智能配電網(wǎng)概述

3 智能配電網(wǎng)的主要技術(shù)內(nèi)容

SDG集現(xiàn)代電力新技術(shù)于一體,具體內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面。

1) 配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)覆蓋配電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)(控制中心、變電站、分段開關(guān)、用戶端口等) 的IP 通信網(wǎng),采用光纖、無(wú)線與載波等組網(wǎng)技術(shù),支持各種配電終端與系統(tǒng)“上網(wǎng)”。它將徹底解決配電網(wǎng)的通信瓶頸問(wèn)題,給配電網(wǎng)保護(hù)、監(jiān)控與自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)革命性的變化,并影響一次系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

2) 先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù),如光學(xué)或電子互感器、架空線路與電纜溫度測(cè)量、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量測(cè)量等技術(shù)。

3) 先進(jìn)的保護(hù)控制技術(shù),包括廣域保護(hù)、自適應(yīng)保護(hù)、配電系統(tǒng)快速模擬仿真、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等技術(shù)。

4) 高級(jí)配電自動(dòng)化。目前的配電自動(dòng)化技術(shù)包括配電運(yùn)行自動(dòng)化(安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、變電所綜合自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化) 、配電管理自動(dòng)化(配電地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理、檢修管理等) 以及用戶自動(dòng)化這3 個(gè)方面的內(nèi)容。這些內(nèi)容都屬于SDG技術(shù)的范疇。

為與目前大家熟知的配電自動(dòng)化區(qū)分,美國(guó)電科院提出了高級(jí)配電自動(dòng)化(Advanced Dist ri2bution Automation ,ADA) 的概念。ADA 是傳統(tǒng)配電自動(dòng)化(DA) 的發(fā)展,也可認(rèn)為是SDG 中的配電自動(dòng)化。ADA 的新內(nèi)容主要支持DER 的“即插即用”,它采用IP 技術(shù),強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)模型與通信服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化與開放性。

為使SDG 技術(shù)概念更有針對(duì)性,筆者建議ADA 僅包括配電運(yùn)行自動(dòng)化與配電管理自動(dòng)化,將用戶自動(dòng)化內(nèi)容列入下面介紹的高級(jí)量測(cè)體系。

5 ) 高級(jí)量測(cè)體系( Advanced MeteringArchitecture ,AMA) 是一個(gè)使用智能電表通過(guò)多種通信介質(zhì),按需或以設(shè)定的方式測(cè)量、收集并分析用戶用電數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。AMA 是支持用戶互動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù),是傳統(tǒng)AMR 技術(shù)的新發(fā)展,屬于用戶自動(dòng)化的內(nèi)容。

6) DER 并網(wǎng)技術(shù),包括DER 在配電網(wǎng)的“即插即用”以及微網(wǎng)(Micro Grid) 兩部分技術(shù)內(nèi)容。DER 的“即插即用”包括DER 高度滲透的配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)、DER 并網(wǎng)保護(hù)控制與調(diào)度管理、系統(tǒng)與設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化等。微網(wǎng)是指接有分布式電源的配電子系統(tǒng),它可在主網(wǎng)停電時(shí)孤立運(yùn)行。

DER 并網(wǎng)研究?jī)?nèi)容還包括有源網(wǎng)絡(luò)(ActiveNetwork) 技術(shù)。有源網(wǎng)絡(luò)指分布式電源大量應(yīng)用、深度滲透,潮流雙向流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。

7) DFACTS 是柔性交流輸電( FACTS) 技術(shù)在配電網(wǎng)的延伸,包括電能質(zhì)量與動(dòng)態(tài)潮流控制兩部分內(nèi)容。DFACTS 設(shè)備包括靜止無(wú)功發(fā)生器(SVC) 、靜止同步補(bǔ)償器( STA TCOM) 、有源電力濾波器(APF) 、動(dòng)態(tài)不停電電源(UPS) 、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR) 與固態(tài)斷路器( SSCB) 、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC) 等。

8) 故障電流限制技術(shù),指利用電力電子、高溫超導(dǎo)技術(shù)限制短路電流的技術(shù)。

綜上所述,SDG技術(shù)包含一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)兩方面的內(nèi)容。一個(gè)具體的SDG功能的實(shí)現(xiàn),往往涉及多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。以自愈功能為例,首先一次網(wǎng)架的設(shè)計(jì)應(yīng)該更加靈活、合理,并應(yīng)用快速斷路器、故障電流限制器等新設(shè)備;在二次系統(tǒng)中,應(yīng)用廣域保護(hù)、就地快速故障隔離等新技術(shù),以及時(shí)檢測(cè)出故障并進(jìn)行快速自愈操作。

4 建設(shè)智能配電網(wǎng)的作用與意義

電力系統(tǒng)已誕生一百多年了,盡管其電壓等級(jí)與規(guī)模與當(dāng)年相比已有天壤之別,但系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理并沒有很大的變化。進(jìn)入21 世紀(jì),面對(duì)當(dāng)今社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)提出的新要求和計(jì)算機(jī)、電力電子等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,有必要重新審視過(guò)去電網(wǎng)建設(shè)的模式,探討未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展新方向,而智能電網(wǎng)正是人們對(duì)這一問(wèn)題思考、研究的結(jié)果。智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展正在給電力系統(tǒng)帶來(lái)一場(chǎng)深刻的變革。

配電網(wǎng)直接面向用戶,是保證供電質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、創(chuàng)新用戶服務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在我國(guó),由于歷史的原因,配電網(wǎng)投資相對(duì)不足,自動(dòng)化程度比較低,在供電質(zhì)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定的差距。目前電力用戶遭受的停電時(shí)間,95 %以上是由于配電系統(tǒng)原因造成的(扣除發(fā)電不足的原因) ;配電網(wǎng)是造成電能質(zhì)量惡化的主要因素;電力系統(tǒng)的損耗有近一半產(chǎn)生在配電網(wǎng);分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響主要是對(duì)配電網(wǎng)的影響;與用戶互動(dòng)、進(jìn)行需求側(cè)管理的著眼點(diǎn)也在配電網(wǎng)。因此,建設(shè)智能電網(wǎng),必須給予配電網(wǎng)足夠的關(guān)注。結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)實(shí)際,積極研發(fā)應(yīng)用SDG技術(shù),對(duì)于推動(dòng)我國(guó)配電網(wǎng)的技術(shù)革命具有十分重要的意義。

SDG將使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的供方主導(dǎo)、單向供電、基本依賴人工管理的運(yùn)營(yíng)模式向用戶參與、潮流雙向流動(dòng)、高度自動(dòng)化的方向轉(zhuǎn)變。隨著我國(guó)SDG建設(shè)的進(jìn)展,將產(chǎn)生越來(lái)越明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益,主要以下3 個(gè)方面。

1) 實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)行,達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效。SDG應(yīng)用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù),對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并優(yōu)化管理,降低系統(tǒng)容載比并提高其負(fù)荷率,使系統(tǒng)容量能夠獲得充分利用,從而可以延緩或減少電網(wǎng)一次設(shè)備的投資,產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2) 提供優(yōu)質(zhì)可靠電能,保障現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。SDG在保證供電可靠性的同時(shí),還能夠?yàn)橛脩籼峁M足其特定需求的電能質(zhì)量;不僅可以克服以往故障重合閘、倒閘操作引起的短暫供電中斷,而且可以消除電壓聚降、諧波、不平衡的影響,為各種高科技設(shè)備的正常運(yùn)行、為現(xiàn)代社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供可靠?jī)?yōu)質(zhì)的電力保障。

3) 推動(dòng)新能源革命,促進(jìn)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制與運(yùn)行管理方式基本上不考慮SER 的接入,而且為不影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行,現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)或運(yùn)行導(dǎo)則對(duì)接入的DER 的容量及其并網(wǎng)點(diǎn)的選擇都做出了嚴(yán)格的限制, 制約了分布式發(fā)電的推廣應(yīng)用。SDG具有很好地適應(yīng)性,能夠大量地接入DER 并減少并網(wǎng)成本,極大地推動(dòng)可再生能源發(fā)電的發(fā)展,大大降低化石燃料使用和碳排放量,在促進(jìn)環(huán)保的同時(shí),實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)方式與能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

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徐丙垠山東理工大學(xué)教授,科匯電力自動(dòng)化公司董事長(zhǎng)

李天友高級(jí)工程師,福建省電力公司副總工

薛永端教授級(jí)高工,科匯電力自動(dòng)化公司總工

金文龍教授級(jí)高工,國(guó)家電網(wǎng)公司原發(fā)輸電部處長(zhǎng)