馬祖濤

摘要：智能電網(wǎng)將對未來配電網(wǎng)的發(fā)展前景產(chǎn)生廣泛和深入的影響。智能電網(wǎng)必須具備包括自愈性、高可靠性、可以進(jìn)行能量管理以及實(shí)時(shí)制定上網(wǎng)電價(jià)等多個(gè)特性。從配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，智能電網(wǎng)必須結(jié)合諸如智能儀表、自動(dòng)控制、通訊、分布式電源或儲(chǔ)能裝置等多種新技術(shù)。對智能電網(wǎng)對配電網(wǎng)設(shè)計(jì)可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)設(shè)計(jì);配電網(wǎng)自動(dòng)化;智能電網(wǎng)

隨著科技水平的不斷進(jìn)步，電力工業(yè)中不斷地涌現(xiàn)出新的技術(shù)，如何將最新的科技成果應(yīng)用于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中，是電力科技工作者不懈的追求。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)多為輻射狀結(jié)構(gòu)并無法和外界進(jìn)行信息交換，而未來的配電網(wǎng)將更多地采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并具備智能功能。本文將首先介紹當(dāng)前國外智能電網(wǎng)主要的研究動(dòng)態(tài)，重點(diǎn)討論智能電網(wǎng)下和配電網(wǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)的潛在技術(shù)以及這些技術(shù)的集成問題。

1、各種技術(shù)對配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的影響

在研究智能電網(wǎng)的諸多課題中，智能電網(wǎng)對現(xiàn)有配電網(wǎng)的影響;智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布局與現(xiàn)有配電網(wǎng)的相互關(guān)系都是有待深入研究的課題。為了回答這些問題，本節(jié)將分別介紹智能電網(wǎng)和現(xiàn)有配電網(wǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)的各種技術(shù)。

1.1智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施

智能電網(wǎng)將在每個(gè)用戶服務(wù)中心裝設(shè)先進(jìn)的智能儀表。這些儀表在計(jì)量時(shí)將具有雙向通訊功能，可以從遠(yuǎn)方連接或斷開服務(wù)、記錄波形、監(jiān)測電壓和電流、支持使用時(shí)間和實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)結(jié)構(gòu)。這些智能儀表和當(dāng)前普通儀表裝設(shè)的位置相同，因此將不會(huì)在設(shè)計(jì)上產(chǎn)生直接的影響。但是這些智能儀表將產(chǎn)生大量供運(yùn)行和規(guī)劃使用的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和資產(chǎn)評估。

智能儀表可能帶來的最大的改變將是在實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)領(lǐng)域。真正的實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)將趨向于平衡配電系統(tǒng)的負(fù)荷模式;同時(shí)，這些儀表將為各種智能應(yīng)用提供自動(dòng)響應(yīng)接口。從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，有關(guān)峰值負(fù)荷數(shù)據(jù)將是最重要的。如果每個(gè)用戶的峰荷減少，供電線路可以設(shè)計(jì)得更長，允許的電壓將會(huì)更低，電纜的線徑可以更小。最有可能的情況是基于智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施將使供電半徑增加。

1.2配電網(wǎng)自動(dòng)化

配電網(wǎng)自動(dòng)化指位于供電線路之外監(jiān)控、控制和通訊功能。從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，配電網(wǎng)自動(dòng)化最關(guān)鍵的方面是保護(hù)和開關(guān)操作，通常這兩者都集中到同一個(gè)裝置中。當(dāng)今配電網(wǎng)自動(dòng)化在配電網(wǎng)中可以視為一個(gè)費(fèi)用合理的智能節(jié)點(diǎn)。這些設(shè)備可以通過開斷短路電流、監(jiān)視電流和電壓、和其它節(jié)點(diǎn)通訊、自動(dòng)重構(gòu)系統(tǒng)來恢復(fù)用戶供電或?qū)崿F(xiàn)其它目的。快速而靈活地重構(gòu)一個(gè)供電線路是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，這種能力是由配電網(wǎng)自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)的。它既需要配電網(wǎng)各組成部分有足夠的容量來接受和傳輸電能，也需要保護(hù)裝置在一個(gè)重構(gòu)的系統(tǒng)中可以合理地隔離故障。這兩方面都對配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)有影響。目前，多數(shù)配電網(wǎng)系統(tǒng)都設(shè)計(jì)成一個(gè)主干三相線路帶單相支線。主干線路接收由位于供電半徑中心的變電站傳輸過來的電能，而單相支線用于連接主干線路和負(fù)荷。實(shí)際配電網(wǎng)系統(tǒng)含有多個(gè)支路，通常是以開環(huán)或者其它復(fù)雜方式運(yùn)行并保留互相交跨的接線方式。

智能電網(wǎng)不僅僅是以最小費(fèi)用連接變電站和用戶，同時(shí)它也是一個(gè)可以快速和靈活重構(gòu)的系統(tǒng)。因此，未來的配電網(wǎng)將被設(shè)計(jì)成一個(gè)含有多個(gè)配電線路的智能電網(wǎng)，這個(gè)智能電網(wǎng)可以連接多個(gè)變電站。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)都采用時(shí)間-電流相配合的保護(hù)裝置，這些裝置都位于遠(yuǎn)離變電站的一側(cè)。但是對于智能電網(wǎng)而言，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是靈活可變的，從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)保護(hù)將不得不同時(shí)規(guī)劃從而保證保護(hù)在各種情況下的合理配置。

1.3分布式電源

分布式電源是連接到配電網(wǎng)的小容量發(fā)電機(jī)或儲(chǔ)能裝置。對于穿越功率小的系統(tǒng)（大約為峰荷容量的15%左右），分布式電源在連接點(diǎn)的保護(hù)配置將對配電網(wǎng)設(shè)計(jì)沒有大的影響。

一個(gè)智能電網(wǎng)將可能擁有更大容量、接入靈活的分布式電源。在這種情況下，配電網(wǎng)將和一個(gè)小型的輸電網(wǎng)類似，它需要考慮諸如非輻射性潮流、更高的短路容量等輸電網(wǎng)中常出現(xiàn)的問題。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)另外需要考慮問題包括在孤島情況下的運(yùn)行能力問題、減輕配電網(wǎng)優(yōu)化潮流的限制問題、分布式電源和實(shí)際電廠運(yùn)行配合的問題等。

2、智能電網(wǎng)的集成

如上節(jié)介紹，如果一個(gè)配電網(wǎng)同時(shí)具有智能儀表的基礎(chǔ)設(shè)施、眾多的配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備、高穿越功率的分布式電源等多項(xiàng)技術(shù)，每個(gè)技術(shù)都將對配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。但是，一個(gè)真正的智能電網(wǎng)將不會(huì)分別處理這些技術(shù)帶來的問題，而是綜合考慮這些技術(shù)，使這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

很多集成功能和通訊系統(tǒng)、IT系統(tǒng)及商務(wù)流程有關(guān)。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)綜合多項(xiàng)技術(shù)帶來的優(yōu)點(diǎn)，使智能電區(qū)*逐步建設(shè)成一個(gè)網(wǎng)狀的配電中樞。這個(gè)智能電網(wǎng)相對于輸電網(wǎng)而言更像以輻射狀運(yùn)行，但是相對與分布式電源而言又不是輻射狀運(yùn)行。保護(hù)這個(gè)配電中樞需要足夠的智能策略，即保護(hù)裝置的整定可以隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。輻射線路的接頭仍然可以接到配電中樞，但是支線保護(hù)可以逐漸取消熔斷器;支線上的配電網(wǎng)自動(dòng)化裝置將更為普遍，支線將逐步設(shè)計(jì)成環(huán)狀或更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

目前，配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳輸電能到用戶時(shí)，線路的電壓必須在不過載的情況下運(yùn)行于一個(gè)允許的范圍。在智能電網(wǎng)中，這一標(biāo)準(zhǔn)也是成立的。在設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)時(shí)需要考慮費(fèi)用、可靠性、發(fā)電的靈活性和用戶的選擇。

結(jié)論：

綜上所述，未來的配電網(wǎng)將同時(shí)擁有智能儀表、可靠的通訊能力、廣為使用的配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備、分布式電源和儲(chǔ)能裝置。通過集成這些技術(shù)，智能電網(wǎng)可以具有自愈性、供電可靠性更高、電能質(zhì)量更好、可以抵抗互聯(lián)網(wǎng)的攻擊、多方向運(yùn)行的潮流、設(shè)備利用率更高、運(yùn)行成本更低、用戶選擇更多等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。智能電網(wǎng)下配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)將和現(xiàn)在的配電網(wǎng)有顯著的不同，改造目前的配電網(wǎng)，使其適應(yīng)未來智能電網(wǎng)的發(fā)展將是一個(gè)漫長的路程。

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