智能配电网技术方案的应用设计

    随着社会对环境保护、节能减排和可持续发展的要求日益提高，用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提升。未来的电力系统数据量和信息量更大，需要支持能量流和信息流的双向流动，智能电网是未来必然的选择。本文分析了能量流、信息流及业务流在传统配电网、数字配电网及智能配电网中的不同特征，提出了智能配电网的技术方案，给出了完善电网基础设施、通信传输系统平台以及相关的智能配电终端的设计方法。

    智能配电网是智能电网的一部分，也是连接输电网与广大用户的路径。智能配电网既可充分利用清洁能源，又可保证电网安全稳定。通过智能配电网建设，可实现输电网与大容量清洁能源的协调调度，为发电与用电的功率平衡提供调节，确保电网的安全稳定，提高清洁能源的消费比重，促进节能减排，提高能源利用效率。通过智能配电网建设，可以实现能量与信息的双向流动，同时实现与用户的友好互动，有效提升供电服务水平，通过需求侧来管理和引导用户科学、合理用电，提高电能应用的经济性和安全性。与传统配电网相比，智能配电网在供电安全性、电能质量和电网资产利用率等方面都有显着提升。

    1 智能配电网技术方案框架

    智能配电网是集传感测量、计算机、通信、信息、自动控制等领域新技术在配电系统中应用的总成，是从改善电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的配电技术进行有机的融合，使配电网的结构以及保护与运行控制方式发生革命性的变化。因此，智能配电网技术方案框架应该包括完善的物理网架、设备，兼容的通信平台以及应用软件系统。

    2 完善配电网网架

    配电网一次网架具有N-1 及以上的供电能力是实施自愈的网架基础 ；配电网一次设备具有满足自动化的基本条件，包括电动操作机构、互感器以及相应的电源配置；配电自动化系统本身的实用化程度是实施自愈的自动化系统基础。新能源兼容接入的推广应用，首先需要新能源及大规模储能技术具有好的性价比 ；另外，配电网本身的接纳能力的提高，则需要从规划、运行以及自动化和保护技术等多方面进行技术改进与创新。

    结构合理、网架完善的配电网实体和安全经济、灵活可靠的智能配电装备是智能配电网的基础。但我国传统配电网基础比较薄弱，自动化程度较低，距智能配电网的要求存在较大的差距，所以在智能配电网框架最底层的设备层，需要完善以下功能 ：

    第一，建设完善的实体配电网。智能配电网应改变我国配电网发展长期滞后、基础薄弱的现状，加强和完善配电网的基础设施建设，建成具有合理网架结构的配电网；未来的配电网应能灵活应对自然灾害等突发性事件。

    第二，实现配电装备的智能化。由于传统的开关、保护控制设备和配电终端不适应智能配电网的需求，且分布式电源的大量接入对智能配电设备也提出了新的需求，所以智能配电网应实现配电装备的智能化。

    3 兼容的通信平台

    信息的有效集成是智能化的前提。要解决配电网通信系统的全覆盖，就要在部分涉及到智能分布式处理的区域具有双向对等通信能力。由于智能配电网的通信系统不可避免地采用多种通信方式，其网络安全问题，特别是采用公共通信网络的信息安全问题就一定要解决。配电信息模型的一致性验证技术是保证配电网信息交互与共享的关键，配电网基础信息准确、完备则是保证配电网信息可用性的基础。

    智能配电网需要采集大量的设备状态数据和各类表计计量数据，对于这些量大、采集点多且分散、对实时性要求高的数据，传统的信息通信体系已不能满足要求，需应用先进的传感测量技术，建立统一的通信和信息平台作为支撑。智能配电网对数据信息的管理和维护都在数据层完成，数据层是智能配电网的海量数据库，为配电网各个环节的电网业务提供更多的数据支持，所以，在数据层需要对两个技术支撑点开展研究。

    另外就是开放的通信平台。现有配电网通信网络信息大多为从设备到调度中心单向流动，仅有少量的控制信息是从调度中心到设备，这显然不能满足智能电网双向通信的需求，为此，建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能配电网的基础。构建开放的通信平台需要重点研究的内容如下：

    一是开放的通信架构，以形成一个“即插即用” 的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信。

    二是统一的技术标准，以便所有的传感器、智能设备以及应用系统之间能无缝通信，实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。

    三是统一的信息平台。现有的信息系统数据来源不统一、数据模型维护不及时、彼此之间无法协调和沟通，因而需要建立一个信息来源更广泛、信息量更大、支持信息双向流动和数据共享机制的统一的信息平台。

    电网正在向智能化方向发展，但目前配网通信网建设还不完善，因而制约了配电智能化的实施。智能配电网中的高级配电运行、高级量测体系、高级资产管理对通信业务时延、带宽等需求各不相同，其业务可分为实时控制业务和非实时监测、管理业务。结合配电网通信网建设必须遵循的安全性、可靠性、经济性要求，本文提出智能配电网通信以光纤通信实现重要节点保障、以无线通信实现广泛覆盖、以载波通信作为接入补充的技术方案。

    4 系统综合应用平台

    智能配电网系统应用平台的基本功能包括：基于 SCADA 系统的满足测量、控制、保护、计量需要的配电网各个节点的数据获取与存储 ；基础应用则包括与电网生产、基建、运行管理相关的各种应用系统 ；高级应用包括电能质量分析与评价，供电可靠性分析，网损计算及其他个性化的应用。基础应用主要包括配电网及其设备的可视管理、配电管理与用电管理的信息化，智能配电网将通过各种分析计算与仿真模拟，针对配电网的优化运行、智能调度、智能控制等提供决策支持，实现配电网的优化运行与智能控制，实现分布式电源/微网/储能装置的合理接入以及与用户的良好互动，保证配电网安全、可靠、稳定、经济、环保运行。智能配电网最终的智能化目标是有效整合并综合利用电力系统的稳态、动态、暂态运行信息，实现电力系统正常运行的在线监测、优化、预警、动态安全分析以及紧急状态下的故障诊断隔离、协调控制、自我恢复等功能。

    5 结语

    智能配电网是建设智能电网的重点环节，智能配电网应具有完善的网架结构、智能化设备、通信技术平台等。智能配电网是一个集成了传统和前沿配电工程技术、高级传感和测控技术、现代计算机与通信技术的配电系统，因而更加安全、可靠、优质、高效，可支持分布式电源的大量接入，并为用户提供择时用电等与配电网互动的服务，是将各种配电新技术进行有机的集成、融合，使系统的性能出现革命性的变化。智能配电网是一个集技术与管理于一体的庞大系统，其建设是一个循序渐进的过程，要在科学的长远规划指导下，按照系统生长论的理念，基于“云计算”的思维模式，分步分区实施，以期达到智能配电网安全、高效、经济和可持续的建设目标。<