智能电网中的电力设计关键技术解析

郭海雁

（智方设计股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000）

1 工程概况

保丰村110 kV 输变电工程位于湖北省武汉市东湖新技术开发区，属于20 kV 试点区域规划变电站。站址在高新大道以南、豹山路以东，位于湖北省广播电视基地（以下简称省广电）3 期地块内，属于国家电网有限公司与省广电共建项目，占地约0.453 hm2。

本站属于110 kV 电网终端站，投产后变电站供区范围东至外环线（20 kV 供区东边界），西至高科4 路，南至高新2 路，北至九峰1 路（20 kV 供区北边界），供电面积约为 4.5 km2，初期规划时预计投产后，2021 年、2022 年、2023 年负荷分别达到74.2 MW、77.87 MW、81.75 MW。

2 智能电网电力设计方案

2.1 设计原则与要求

（1）此次保丰村110 kV 输变电工程，按照武汉东湖新技术开发区管理委员会和国网湖北省电力有限公司武汉供电公司提出的要求，电力设计需要遵循质量优先和适度超前原则，并且提出了政企合作电网建设的新模式，即由东湖高新管理委员会负责变电站土建部分，完成建设后转交武汉供电公司，由该公司负责变电站电气建设的部分。

（2）电力设计采用政企合作电网建设模式，电力廊道参考所在地区政府规划要求。

2.2 应用设计参数

以《国家电网有限公司输变电工程通用设计（2020 年版）》方案为依据，并根据最新国家电网基建《国家电网公司关于印发国家电网公司标准化建设成果（35～750 kV输变电工程通用设计、通用设备）应用目录（2022 年版）》标准，得出电力设计参数。110 kV 变电站通用设计方案与参数如表1 所示。

表1 110 kV 变电站通用设计方案与参数

3 智能电网中电力设计关键技术及应用要点

3.1 信息采集和处理技术

信息采集和处理技术主要应用在电网电量领域，包括采集和处理功率、频率以及电能等信息。电流和电压二次信号可以通过该技术进行高速模数转换，得到一次值，用于监控故障电流。通过计算电流和电压向量，还可以得到需要的电力参数[1]。智能电网设计中，在数据交换安全程度等方面具有严格要求，尤其是智能电力设备，必须采集重要参数并对其展开失电保管，及时上报重要数据和智能电网状态信息，若出现短路等故障，可以快速展开处理。

3.2 能源转换技术

目前，诸多可再生能源中，太阳能和风能利用相对较多，这2 种能源不仅没有污染，而且均具有可再生的特点[2]。该背景下，电能今后的发展方向极有可能以光伏电网等并网技术为主导。实际上，与其他国家应用的能源转换技术相比，我国采用的技术依在发展，尤其是在智能电网方面。因此，将能源转换技术作为智能电网电力设计的关键技术，可以发挥可再生能源和并网技术的优势，一方面可以节约电力能源，另一方面可以有效保护环境，满足经济性和环保性等诸多要求。

3.3 高压直流输电技术

电力设计中需要应用高压直流输电技术，通过控制器实现工作状态的逆变或者整流。对于轻质量直流输电系统，换流器中有大量关断电极元件，可以在电流传输时保证其稳定性，并且符合近距离和远距离的直流输电工程电力设计要求。

3.4 柔性交流输电技术

智能电网电力设计中应用柔性交流输电技术，可以提高能源的清洁度，是当前智能电网建设中非常关键的技术。柔性交流输电技术离不开电子技术、微电子技术和微处理技术等的支持，其在控制交流输电方面具有明显的优势。由于我国智能电网输变电电压非常高，在智能电网建设中便需要融入清洁能源，达到能源隔离的效果。

3.5 电能质量优化技术

为最大限度地发挥电能质量优化技术的优势，必须构建电能质量等级以及评估机制，同时供电接口需要体现经济性[3]。常见的电能质量优化技术包括电气化铁道平衡供电技术和连续调谐波器关键技术，均能够有效提升智能电网的电能质量和经济性。

3.6 高速双向通信技术

高速双向通信技术可以快速检测并分析智能电网受损位置，保证智能电网可以自动恢复正常。在智能电网建设中应用高速双向通信技术，最直观的优势是能够监控智能电网，为电力安全提供保证，并且可以提高智能电网资源分配的合理性。例如，进入用电高峰期后，可以采用高速双向通信技术，增强智能电网的自控性与可靠性。

4 智能电网中电力设计优化措施

4.1 发电与电力能源储存方面

结合保丰村110 kV 输变电工程，对于该电力系统而言，发电是所有运行程序中能源消耗相对较少的环节。智能电网建设过程中，采用分布式发电与储能技术，可以提高发电效能，避免能源和资源的过度消耗，同时可以规避周围环境的污染。例如，风力发电技术可以将风力转化为电能，并且风能是可再生能源，无须担心能源枯竭问题；太阳能发电技术可以将光能转化为电能，达到发电的目的[4]。

智能电网的储能环节主要采用电磁储能，在多个维度应用电力设计关键技术。通过利用以风能和太阳能为代表的新能源，可以有效杜绝资源和能源过度开发的现象出现。结合该项目所在地区即武汉市的实际情况，选择合适的发电形式。此外，工作人员需要综合考虑地区优势，大力应用风能和太阳能等诸多新能源，既可以为发电提供支持，又能够改善环境。

尽管智能电网发电与储能技术在实际应用中有非常明显的优势，但是也不能忽略该技术存在的不足。例如，新能源的供给稳定性不高，尽管风能和太阳能能够保证能源供给的持续性，但是无法完全实现不间断的能源供给。尤其是在无风和无太阳光照射的情况下，无法继续供给能源。因此，智能电网电力设计中，要想保证发电的持续性，必须关注发电和储能情况。智能电网发挥控制作用，确保新能源和储存电能协调配合，为发电系统稳定运行创造条件。

4.2 配输电方面

配输电方面，本设计应用关键技术将智能电网与电力系统进行连接，即使是远距离电力工程，也能够紧密连接，稳定传输电能，同时承载较大功率的电能输送。例如，在输配电环节应用高温超导技术，不仅可以有效减少运输环节的电能耗损，还可以保护环境不被污染。

4.3 设备引进方面

对电力系统而言，智能电网具有重要作用，结合本项目建设要求，需要在电力设计中引入合适且先进的设备，充分发挥电力系统优势。例如，选择高质量的电力储存设备，可以保证能源储存的稳定性，降低能源泄漏的概率[5]。高质量的运输电设备可以传输大量电力，避免电力运输中产生的能量损耗以及环境污染问题，并且支持长时间运转，降低设备故障概率。

选择主变压器时，分析保丰村110 kV 变电站的负荷预测结果可知，直到2025 年，保丰村110 kV 变电站的最大负荷约为90.15 MW。若以负荷功率因数为0.95 进行计算，则需要主变容量为94.89 MVA。同时，按照《35 kV ～110 kV 变电站设计规范》（GB 50059—2011）以及变电站供区主变容载比的相关要求，选择不同主变容量对应的容载比结果如表2 所示。按照分层分区电力平衡结果以及系统潮流、工程供电范围内（4 ～5 km2）负荷及负荷增长情况，2025 年110 kV 容载比可以达到1.77，并且呈现逐年递增态势。可以确定，终期3 台容量为80 MVA 的主变能够满足供电需求，确定保丰村110 kV 变电站终期采用3 台容量为80 MVA 的主变，本次采用2 台容量为80 MVA 的主变。

表2 不同主变容量对应的容载比

此外，该变电站可以为附近地区20 kV 配网进行供电，参考《电力系统电压和无功电力技术导则》（GB/T 40427—2021），直接向20 kV 配电网有载调压型降压变压器提供电能，降压变压器高压侧的额定电压，低压侧额定电压选择1.05 倍系统额定电压。主变高压侧电压为110 kV，低压侧电压为21 kV，电压变比为110 ∶21。主变选择有载调压变压器，分接头电压为（110±8×1.25%）kV。

5 结 论

目前，我国电力行业朝着智能化方向发展，智能电网的建设成为行业关注的重点，尤其是电力设计中关键技术的应用。结合智能电网建设要求，文章针对不同技术，提出相应的要点，充分发挥先进技术优势，能够减少电能耗损，降低电力运输和系统运行过程中发生故障的概率。同时，分析了电力设计的关键技术，不仅能够保护环境，满足智能电网的建设要求，并为我国电力行业的智能化发展提供动力。