引言

隨著社會對環(huán)境保護、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高，用戶對供電可靠性和電能質量的要求不斷提升。未來的電力系統(tǒng)數(shù)據量和信息量更大，需要支持能量流和信息流的雙向流動，智能電網是未來必然的選擇。智能配電網是智能電網的一部分，也是連接輸電網與廣大用戶的路徑。智能配電網既可充分利用清潔能源，又可保證電網安全穩(wěn)定。通過智能配電網建設，可實現(xiàn)輸電網與大容量清潔能源的協(xié)調調度，為發(fā)電與用電的功率平衡提供調節(jié)，確保電網的安全穩(wěn)定，提高清潔能源的消費比重，促進節(jié)能減排，提高能源利用效率。通過智能配電網建設，可以實現(xiàn)能量與信息的雙向流動，同時實現(xiàn)與用戶的友好互動，有效提升供電服務水平，通過需求側來管理和引導用戶科學、合理用電，提高電能應用的經濟性和安全性。與傳統(tǒng)配電網相比，智能配電網在供電安全性、電能質量和電網資產利用率等方面都有顯著提升。此外，基于能量流與信息流融合與互動的智能配電網還具有信息集成、自愈、互動、優(yōu)化和兼容的特征，具體如下：

信息集成。信息化是實現(xiàn)智能配電網的基礎，指具備對配電網實時和非實時信息的高度集成、多方共享和深度挖掘應用的能力。通過不斷的流程優(yōu)化和信息整合，可實現(xiàn)企業(yè)管理、生產管理、調度自動化與電力市場管理業(yè)務的集成，形成全面的輔助決策支持體系，支撐企業(yè)管理的規(guī)范化和精細化，不斷提升電力企業(yè)的管理效率。

自愈。由于配電網一般需要直接面向用戶，具有極高的復雜性，其特點是“點多、面廣線長”，因此，智能配電網要求具有強大的自愈能力，能夠及時檢測出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障，并進行相應的預案操作，使其不影響用戶的正常供電或將其影響降至最小。對配電網的運行狀態(tài)進行連續(xù)的在線自我評估，并采取預防性控制手段，及時發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患；故障發(fā)生時，在沒有或少量人工干預下，能夠快速定位并隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發(fā)生。

互動?；邮侵悄芘潆娋W的內在要求，一般是通過信息實時溝通分析，實現(xiàn)電源、電網和用戶資源的良性互動與高效協(xié)調，促進電能的安全、高效、清潔應用，實現(xiàn)系統(tǒng)運行與批發(fā)、零售電力市場的無縫銜接，支持電力新交易方式的有效開展，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；同時，通過市場交易更好地激勵電力市場主體參與配電網安全管理，從而提升電力系統(tǒng)的安全運行水平。

優(yōu)化。實現(xiàn)配電網控制策略的自動優(yōu)選、運行狀態(tài)的自動監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動恢復等。實現(xiàn)資產規(guī)劃、建設、運行維護等全壽命周期環(huán)節(jié)的優(yōu)化，合理地安排設備的運行與檢修，提高資產的利用效率，有效地降低運行維護成本和投資成本，減少電網損耗。

兼容。智能配電網能夠同時適應集中發(fā)電與分散發(fā)電模式，實現(xiàn)與負荷側的交互，支持風電等可再生能源的接入,擴大系統(tǒng)運行調節(jié)的可選資源范圍，滿足電網與自然環(huán)境的可持續(xù)和諧發(fā)展。

基于此，智能配電網的建設重點是在數(shù)字化電網與信息化企業(yè)的基礎上，結合電力設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，構建集成、自愈、互動、優(yōu)化和兼容的柔性電網。

智能電網涉及電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用、調度各個環(huán)節(jié)，其中，配電網處于電力系統(tǒng)的末端，直接與用戶相連,是實現(xiàn)電力系統(tǒng)對用戶的供電能力和供電質量的保障。智能配電網應具備核心硬件設備和軟件系統(tǒng)，智能配電網是配電網高級自動化的延伸，與傳統(tǒng)配電網的主要區(qū)別在于允許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入和微網運行，鼓勵各類不同電力用戶積極參與電網互動。

1智能配電網技術方案框架

智能配電網是集傳感測量、計算機、通信、信息、自動控制等領域新技術在配電系統(tǒng)中應用的總成，是從改善電網整體性能、節(jié)省總體成本出發(fā)，將各種新技術與傳統(tǒng)的配電技術進行有機的融合，使配電網的結構以及保護與運行控制方式發(fā)生革命性的變化。因此，智能配電網技術方案框架應該包括完善的物理網架、設備，兼容的通信平臺以及應用軟件系統(tǒng)。智能配電網的技術方案框架如圖1所示。

2完善配電網網架

配電網一次網架具有N-1及以上的供電能力是實施自愈的網架基礎；配電網一次設備具有滿足自動化的基本條件，包括電動操作機構、互感器以及相應的電源配置；配電自動化系統(tǒng)本身的實用化程度是實施自愈的自動化系統(tǒng)基礎。新能源兼容接入的推廣應用，首先需要新能源及大規(guī)模儲能技術具有好的性價比；另外，配電網本身的接納能力的提高，貝懦要從規(guī)劃、運行以及自動化和保護技術等多方面進行技術改進與創(chuàng)新。圖2所示是一個典型的完善配電網網架示意圖。

結構合理、網架完善的配電網實體和安全經濟、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網的基礎。但我國傳統(tǒng)配電網基礎比較薄弱，自動化程度較低，距智能配電網的要求存在較大的差距，所以在智能配電網框架最底層的設備層，需要完善以下功能：

第一，建設完善的實體配電網。智能配電網應改變我國配電網發(fā)展長期滯后、基礎薄弱的現(xiàn)狀，加強和完善配電網的基礎設施建設，建成具有合理網架結構的配電網；未來的配電網應能靈活應對自然災害等突發(fā)性事件。

第二，實現(xiàn)配電裝備的智能化。由于傳統(tǒng)的開關、保護控制設備和配電終端不適應智能配電網的需求，且分布式電源的大量接入對智能配電設備也提出了新的需求，所以智能配電網應實現(xiàn)配電裝備的智能化。

為了發(fā)展配電網的智能應用，實現(xiàn)上述功能，應加強以下技術的支撐點：

第一，應在規(guī)劃流程、數(shù)學模型和規(guī)劃方法等方面有所突破，以適應大量分布式電源的并網運行；

第二，智能配電裝備既要涵蓋傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的測控、保護、安全穩(wěn)定控制等裝置的功能，還要包括傳統(tǒng)一次系統(tǒng)的靜止補償裝置、固態(tài)開關、分布式儲能等裝置的功能。

更多的分布式能源（分布式發(fā)電、分布式儲能、需求側管理）滲透在配電系統(tǒng)基礎設施中，要求未來的智能配電系統(tǒng)具有新的靈活的可重構網絡拓撲、新的保護方案、新的電壓控制和新的儀表。

3兼容的通信平臺

信息的有效集成是智能化的前提。要解決配電網通信系統(tǒng)的全覆蓋，就要在部分涉及到智能分布式處理的區(qū)域具有雙向對等通信能力。由于智能配電網的通信系統(tǒng)不可避免地采用多種通信方式，其網絡安全問題，特別是采用公共通信網絡的信息安全問題就一定要解決。配電信息模型的一致性驗證技術是保證配電網信息交互與共享的關鍵，配電網基礎信息準確、完備則是保證配電網信息可用性的基礎。

智能配電網需要采集大量的設備狀態(tài)數(shù)據和各類表計計量數(shù)據，對于這些量大、采集點多且分散、對實時性要求高的數(shù)據，傳統(tǒng)的信息通信體系已不能滿足要求，需應用先進的傳感測量技術，建立統(tǒng)一的通信和信息平臺作為支撐。智能配電網對數(shù)據信息的管理和維護都在數(shù)據層完成，數(shù)據層是智能配電網的海量數(shù)據庫，為配電網各個環(huán)節(jié)的電網業(yè)務提供更多的數(shù)據支持，所以，在數(shù)據層需要對兩個技術支撐點開展研究。

首先是先進的傳感測量技術。傳感測量技術可給電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃人員提供數(shù)據支持，如功率因數(shù)、相位關系、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測數(shù)據等，應用先進的傳感測量技術，可以準確地感知電網的運行狀態(tài)，監(jiān)控設備的健康狀況，評估電網的安全性和穩(wěn)定性。

另外就是開放的通信平臺?，F(xiàn)有配電網通信網絡信息大多為從設備到調度中心單向流動，僅有少量的控制信息是從調度中心到設備，這顯然不能滿足智能電網雙向通信的需求，為此，建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能配電網的基礎。構建開放的通信平臺需要重點研究的內容如下：

一是開放的通信架構，以形成一個“即插即用”的環(huán)境,使電網元件之間能夠進行網絡化的通信。

二是統(tǒng)一的技術標準，以便所有的傳感器、智能設備以及應用系統(tǒng)之間能無縫通信，實現(xiàn)設備和設備之間、設備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。

三是統(tǒng)一的信息平臺?，F(xiàn)有的信息系統(tǒng)數(shù)據來源不統(tǒng)一、數(shù)據模型維護不及時、彼此之間無法協(xié)調和溝通，因而需要建立一個信息來源更廣泛、信息量更大、支持信息雙向流動和數(shù)據共享機制的統(tǒng)一的信息平臺。

圖3所示是一種用于智能電網的多種通信方式融合的通信平臺技術方案圖。

圖3多種通信方式融合的通信平臺技術方案

根據智能配電網通信業(yè)務需求，智能配電通信網主要以光纖通信對重要節(jié)點實現(xiàn)保障，無線通信作為實現(xiàn)廣泛覆蓋、載波通信接入的補充技術方案。110kV變電站一般都以光纖覆蓋，縱聯(lián)保護裝置、配網自動化監(jiān)測節(jié)點、分布式能源站、獨立儲能站、重要負荷管理節(jié)點也需要用光纖覆蓋來實現(xiàn)裝置之間、配電調度之間的光纖通信通道，并要求采用具有自愈功能的155Mb/sSDH環(huán)網或100Mb/s工業(yè)以太環(huán)網方式。在光通信覆蓋之外的智能電能表臺區(qū)集中點和設備運行狀態(tài)監(jiān)測點，可以采用寬帶無線通信或租用公網無線通信方式，以建立智能電能表雙向信息和設備運行狀態(tài)信息到配網管理站的無線通道。智能電能表到臺區(qū)集中點的通信方式可根據距離遠近，采用RS-485電纜、Wi-Fi、GPRS及載波等方式實現(xiàn)智能電能表的靈活接入。

電網正在向智能化方向發(fā)展，但目前配網通信網建設還不完善，因而制約了配電智能化的實施。智能配電網中的高級配電運行、高級量測體系、高級資產管理對通信業(yè)務時延、帶寬等需求各不相同，其業(yè)務可分為實時控制業(yè)務和非實時監(jiān)測、管理業(yè)務。結合配電網通信網建設必須遵循的安全性、可靠性、經濟性要求，本文提出智能配電網通信以光纖通信實現(xiàn)重要節(jié)點保障、以無線通信實現(xiàn)廣泛覆蓋、以載波通信作為接入補充的技術方案。圖4所示是智能配電網通信網絡示意圖。

4系統(tǒng)綜合應用平臺

智能配電網系統(tǒng)應用平臺的基本功能包括：基于SCADA系統(tǒng)的滿足測量、控制、保護、計量需要的配電網各個節(jié)點的數(shù)據獲取與存儲；基礎應用則包括與電網生產、基建、運行管理相關的各種應用系統(tǒng)；高級應用包括電能質量分析與評價,供電可靠性分析，網損計算及其他個性化的應用。

基礎應用主要包括配電網及其設備的可視管理、配電管理與用電管理的信息化，智能配電網將通過各種分析計算與仿真模擬，針對配電網的優(yōu)化運行、智能調度、智能控制等提供決策支持，實現(xiàn)配電網的優(yōu)化運行與智能控制，實現(xiàn)分布式電源/微網/儲能裝置的合理接入以及與用戶的良好互動，保證配電網安全、可靠、穩(wěn)定、經濟、環(huán)保運行。智能配電網最終的智能化目標是有效整合并綜合利用電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)運行信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運行的在線監(jiān)測、優(yōu)化、預警、動態(tài)安全分析以及緊急狀態(tài)下的故障診斷隔離、協(xié)調控制、自我恢復等功能。智能配電網的這些功能最終將通過基礎應用層實現(xiàn)?；A應用層的主要功能如下：

圖4智能配電網通信網絡示意圖

第一，優(yōu)化運行。優(yōu)化運行可解決含分布式電源的配電網安全運行與經濟運行，可實現(xiàn)正常運行方式下網損最小化,提高配電設備使用效率，以及檢修方式下的網絡優(yōu)化和故障方式下的快速轉供。

第二，快速仿真與模擬。配電網快速仿真與模擬是實現(xiàn)配電網自愈的重要工具，其目的是通過配電網狀態(tài)估計、潮流計算、負荷預測、動態(tài)安全評估、預想事故分析等為系統(tǒng)自適應保護、故障定位和隔離、網絡重構等及時提供決策支持,具體涵蓋靜態(tài)模型和動態(tài)特性相結合的分析計算及基于信號分析的實時直接測量、實時狀態(tài)估計、潮流計算、聚合分析、短期負荷預測、預想事故分析、動態(tài)安全分析等。

第三，智能調度。智能配電網若要支持分布式電源的大量接入及能量的雙向流動，智能調度則需要實現(xiàn)真正意義上的全電網狀態(tài)實時精確估計，對智能電網進行更為精確的調控，并加強需求側管理。

第四，智能控制。分布式電源的大量接入，使得用戶側也不再是單純的用電環(huán)節(jié)，用戶與電網之間的深度互動使得配電網的智能控制不再是一個單一目標的控制問題，智能配電網在保證電網安全、經濟和優(yōu)質運行的前提下，還要考慮節(jié)能減排、提高能源轉化效率等目標。

第五，分布式電源/微網接入。配電網中的分布式電源靠近負荷中心，可降低電網輸送的容量，提高供電可靠性。而大量的分布式電源并人中、低壓配電網運行，將徹底改變傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)單向潮流的特點，所以要求系統(tǒng)使用新的保護方案、電壓控制和儀表等來滿足雙向潮流的需要。由于分布式電源具有波動性和間歇性的特點，并人電網后，如果控制不當，就容易對電網產生沖擊，因而需要對分布式電源及風電功率的并網運行進行研究，并大力發(fā)展儲能技術。

第六，建立、完善各類標準體系叫在智能配電網建設過程中，通過完善統(tǒng)一的標準可以實現(xiàn)各類電力設施及各種新技術應用之間的互聯(lián)互通，因而應積極參與國際標準的研究和制定，爭取在國際標準體系中的話語權，并結合國內配電網現(xiàn)狀，建立一套適用性強、兼容性好的開放標準體系。

高級應用主要指綜合所有數(shù)據和開發(fā)的個性化的應用，如電壓質量監(jiān)測與控制，網損的計算分析，可靠性統(tǒng)計等。最終實現(xiàn)配電網的電能質量、可靠性及網損的綜合分析與評價。

5結語

智能配電網是建設智能電網的重點環(huán)節(jié)，智能配電網應具有完善的網架結構、智能化設備、通信技術平臺等。智能配電網是一個集成了傳統(tǒng)和前沿配電工程技術、高級傳感和測控技術、現(xiàn)代計算機與通信技術的配電系統(tǒng)，因而更加安全、可靠、優(yōu)質、高效，可支持分布式電源的大量接入，并為用戶提供擇時用電等與配電網互動的服務，是將各種配電新技術進行有機的集成、融合，使系統(tǒng)的性能出現(xiàn)革命性的變化。智能配電網是一個集技術與管理于一體的龐大系統(tǒng)，其建設是一個循序漸進的過程，要在科學的長遠規(guī)劃指導下，按照系統(tǒng)生長論的理念，基于“云計算”的思維模式，分步分區(qū)實施，以期達到智能配電網安全、高效、經濟和可持續(xù)的建設目標。

20210919_6146f6ac02e2e__智能配電網技術方案的應用設計