智能配电网技术及发展趋势

焦欣欣

（河南工业职业技术学院 ， 河南 南阳 473000）

智能电网建立在集成、高速双向通道的基础上，通过先进的传感器和控制技术，实现电网的可靠、节能、高效运行，满足不同用电户的需求。智能配电网是智能电网的关键环节，在整个电力系统中，与分散的用电户直接相连接的110 kV以下电力系统都属于配电环节。

1 智能配电网技术的现状

中国的智能电网研究起步相对较晚，国家电网计划分3个阶段逐步推动智能电网的建设工作。第1阶段(2009—2010年)，规划试点阶段；第2阶段(2011—2015年)，全面建设阶段；第3阶段(2016—2020年)，引领提升阶段，全面建成统一的坚强电网，技术和装备达到国际领先水平。

2016年以来，中国智能电网进入引领提升阶段，在示范工程、电动汽车充换电设施、新能源接纳、居民智能用电等方面大力推进。分布式能源实现即插即用，智能电表普及应用，为相关的一次与二次设备制造商带来了难得的发展机遇。

2 智能配电网技术构成

完整的智能配电网信息架构和基础设施体系由高级配电自动化技术、智能站控和配调技术、自愈控制技术、分布式发电、储能与智能微网技术、用户服务和需求侧响应技术、智能配电网集成通信技术、智能配电网设备技术和高级资产管理等技术构建而成，实现对电力客户、电力资产、电力运营的持续监视，提高电网公司管理水平、工作效率、服务水平，保证电网的可靠性[1]。

3 智能电网与配电网自动化的关系

通过配电网自动化采集的智能电网信息，可延伸到用户。

配电网自动化和用电营销自动化的有机结合，直接面向最终用户，改进客户服务。

智能电网最终体现在配电和用电营销方面，渗透到家用电器。

智能配电网将实现电力公司与电力客户的互动，用户可利用各自的智能控制终端根据电网供电信息调整用电参数[1]。

4 智能开关设备

智能变电站实现可观测、可控制、可管理功能。智能开关是智能配电网的核心设备，其技术功能将直接影响配电网的智能化水平和发展速度。

智能配电网的功能需求主要体现在通信、控制、检测及评估方面，具体要求如下：

通信功能要求以标准化的方式，将信息以智能配电网设备识别的言语形式提供给所有设备；

控制功能要求更加优良，包括自动化程度、控制精确度、操控简便性、互动性等；

状态监测及评估功能齐备权威，包括在线检测、诊断专家库、设备服役期的延长和维护的简化等。

4.1 智能配电网对开关设备的要求

4.1.1 智能配电网的特征要求

智能电网具有分布式能源接入、微电网接入、交直流混合、电能质量控制、系统平衡运行、不间断供电、资产管理等特征。

4.1.2 智能配电网开关设备的特征要求

在平衡运行方面，具有提升提供实时信息（电压、电流、功率、负载特性、开关位置等）的能力和提升电能分配的控制能力。

在不间断供电方面，能提升故障切除能力及支持供电快速恢复，提供设备状态评价及设备运行能力的预判断。

在资产管理方面，能延长设备服役能力，降低设备服役成本。

4.1.3 对智能配电网开关设备的信息需求

在智能调度方面，需要发、输、配、用各环节的电量信息及发展趋势信息。

在智能控制方面，需要设备现状、承载能力变化、设备状态变化等信息。

在智能运营与管理方面，需要多种真实、实时、相互关联的信息。

4.1.4 智能配电网开关设备对信息的需求

信息采集的目的。具有优化控制功能、增加状态评判功能、提供管理功能等基础信息。

信息获取方式。提供传感器获取底层设备基础信息、状态信息，操作和控制信息记录，累计数据库历史信息。

信息关联方式。采用统一模型描述多种信息关联关系，采用统一的传输方式保证信息共享的一致性和及时性。

4.1.5 智能配电网开关设备的控制功能要求

在操作可靠性方面，依靠设备而不依靠人，消除人为因素，即自动化。

在操作精度方面，具有操作指令的检验确认、操作过程的监控、操作结果的评定能力。

在操作简便性方面，能实现顺序控制、多方式多人机界面操控等。

在优化操作方面，具有选相位测定控制技术。

在智能操作方面，可以根据累计电烧蚀、风机等指标分析操控。

4.1.6 智能配电网开关设备等资产管理的支撑要求

智能开关设备在资产管理方面，其综合性能符合降低购置成本、运行成本（状态评估、故障预测）及运行惩罚性成本的要求，符合安全可靠长期运行的目标。

4.2 智能配电网开关的实现形式

智能配电网开关设备可以通过非一体化设计、多装置构成与开关柜体组合，部分功能一体化设计与开关柜体集成，功能、结构全面一体化集成来实现。

4.3 智能配电网开关设备的发展构想

通信能力具有丰富的信息内容、统一的逻辑模型、统一的传输方式。采用IEC61850规约方式，对实现方式兼容。

控制功能的多种实施方式，包括单柜程序化控制、整站程序化操作、断路器首选相控制、风机启动。

实施丰富的状态监测功能，包括多种信息的监测、数据库管理、专家系统。

实现对系统的控制计算，即“选相关合”。计算要素为：电源电压过零点关合时，电容器支路的合闸涌流最小，电容器上的电压最小；电源电压峰值处关合时，电抗器支路的合闸涌流最小；电源电压过零点关合时，电感上的电压最小，电压幅值变化大于4倍。对于部分谐波支路，电源电压峰值关合时，由于谐波电流的影响，关合涌流不是最大值。

5 中压母线快速保护

6～20 kV中压母线故障因素主要包括：绝缘老化和机械磨损，人为及操作错误，设备安全距离与高压要求相比有差距，出线多、操作频繁、运行电流大等导致的过电压，啮齿动物危害，电压互感器一次击穿，高温导致铜排、电缆烧毁，气体急剧膨胀导致开关柜爆炸，强烈震动导致固定件松动，高温、强光等。

为保证变压器及母线开关设备的安全运行，根据继电保护快速性的要求，迫切需要配置中压母线快速保护。

依靠变压器后备过流保护，需要进行整定配合，保护整定时间一般在1 s以上。不安全因素为：切除故障的时间长，设备损伤程度大甚至烧毁。

采用电弧光保护方案，即由电弧光保护装置构成独立母线保护系统，采用“光+电”信号双重判据，能实现多间隔（可多达240个）母线保护，适合于常规站和数字化站。

分布式母线差动保护解决方案“基于IEC61850数字化过程层技术”，通过SMV模拟量以及GOOSE开关量信号交互，实现完整的母线保护功能，适用于数字化变电站。

6 智能配电网的发展过程

智能配电网发展主要分为2个步骤。

6.1 第1步的主要任务

智能配电网网架体系建设，标准模型与交换体系集成，通信体系与信息模型建立，智能设备、智能终端、智能电能表、智能传感器研发，智能配电网实验室建立，智能配电网生产、管理、报修等子系统一体化、可视化平台建立，故障报修95598接警分析，快速仿真、状态估计、潮流分析，在线风险预警技术分析，储能技术分析。

6.2 第2步的主要任务

智能配电网运行优化重构，智能配电网智能监控及自愈控制可视化，智能配电调度，设备不停电检修，智能自愈控制高级应用，电能质量监测与协调，电力技术定制，电动汽车充电站规划、调度，分布式电源和微电网即插即用、智能接入及运行控制[1]。

7 配电网自动化的发展趋势

包括用户在内的配电智能化的发展空间非常广阔，ZEpower电力监控系统普遍应用于电力系统、市政医疗、智能建筑、石油化工、冶金、轻工业、公共交通、水处理等领域，采用现代通信技术和计算机技术实现对配电系统的各项分析和管理功能，提高配电系统管理的效率，实现事故预告和预控，保障配电系统的安全可靠运行，提高电能质量，帮助用户实现降低电能消耗的目标，从而为用户创造更多的价值，推动国民经济的发展。