城市智能电网规划原则及技术办法研究

2021-03-28曾伟东林育艺

电气技术与经济 2021年3期

程卓曾伟东舒舟廖威林育艺

（深圳供电局有限公司）

0 引言

智能电网是实现智慧城市建设的重要内容，通过城市智能电网的规划和建设，可以达到智能化供电设施、便捷化公共服务、绿色化能源利用，形成高效而优质的城市能源供给利用体系与服务体系，达到城市可持续发展的目标。对此，在智慧城市建设中，要加大对城市智能电网建设与规划的重视程度，以智能电网低碳化为目标，不断提高智能电网的供能效率，制定科学合理的智能电网规划方案，提高城市智能电网规划的前瞻性和导向性，进而推动智慧城市的发展。在这样的环境背景下，探究城市智能电网规划原则及技术办法具有非常重要的现实意义。

1 城市智能电网规划的原则

1.1 以顶层设计为目标

在城市智能电网规划设计中，涉及到的内容比较广泛，具体包括配电自动化、微电网并网、分布式电源、双向互动服务系统、智能用能服务系统、信息化应用等专业的内容，涉及到的专业种类多，这就需要工作人员以顶层设计为主，引导城市智能电网规划方向。在研究智能电网规划中，要以宏观角度着手，以电力系统、用户、社会等三个层次为核心进行规划，依托于现有电网和城市能源保障，通过通信技术，构建无线公网和电力光纤等用电网络体系，配合电网调控一体化系统，达到电力流、业务流和信息流的统一调配。

1.2 以逐步开展为手段

在城市智能电网规划设计中，由于投资总额大、涉及面广，需要工作人员结合各个区域的用电需求，考虑现有配网结构和相关设备的使用情况，绘制规划路线，坚持以逐步开展为手段的规划原则，分步实施，最终实现城市智能电网的规划目标。第一，工作人员要统一规划，根据规划方案进行分布实施，防止由于系统发展或是技术更新造成的重复性建设；第二，城市智能电网规划中，必须考虑到城市规划建设和电网改造要求，三者相互协调，进而促进智能电网建设项目综合效益的最大化；第三，在城市智能电网规划中，电网系统运行必须符合接口标准化与开发化要求，非标准系统接入时，必须转化成标准系统，保证电网系统的运行寿命和可用期限。

2 城市智能电网规划的技术方法

2.1 负荷预测

负荷预测是城市智能电网规划中的有效技术方法，在前期开展中必须依托于电网规划，以此为根据进行负荷预测，帮助施工人员和设计人员精准布设电源点，计算电网规划规模，按照电力负荷特性，结合不同电力系统和不同地区，选择适当的负荷预测方式。当前，负荷预测方法包括灰色预测法、专家预测法、模糊聚类识别预测法，其中模糊聚类识别预测法就是以历史数据信息为参考依据，构建典型预测模型，分析和研究负荷变化情况和影响负荷变化的因素，判断未来负荷变化走势和发生状态，选择最佳的预测模型，达到负荷预测的最佳效果。在实际使用中，以用电量增长值为预测值，以国内生产值、产业总值和人口增长值为用电影响因素，构建历史环境与电量增长模型，确定未来被测历史环境因素，在模型中选择最为接近的历史环境，计算增加的用电量。

2.2 网络结构规划

在城市智能电网规划建设中，以智能电网结构优化为主要任务，在结构优化过程中，要保证电力系统正常运行，结合网络规划因素与变电站容载比，引入遗传算法开展智能电网的网络结构规划工作。遗传算法依托于控制理论与生物遗传学理论，由自然遗传逐渐推演出的准确算法，将其引入到网络结构优化中，可以达到电网无功优化的效果，具体如下：①根据智能电网结构准备数据信息，确定发电厂地理位置，准备电力设备中的元件电阻信息、最大温度极限信息、电抗信息；②开展编码工序，结合控制变量信息，对电网元器件设备进行编码操作，构建自动化运行流程；③构建评价函数，将所有评价因素纳入到评价函数中，综合考量外界环境因素对智能电网运行的影响，并将其编入到函数表中；④开展遗传操作，通过交叉变异操作，逐步实现电力系统结构优化，达到智能电网的规划和建设。

2.3 电气计算

在电气计算中，工作人员要做好潮流计算、断路电流计算和稳定性计算，通过计算机辅助启动运行模型，对智能电网中的电力系统运行设备开展模拟计算，验证和判断智能电网结构的稳定性和可行性。在城市智能电网规划中，利用预测负荷的方式检测电力网架，模拟运行规划中的智能电网，从智能电网模拟构架运行中，判断未来建成电网的供电能力、网损情况、电压水平和潮流流向等参数信息，及时发现城市智能电网规划中的问题，提出合理的解决方案。同时，在电气计算中，要根据已确定的网架结构，优化短路计算，判断智能电网短路电流水平，以此为依据，选择电力设备型号与运行方式，提高智能电网运行的稳定性和可靠性。

3 案例分析

3.1 项目概况

在配电网智能化建设中，计划用清洁型分布式能源结构，减轻供电负担，达到电力负荷用户减负的效果，解决城市电网中传统能源供电的弊端，符合国家配电网建设要求。但是在实际运行中，其分布式电源分散接入缺少稳定性，在微电网接入配电网络的过程中，分布式电源影响配电网的运行，增加了网损，进而使得电网系统稳定性大大降低，无法达到电压稳态分布。

3.2 规划思路

在该智能电网规划中，依托于智能负荷预测技术确定配电线路关键站点，站在长期角度上，构建供电安全稳定的中压配电系统，优化网络结构，控制和降低网损和线损，使得配电网由近期运行过渡到远期运行。对此，在智能电网规划中，确定以下规划思路：①以解决传统网架结构缺陷和线路负载率高的问题为目标，使得线路通过“N－1”校验，剔除智能电网运行中的重过载线路，选择大截面导线，使得高损配电更换率达到100%；②要提高各个变电站的用电互供能力，支持上级电网运行，达到辐射线路智能化改造；③选择绝缘架空线，不断增加配电网绝缘化率，以此强化智能电网供电中的自动化水平与供电稳定性。

3.3 规划方法

将供电区域根据用电量和用电要求，划分为A、B、C三类供电区域，坚持安全原则下，A类供电区域必须符合“N－1”供电智能技术要求，B类用电区域可符合“N－1”供电智能技术要求，C类供电区域可以不符合“N－1”供电智能技术。结合相关标准要求进行网络接线，选择110kV配电网典型接线方式。具体情况如下：①在A类供电区域中，变电站布点比较均匀，间隔利用率较高，判断A类供电区域智能配变容量适当，选择单辐射线路过渡接线方式，提高A类供电区域供电的稳定性和安全性，达到单双侧电源单环网络接线方式；②在B类供电区域中，整体供电负荷密度低，故选择单辐射线路逐渐过渡为单环网目标的接线方式，与A类供电区域相同的是，选择单双侧电源单环网供电方式，达到两种接线方式共同运行的状态；③在C类供电区域中，由于供电范围较大，整体供电负荷密度低，供电用户基本为分散状态，故选择单辐射线路过渡为单环网接线方式，即为双接线模式运行。

3.4 电网接线设计

由于用电负荷密度逐渐增加，明确中压配电网供电安全指标，对电网线路进行优化和升级，选择电缆取替原有的架空线路，形成配电网主干结构。

（1）单辐射接线设计

在传统架空接线连接方式的基础上，减少配电线路，为智能化标准的实现提供基础条件，具有良好的经济性。在小型分布式电源中，增加接线负荷，连接单电源，且保持原有的自动化保护配置系统。在电缆替换中，一旦由于操作不当导致配电网故障，则需要考量供电长度和电缆线故障率，无须预留备用容量。

（2）“N－1”主备接线设计

该接线方式要预留备用容量，这是因为这种接线方式主要利用线路相互备用的方式提高线路利用效率，以保证供电稳定和安全性。在“N－1”主备接线设计中，选择“3－1”、“4－1”接线方式，这种接线方式可以提高线路利用率，便于扩展。例如，在“3－1”接线设计中，备用接线方式以馈线连接线路末端安装联络开关为主，将第二联络开关连接其他线路，形成分段联络模式，将线路载流量提高到70%以上。