度，而供电商将通过实时定价的方法消耗峰值负荷的高昂成本，而新能源发电的大量采用也将增加20~40%的发电成本。

2）智能电网—需求响应的改革

依据使用的时间尺度不同，主要有3中典型的需求侧响应解决方案，如图5所示。

3）智能电网—虚拟发电厂

通过需求侧响应控制及提高用能效率实施节能，等效于增加了等量的发电，如图6所示。

4）建筑中的集成解决方案

由于所有生产都需要能量，通过实现自动化和高度互联，管理好能量，提高生产效率，使用户的生活更轻松，而世界级供应商更容易让客户安心使用，如图7所示。提高能量的利用率促进经济发展。以节省您为能源消耗所付的账单，并优化房地产的所有权的总成本或生产设施。这适用于个人，甚至所以工厂或企业主。物价上涨的能源以及日益增加的环境问题，能源效率不仅是正确的方式，它是唯一的方法。

4 智能发电

如果我们能够去优化发电，可再生能源将更好改善的我们环境。Thanet沿岸所安装的30MW风力发电机减少了高达2800吨二氧化碳的排放，而项目中施耐德电气所提供的动态线性定额的解决方案使发电量提高了30%。

5 结论

智能电网包括灵活输电，智能发电，需求侧响应，高能效的工业及家庭用户5个方面，从配网智能化角度考虑前3个方面更为关键，灵活输电，智能发电，需求侧响应代表了配网的发展方向，是实现未来配电网系统智能化的核心要素，应重视未来中低压电网的网络化交互，根据时间尺度合理实现需求侧响应，推动智能发电的友好接入。

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