发电厂变压器与智能配电网协同运行的关键技术研究与应用

刘 庆

（山西鲁晋王曲发电有限责任公司，山西 长治 046000）

0 引 言

随着社会的发展和科技的不断进步，电力作为现代社会运转的重要基础，其供应的安全性、稳定性以及高效性受到人们的广泛关注。在此背景下，发电厂变压器与智能配电网的协同运行尤为重要。

1 配电网存在的问题

1.1 配电网缺少实时的监控调度能力

电配网在实时数据采集、处理及分析方面存在不足，无法准确、及时地掌握电网的运行状态和故障信息[1]。这种实时监控调度能力的缺失，不仅会影响配电网的正常运行，还可能引发一系列的安全问题和经济损失。例如，无法及时发现和处理电网故障，可能导致停电范围扩大、恢复时间延长，也可能因调度决策失误而引发连锁反应，进一步加剧电网的不稳定性和风险。

1.2 配电网智能化水平不足

许多配电网仍在使用老旧设备，可能不支持先进的通信技术和控制技术。配电网运行过程中会产生大量数据，需要强大的数据处理能力进行分析和挖掘。然而当前的数据处理技术和系统可能无法满足配电网智能化的需求，导致无法充分发挥数据的价值。

1.3 传统电网的能源利用效率低下

一些输电线路和变压器由于长期运行与外界环境的影响，出现了绝缘性能下降、导电性能不稳定、结构疲劳等一系列老化现象，影响电能的传输效率。部分地区的电力供给无法满足日益增长的用电需求，导致系统过度负荷，电能利用效率大幅下降。此外，在高负荷状态下，设备工作不稳定，也会增加能耗。

2 关键技术应用分析

2.1 实时监控与智能调度技术

在配电网中部署先进的传感器和测量设备，以实现对电网运行状态的实时监控。利用大数据分析和人工智能技术，处理并分析监控数据，从而得到精确的电网运行状态和预测信息[2]。电网运行监控方案如图1 所示。

图1 电网运行监控方案

假设电网有功功率P可以通过测量设备实时获取，则电网的实时负载率计算公式为

式中：P为电网当前的有功功率；Pmax为电网的最大有功功率。通过计算实时负载率，了解电网当前的负载情况。如果负载率接近或超过100%，则需要采取调度措施来平衡负荷。建立智能调度系统，根据实时监控数据和预测信息智能调度并优化电网，提高电网运行效率和能源利用率。

2.2 配电网设备智能化改造技术应用

智能化改造老旧的配电网设备，使其支持先进的通信技术和控制技术。利用物联网技术，构建配电网设备的信息感知和智能控制体系，实现配电网设备的互联互通。基于感知的信息，智能控制配电网设备，如通过控制开关状态来调整电网功率。智能控制通常依赖于优化算法和控制策略。

配电网设备互联互通是建立在现有的电力规则基础上，针对电网运行过程中所产生的大量数据进行聚类分析，对数据进行详细分析与处理，提取其中有价值的信息，为配电网的智能化管理与优化提供决策支持。该策略的重点是利用数据分析来发现电网运行中可能存在的问题，并采取相应的措施来改进和优化，推动电网的可持续发展。采用聚类分析将数据集中的观测对象划分为相似的组或簇，常见的聚类算法包括k 均值聚类和层次聚类。其中，k 均值聚类的公式为

式中：xi为第i个观测对象的特征向量；vk为第k个聚类的中心向量，通常位于数据集范围的中心附近；||xi-vk||为特征向量与中心向量的正距离。||xi-vk||的最小值是0，表示观测对象恰好位于聚类中心；最大值则取决于数据集的范围和分布，理论上可以是任意大的正数，但在实际的电力运行过程中通常会受限于数据集内观测对象之间的最大可能距离。根据式（2），计算每个观测对象与各个聚类中心之间的距离，从而进行有效的聚类分析。

2.3 能源互联网技术应用

将发电厂变压器与智能配电网协同运行纳入能源互联网的框架，实现多能互补和优化配置。利用先进的储能技术，平滑发电厂出力和负荷波动，从而提高电网的稳定性和可靠性。通过能源互联网技术，实现分布式能源的高效利用和可再生能源的大规模接入，推动能源转型和可持续发展。储能系统功率变化量的计算公式为

式中：ΔPEES为储能系统的功率变化量；Pch为储能系统的充电功率；Pdis为储能系统的放电功率。在能源互联网框架下，通过发电厂变压器与智能配电网协同运行，可以实现多能互补和优化配置，提高能源的利用效率，减少能源浪费。

3 技术应用优化

3.1 构建智能协同运行平台

通过整合实时监控与智能调度系统建立一个统一的智能协同运行平台，包含实时监控、数据分析和智能调度功能。通过该平台，全面监测和智能调度电网运行状态，提高电网运行效率和能源利用效率[3]。采用高速、可靠的通信技术，确保传感器和测量设备与智能协同运行平台之间的数据传输实时且准确。同时，支持设备间的互联互通，实现信息的共享和协同工作。传感器和测量设备与智能协同运行平台的互联互通数据如表1 所示。

表1 传感器和测量设备与智能协同运行平台的互联互通数据

3.2 优化能源利用和调度策略

在智能协同运行平台的支持下，实现多能互补和优化配置。通过考虑各种能源的特性和需求，制定合理的能源利用和调度策略，提高能源利用效率[4]。利用先进的储能技术，平滑发电厂出力和负荷波动。

储能系统的充放电管理可以根据电网实际情况，在高峰时段释放储存的能量，平衡电网负荷，从而实现对供电过程的精确控制。当电网负荷波动较大时，储能系统可以迅速释放储存的能量，提供持续的电能；而在负荷较小的时候，储能系统可以将多余的电能储存起来，以备不时之需。在电力需求突然增加或减少的情况下，能够迅速调整输出功率，为用户提供高质量的电力服务。在能源转型的大背景下，储能技术可以有效整合可再生能源，而储能系统能够将电网产生的电能储存起来，优化电网的功率流分布。

超级电容器能在短时间内储存大量电能，将电能转化为氢能，储存在储氢罐中，需要时将氢气与氧气反应生成电能。在用电环节实施需求侧管理，加强与用户的互动，推动电力系统的安全降碳，提高能源利用效率，降低能量损耗。电力需求侧管理需要全方位发挥需求侧资源潜力，加强电源、电网、负荷及储能的协同互动，根据电力系统运行需求调整用电行为，保障电力系统的稳定运行。通过峰谷电价和可中断负荷等措施，引导用户合理用电，降低电网负荷峰谷差。通过安装智能电表和智能设备，实时监测用户的用电情况和需求变化，制定有序的用电方案，提高电能利用效率。

3.3 提升系统安全性和稳定性

建立完善的网络安全防护体系，确保智能协同运行平台的安全稳定运行。采用先进的加密技术和认证机制，保护数据和通信的安全。在关键设备和通信链路上采用冗余设计，提高系统的可靠性[5]。当某个设备或链路出现故障时，系统能够自动切换到备用设备或链路。提升配电网系统的安全性，需要从设备选型、施工质量以及运维管理3 个方面入手。首先，设备选型需要选择真空断路器和高压开关柜，能够在极端情况下快速切断故障电流，防止事故扩大。其次，施工质量应符合相关条例和规范，确保电气连接可靠、接地系统完善及防雷措施到位。最后，运维管理方面应建立完善的巡检、维护和应急响应机制，及时发现并处理潜在的安全隐患。

提升配电网系统的稳定性，要从电源结构、运行方式以及控制策略3 个方面进行优化。首先，电源结构应采用多路独立电源供电，如数据中心采用4 路10 kV 电源接入和2 主2 备的运行方式，在一路或多路电源故障时，仍能保证数据中心的正常供电。其次，运行方式应采用灵活的母线运行方式，如2N运行方式，变压器采用热备份。最后，控制策略须采用自动控制方法，即中压电源级控制器型切换方案，实现市电与油机电源的自动切换，防止油机电源反送电，对电网造成冲击，从而确保电网的稳定运行。定期维护和更新配电网设备，保持设备的良好状态。对于老旧设备和不能满足现代电网发展需求的设备，应及时进行智能化改造或更新换代，提高设备的智能化水平与运行效率。

4 结 论

通过应用实时监控与智能调度技术、配电网设备智能化改造技术、能源互联网技术等，成功解决当前电网运行中存在的问题，提高了电网的运行效率、能源利用效率、系统稳定性。未来，将继续深入研究并优化这些关键技术的应用，推动智能电网的发展和能源转型。