智能电网对配电网设计的影响探究

马祖涛

摘要：智能电网将对未来配电网的发展前景产生广泛和深入的影响。智能电网必须具备包括自愈性、高可靠性、可以进行能量管理以及实时制定上网电价等多个特性。从配电网设计的角度出发，智能电网必须结合诸如智能仪表、自动控制、通讯、分布式电源或储能装置等多种新技术。对智能电网对配电网设计可能产生的影响进行讨论。

关键词：配电网设计;配电网自动化;智能电网

随着科技水平的不断进步，电力工业中不断地涌现出新的技术，如何将最新的科技成果应用于电力系统配电网中，是电力科技工作者不懈的追求。传统的配电网多为辐射状结构并无法和外界进行信息交换，而未来的配电网将更多地采用网状结构并具备智能功能。本文将首先介绍当前国外智能电网主要的研究动态，重点讨论智能电网下和配电网设计相关的潜在技术以及这些技术的集成问题。

1、各种技术对配电网设计的影响

在研究智能电网的诸多课题中，智能电网对现有配电网的影响;智能电网的结构和布局与现有配电网的相互关系都是有待深入研究的课题。为了回答这些问题，本节将分别介绍智能电网和现有配电网设计相关的各种技术。

1.1智能仪表的基础设施

智能电网将在每个用户服务中心装设先进的智能仪表。这些仪表在计量时将具有双向通讯功能，可以从远方连接或断开服务、记录波形、监测电压和电流、支持使用时间和实时计费结构。这些智能仪表和当前普通仪表装设的位置相同，因此将不会在设计上产生直接的影响。但是这些智能仪表将产生大量供运行和规划使用的数据，这些数据可以用来实现更高的可靠性和资产评估。

智能仪表可能带来的最大的改变将是在实时计费领域。真正的实时计费将趋向于平衡配电系统的负荷模式;同时，这些仪表将为各种智能应用提供自动响应接口。从设计的角度出发，有关峰值负荷数据将是最重要的。如果每个用户的峰荷减少，供电线路可以设计得更长，允许的电压将会更低，电缆的线径可以更小。最有可能的情况是基于智能仪表的基础设施将使供电半径增加。

1.2配电网自动化

配电网自动化指位于供电线路之外监控、控制和通讯功能。从设计的角度出发，配电网自动化最关键的方面是保护和开关操作，通常这两者都集中到同一个装置中。当今配电网自动化在配电网中可以视为一个费用合理的智能节点。这些设备可以通过开断短路电流、监视电流和电压、和其它节点通讯、自动重构系统来恢复用户供电或实现其它目的。快速而灵活地重构一个供电线路是智能电网的一个重要组成部分，这种能力是由配电网自动化来实现的。它既需要配电网各组成部分有足够的容量来接受和传输电能，也需要保护装置在一个重构的系统中可以合理地隔离故障。这两方面都对配电网的设计有影响。目前，多数配电网系统都设计成一个主干三相线路带单相支线。主干线路接收由位于供电半径中心的变电站传输过来的电能，而单相支线用于连接主干线路和负荷。实际配电网系统含有多个支路，通常是以开环或者其它复杂方式运行并保留互相交跨的接线方式。

智能电网不仅仅是以最小费用连接变电站和用户，同时它也是一个可以快速和灵活重构的系统。因此，未来的配电网将被设计成一个含有多个配电线路的智能电网，这个智能电网可以连接多个变电站。

传统的配电网系统都采用时间-电流相配合的保护装置，这些装置都位于远离变电站的一侧。但是对于智能电网而言，配电网的结构是灵活可变的，从设计的角度出发，系统结构和系统保护将不得不同时规划从而保证保护在各种情况下的合理配置。

1.3分布式电源

分布式电源是连接到配电网的小容量发电机或储能装置。对于穿越功率小的系统（大约为峰荷容量的15%左右），分布式电源在连接点的保护配置将对配电网设计没有大的影响。

一个智能电网将可能拥有更大容量、接入灵活的分布式电源。在这种情况下，配电网将和一个小型的输电网类似，它需要考虑诸如非辐射性潮流、更高的短路容量等输电网中常出现的问题。配电网设计另外需要考虑问题包括在孤岛情况下的运行能力问题、减轻配电网优化潮流的限制问题、分布式电源和实际电厂运行配合的问题等。

2、智能电网的集成

如上節介绍，如果一个配电网同时具有智能仪表的基础设施、众多的配电网自动化设备、高穿越功率的分布式电源等多项技术，每个技术都将对配电网的设计产生影响。但是，一个真正的智能电网将不会分别处理这些技术带来的问题，而是综合考虑这些技术，使这些技术能实现效益的最大化。

很多集成功能和通讯系统、IT系统及商务流程有关。配电网设计时要同时综合多项技术带来的优点，使智能电区*逐步建设成一个网状的配电中枢。这个智能电网相对于输电网而言更像以辐射状运行，但是相对与分布式电源而言又不是辐射状运行。保护这个配电中枢需要足够的智能策略，即保护装置的整定可以随着网络结构的变化进行自适应调节。辐射线路的接头仍然可以接到配电中枢，但是支线保护可以逐渐取消熔断器;支线上的配电网自动化装置将更为普遍，支线将逐步设计成环状或更加复杂的结构。

目前，配电网系统设计传输电能到用户时，线路的电压必须在不过载的情况下运行于一个允许的范围。在智能电网中，这一标准也是成立的。在设计智能电网时需要考虑费用、可靠性、发电的灵活性和用户的选择。

结论：

综上所述，未来的配电网将同时拥有智能仪表、可靠的通讯能力、广为使用的配电网自动化设备、分布式电源和储能装置。通过集成这些技术，智能电网可以具有自愈性、供电可靠性更高、电能质量更好、可以抵抗互联网的攻击、多方向运行的潮流、设备利用率更高、运行成本更低、用户选择更多等多个优点。智能电网下配电网的设计将和现在的配电网有显著的不同，改造目前的配电网，使其适应未来智能电网的发展将是一个漫长的路程。

参考文献

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