岳超 張文松 李美玲 王正輝 祁秋民

摘要：在分析智能配電網(wǎng)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，闡述了智能配電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)，有針對(duì)性地提出了規(guī)劃思路，總結(jié)了智能配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展的重要性。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);規(guī)劃;分布式發(fā)電;負(fù)荷預(yù)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM711

配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)。隨著智能配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)要求也越來(lái)越高，對(duì)供電可靠性的要求也逐漸增加。[1]因此，需要全方位的發(fā)展智能配電網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行規(guī)劃，才能保證智能配電網(wǎng)為用戶(hù)提供高效、可靠的電力供應(yīng)。

1智能配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1分布式發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，主要采用太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等分布式發(fā)電。太陽(yáng)能發(fā)電以其清潔、可再生、分布廣泛的特點(diǎn)，在全國(guó)得以大力推廣，太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用主要有光伏發(fā)電、光熱發(fā)電兩種。近幾年，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用也較為廣泛，中央企業(yè)投資大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，風(fēng)力發(fā)電已進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展階段。分布式發(fā)電技術(shù)和傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，以其環(huán)保的特點(diǎn)脫穎而出，符合我國(guó)綠色發(fā)展理念，不僅更好地推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，更重要的是進(jìn)一步推進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展理念。

1.2配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

通過(guò)分析經(jīng)由智能檢測(cè)系統(tǒng)所傳輸?shù)碾娋W(wǎng)數(shù)據(jù)，在SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控、智能調(diào)度等管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的信息智能管理功能。配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)主要分為運(yùn)行自動(dòng)化技術(shù)和管理自動(dòng)化技術(shù)。[2]

運(yùn)行自動(dòng)化技術(shù)主要通過(guò)信息采集監(jiān)控自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員對(duì)配電網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)、正常運(yùn)行故障方式等進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)數(shù)據(jù)采集終端傳輸?shù)叫畔⒔K端，由調(diào)度人員進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)故障隔離與修復(fù)自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)收集的信息，判斷故障類(lèi)型及故障點(diǎn)，從而做出跳閘操作，隔離故障區(qū)域，再通過(guò)重合閘操作實(shí)現(xiàn)對(duì)供電區(qū)的正常供電。另一方面，通過(guò)讀表自動(dòng)化技術(shù)，分析用戶(hù)的用電數(shù)據(jù)，通過(guò)智能系統(tǒng)繪制用電曲線(xiàn)，從而對(duì)電力決策提供數(shù)據(jù)支撐，以便更好地為用戶(hù)提供服務(wù)。

管理自動(dòng)化技術(shù)主要通過(guò)智能系統(tǒng)分析、制定設(shè)備及電網(wǎng)檢修計(jì)劃，提高電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，并通過(guò)停電管理自動(dòng)化、用電管理自動(dòng)化系統(tǒng)，收集電網(wǎng)信息，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)分析，制定電網(wǎng)停電檢修計(jì)劃等，在一定程度上減少了運(yùn)行人員的工作量，并為科學(xué)的決策提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化管理。

1.3智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

智能配電網(wǎng)因其系統(tǒng)內(nèi)存在大量的數(shù)據(jù)，不同的用電行業(yè)、不同的用戶(hù)所能提供的數(shù)據(jù)也存在差異化，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘及可視化技術(shù)，[3]將智能配電網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，建立完整的數(shù)據(jù)價(jià)值鏈，解讀數(shù)據(jù)中隱藏的相互關(guān)系，將不同的數(shù)據(jù)關(guān)系網(wǎng)進(jìn)行交流和融合，最后，將數(shù)據(jù)價(jià)值鏈的分析結(jié)果還原為配電網(wǎng)自身，為決策者提供相應(yīng)的決策思路，通過(guò)挖掘配電網(wǎng)中具有價(jià)值的數(shù)據(jù)，用以提高電網(wǎng)自身管理水平，修正智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中存在的問(wèn)題。

1.4微電網(wǎng)技術(shù)

微電網(wǎng)是由某一種或幾種微電源與電力負(fù)荷以某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接在一起所組成的電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)受到電網(wǎng)內(nèi)部電力電子器件所控制。這種微電網(wǎng)可以為負(fù)荷提供必要的電力供應(yīng)，并且可以通過(guò)內(nèi)部的電力電子器件靈活控制，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地對(duì)負(fù)荷進(jìn)行供電。相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，這種方式可以被視為一個(gè)單一可控供電單元，能夠滿(mǎn)足電力負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的基本要求。微電網(wǎng)通過(guò)分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合供電，一方面，當(dāng)分布式電源輸出功率不能滿(mǎn)足負(fù)荷需求時(shí)，可以由儲(chǔ)能系統(tǒng)放電為負(fù)荷正常供電，另一方面，當(dāng)分布式電源出力大于負(fù)荷需求時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)多余的電能，有需求的時(shí)候再放電。而且，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以平滑分布式電源的出力，從而提高系統(tǒng)的可靠性，因此，微電網(wǎng)相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)更能靈活的進(jìn)行供電。微電網(wǎng)的主要特征如下：

（1）微電網(wǎng)和傳統(tǒng)配電網(wǎng)類(lèi)似，主要采用輻射狀的接線(xiàn)形式，系統(tǒng)中主要含有微電源、電力電子控制設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷等，這些電力元件共同組成統(tǒng)一的微電網(wǎng)正常運(yùn)行。

（2）大多數(shù)微電網(wǎng)規(guī)模、容量較小，呈現(xiàn)系統(tǒng)的微型化。在我國(guó)低壓配電網(wǎng)中，微電網(wǎng)的容量一般為兆瓦級(jí)以下，通常將微電網(wǎng)直接與電力負(fù)荷相連接，實(shí)現(xiàn)靈活就地供電。[4]

（3）微電網(wǎng)與主網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)相連，可以實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。微電網(wǎng)可以平衡電能，通過(guò)微電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，使系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷優(yōu)先由微電源供電，當(dāng)電能不足時(shí)通過(guò)公共連接點(diǎn)由主網(wǎng)進(jìn)行正常供電，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)由孤島到并網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。[5]

（4）微電網(wǎng)供電可靠性高，在主網(wǎng)發(fā)生故障后能夠迅速斷開(kāi)公共連接點(diǎn)，轉(zhuǎn)換為孤島運(yùn)行方式為負(fù)荷供電，當(dāng)故障解除主網(wǎng)恢復(fù)供電后又可以重新并網(wǎng)運(yùn)行，保證了對(duì)電網(wǎng)中重要負(fù)荷的可靠供電，提高了供電可靠性。

1.5主動(dòng)配電網(wǎng)

主動(dòng)配電網(wǎng)被定義為：可以對(duì)分布式電源、柔性負(fù)載和儲(chǔ)能裝置等系統(tǒng)中可控能源進(jìn)行自發(fā)控制的配電網(wǎng)，也可通過(guò)靈活的改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蓪?duì)配電網(wǎng)潮流進(jìn)行管理，在適當(dāng)?shù)恼{(diào)控和接入標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上接入配電網(wǎng)的分布式電源，起到一些系統(tǒng)支撐作用。[6]在主動(dòng)配電網(wǎng)中，自動(dòng)化、通信等技術(shù)以及優(yōu)化的控制策略被用于進(jìn)行分布式電源、儲(chǔ)能和負(fù)荷的有效調(diào)控，保證配電網(wǎng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。進(jìn)一步地，主動(dòng)配電網(wǎng)的“主動(dòng)”之處可以理解為下述4個(gè)方面：（1）具有可控制的分布式能源（例如分布式電源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等）;（2）將分布式電源引入最優(yōu)調(diào)度，控制其發(fā)出的功率;（3）配電網(wǎng)故障時(shí)，非故障區(qū)域的重要負(fù)荷可由分布式電源供電;（4）部分分布式電源發(fā)電過(guò)剩時(shí)，不必降低出力運(yùn)行，而是通過(guò)柔性負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)分層消耗多余的出力。

2智能配電網(wǎng)規(guī)劃要點(diǎn)

2.1智能配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)

電力負(fù)荷按照其不同的用電情況可以分為以下八類(lèi)：城鎮(zhèn)居民用電負(fù)荷，商業(yè)用電負(fù)荷，一般工業(yè)用電負(fù)荷，農(nóng)、林、漁、牧、水利用電。智能配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)通過(guò)整理擬規(guī)劃地區(qū)配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，分析該地區(qū)電力負(fù)荷發(fā)展特點(diǎn)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。主要步驟如下：

（1）確定負(fù)荷預(yù)測(cè)原則：收集相關(guān)電網(wǎng)資料，整理分析歷史負(fù)荷變化趨勢(shì)，確定擬規(guī)劃智能配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)水平年及遠(yuǎn)景年，分析不同的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的適用范圍，并確定最優(yōu)方案作為指導(dǎo)方法。

（2）整理資料：對(duì)收集的國(guó)民經(jīng)濟(jì)報(bào)告、電網(wǎng)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)等資料進(jìn)行整理，剔除異常數(shù)據(jù)，審核整理出負(fù)荷預(yù)測(cè)所需的最優(yōu)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行修正和調(diào)整。

（3）建立模型：以選擇的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法為指導(dǎo)，在概括整理資料的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，同時(shí)根據(jù)規(guī)劃地區(qū)的實(shí)際情況修正數(shù)學(xué)模型。

（4）進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)：在相關(guān)計(jì)算軟件中搭建數(shù)學(xué)模型，以確定的原則為基礎(chǔ)，輸入歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出初步預(yù)測(cè)值，并根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況與擬規(guī)劃的智能配電網(wǎng)的影響因素，重復(fù)修正預(yù)測(cè)值，得出最終預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.2智能配電網(wǎng)可靠性評(píng)估

智能配電網(wǎng)可靠性評(píng)估主要有解析法、模擬法及Monte-Carlo模擬法。解析法主要用于評(píng)估簡(jiǎn)單的智能配電系統(tǒng)，是將系統(tǒng)中的所有元件設(shè)為理想元件，并且將其故障停運(yùn)狀態(tài)理想化，根據(jù)系統(tǒng)和元件之間不同的邏輯關(guān)系，對(duì)不同元件建立不同的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)迭代計(jì)算求解此模型，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。解析法主要有故障模式后果分析法、網(wǎng)絡(luò)等值法、故障遍歷搜索法等。解析法精度較高，數(shù)學(xué)模型邏輯表達(dá)清晰，但是如果網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，元件數(shù)目較多時(shí)，由于輸入數(shù)學(xué)模型中的數(shù)據(jù)也相應(yīng)增多，計(jì)算量也會(huì)不斷增加，因此只能考慮有限數(shù)量的負(fù)荷。

當(dāng)電力系統(tǒng)由復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組成，并且系統(tǒng)中含有多個(gè)分支時(shí)，無(wú)法建立合適的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。因此需要采用模擬法來(lái)分析可靠性。這種方法利用計(jì)算機(jī)生成隨機(jī)數(shù)，根據(jù)準(zhǔn)確的概率模型反復(fù)迭代，進(jìn)行隨機(jī)模擬試驗(yàn)，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)中的各個(gè)元件的故障率、修復(fù)時(shí)間等已知，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，含有較多分支并難以建立準(zhǔn)確的評(píng)估模型時(shí)，可以采用Monte-Carlo抽樣法，Monte-Carlo模擬法又被稱(chēng)為隨機(jī)抽樣法。這個(gè)方法需要根據(jù)準(zhǔn)確的概率模型進(jìn)行反復(fù)的模擬，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)抽樣試驗(yàn)計(jì)算所求數(shù)據(jù)，最后根據(jù)樣本結(jié)果收斂條件判斷是否收斂，得出所求數(shù)據(jù)的近似解。Monte-Carlo模擬法應(yīng)用于大規(guī)模電力系統(tǒng)中，可以相對(duì)容易的模擬出系統(tǒng)在發(fā)生故障前運(yùn)行條件，發(fā)生故障后的停運(yùn)狀態(tài)，Monte-Carlo模擬法和解析法的不同之處在于，它不受電力系統(tǒng)的規(guī)模制約，在電力系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)也能夠相對(duì)容易的分析其可靠性，因此該方法適合于評(píng)估大型且較為復(fù)雜的電力系統(tǒng)。

2.3智能配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

經(jīng)濟(jì)型評(píng)價(jià)作為衡量項(xiàng)目規(guī)劃是否合理的重要方面，在智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中起到重要作用。通過(guò)對(duì)智能配電網(wǎng)的綜合效益進(jìn)行定量分析，比較各類(lèi)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，確定最優(yōu)方案，為配電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展提供科學(xué)的決策。在經(jīng)濟(jì)型評(píng)價(jià)體系中，主要通過(guò)初始投資費(fèi)用、系統(tǒng)年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、總費(fèi)用現(xiàn)值、年停電損失費(fèi)用、單位負(fù)荷年費(fèi)用、收益成本等指標(biāo)來(lái)衡量智能配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)型。在具體的評(píng)價(jià)階段，以傳統(tǒng)最小費(fèi)用評(píng)價(jià)法、收益成本評(píng)價(jià)方法、收益增量成本增量評(píng)價(jià)方法、利潤(rùn)驅(qū)動(dòng)評(píng)價(jià)方法等對(duì)智能配電網(wǎng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供指導(dǎo)。

3結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)作為電網(wǎng)企業(yè)與用戶(hù)之間溝通的橋梁，直接影響著用戶(hù)的用電體驗(yàn)和電網(wǎng)的供電可靠性。隨著人民生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶(hù)對(duì)電網(wǎng)的要求也越來(lái)越高。通過(guò)科學(xué)的方法規(guī)劃智能配電網(wǎng)，才能保證配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電可靠性，提高未來(lái)智能配電網(wǎng)的智能化程度，保證電網(wǎng)安全有序的發(fā)展。

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