張 瑋，丁孝華，趙景濤

（國網(wǎng)電科院配農(nóng)電公司，江蘇 南京211000）

1 新形勢下農(nóng)村配電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

配電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，是影響供電服務(wù)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電動汽車、分布式能源、微電網(wǎng)、儲能裝置等設(shè)施大量接入，以及電力市場開放和各種用電需求的出現(xiàn)，對低壓配電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性提出更高要求。以分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量為例：2016 年為1032 萬kW，2017 年為2966 萬kW，增長達(dá)187.4%。2020 年為6000萬kW，比2017年翻倍。

農(nóng)村配電網(wǎng)作為供電服務(wù)的“最后一公里”，具有管理需求變化快，管理設(shè)備規(guī)模大，服務(wù)要求高等特點(diǎn)。由于缺乏頂層設(shè)計(jì)，存在重復(fù)建設(shè)、頻繁改造、原則不統(tǒng)一等問題，各系統(tǒng)、設(shè)備間接口標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)約存在差異，互聯(lián)互通性較差，無法形成整體優(yōu)勢，造成大量經(jīng)濟(jì)資源、數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)。隨著管理要求的不斷提升，配電臺區(qū)的功能呈現(xiàn)多樣化和智能化的趨勢，接入的信息和設(shè)備也成倍增加，涉及配變狀態(tài)監(jiān)測、無功補(bǔ)償、剩余電流動作保護(hù)器、電能表、分布式電源、電動汽車充電樁等多種類型，若按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行集中監(jiān)測管控，將對人員運(yùn)維、通信傳輸、主站系統(tǒng)信息處理等方面帶來較大壓力。低壓配電網(wǎng)自動化、信息化、智能化水平不高，現(xiàn)有資源配置能力無法滿足快速變化的業(yè)務(wù)服務(wù)需求，尤其是“電能替代”、分布式電源、電動汽車等外部環(huán)境變化，對電能質(zhì)量、供電可靠性提出了更高要求。同時農(nóng)村地區(qū)亟需開展綜合能源服務(wù)，一方面適應(yīng)不同用戶群體、滿足多樣性能源需求、迎合多種能源應(yīng)用的要求；另一方面以“服務(wù)”為中心，提供領(lǐng)先的能源服務(wù)理念、過硬的平臺、相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和能源控制技術(shù)等整體解決方案。

配電網(wǎng)智能化是針對面臨的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，通過全面深化智能感知、大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)融合和運(yùn)維管控的自動化、信息化、互動化的高度集成，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的主動優(yōu)化控制、靈活高效運(yùn)維與科學(xué)管理決策，適應(yīng)多元化負(fù)荷快速發(fā)展，滿足客戶服務(wù)多樣化需求。

本文介紹了未來農(nóng)村配電網(wǎng)發(fā)展方向的思考主要包括三個方向，一是配電智能化支撐智能運(yùn)檢體系建設(shè)，二是先進(jìn)裝備支撐配網(wǎng)全景智能感知，三是全面解決方案服務(wù)綜合能源業(yè)務(wù)開展。

2 農(nóng)村配電網(wǎng)智能化發(fā)展方向（一）

2.1 配電物聯(lián)網(wǎng)云化主站

圖1 配電物聯(lián)網(wǎng)云化主站

配電物聯(lián)網(wǎng)云化主站立足能源電力基礎(chǔ)設(shè)施，支撐電網(wǎng)業(yè)務(wù)、能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。其中，電網(wǎng)業(yè)務(wù)含電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行、企業(yè)經(jīng)營管理、對外客戶服務(wù)；能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)含多能協(xié)調(diào)與互補(bǔ)、綜合能源服務(wù)、能源運(yùn)營與交易、智慧用能等；新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)含電子商務(wù)、網(wǎng)上國網(wǎng)、金融、養(yǎng)老、征信、智慧車聯(lián)網(wǎng)等，如圖1 所示。物聯(lián)網(wǎng)云化主站遵循“戰(zhàn)略引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動，末端融合、統(tǒng)一連接，智能防御、安全可信，規(guī)劃布局、標(biāo)準(zhǔn)先行，成果繼承、經(jīng)濟(jì)高效，服務(wù)用戶、構(gòu)建生態(tài)”的建設(shè)原則，實(shí)現(xiàn)新一代電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)從終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全到業(yè)務(wù)應(yīng)用能力提升的建設(shè)目標(biāo)。

2.2 基于大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)智能化運(yùn)維管控

基于大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)智能化運(yùn)維管控，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)治理，對設(shè)備運(yùn)檢數(shù)據(jù)規(guī)范化建模，跨平臺獲取及異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及量化融合、數(shù)據(jù)校驗(yàn)及無效數(shù)據(jù)的智能剔除等。

評估指標(biāo)體系實(shí)現(xiàn)特征參量與狀態(tài)間的表征規(guī)律，特征參量的優(yōu)選，指標(biāo)體系的建立。

故障診斷和預(yù)測包括故障診斷、特征參量預(yù)測、故障預(yù)測，如圖2 所示。狀態(tài)差異化評價包括故障模式因果關(guān)系、差異化評價、故障概率計(jì)算等。

圖2 故障診斷和預(yù)測

風(fēng)險評估包括指標(biāo)體系、風(fēng)險量化、不良工況修正。剩余壽命預(yù)測包括指標(biāo)體系、壽命損失模型、不良工況修正。檢修決策包括檢修方式、方案優(yōu)選、檢修順序。檢修策略效能評估包括評價規(guī)則建立、檢修效果評價、效能評估等。

2.3 配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)

配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)，可基于供電能力分析確定負(fù)荷正常增長情況下的網(wǎng)絡(luò)改造和新建方案及負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案，主要考慮負(fù)荷均衡、降低損耗；基于節(jié)假日、工作日負(fù)荷不同特性，給出變壓器常態(tài)運(yùn)行方式，主要考慮降低損耗、提供供電質(zhì)量；以日線損電量最低、電壓偏移量最小、開關(guān)動作次數(shù)最少，提供多時段網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化方案，優(yōu)先考慮供電質(zhì)量，同時降低損耗；優(yōu)先考慮重要負(fù)荷供電，并保證電壓質(zhì)量；考慮在出現(xiàn)故障情況下，實(shí)時快速隔離故障，提高可靠性。

2.4 多級無功優(yōu)化

配電網(wǎng)可調(diào)節(jié)設(shè)備通過RS485/232 串口線接入智能配變終端，由智能配變終端就地智能控制并將數(shù)據(jù)經(jīng)無線4G上傳至主站軟件。主站軟件負(fù)責(zé)全局分析監(jiān)測，并提供運(yùn)行監(jiān)控、效果分析、報表查詢等功能，同時基于PMS2.0系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，支持對無載調(diào)壓變、分布式電源升壓變、配網(wǎng)電能質(zhì)量（低電壓、高電壓、三相不平衡）等進(jìn)行綜合分析，定期給出問題原因分析和設(shè)備優(yōu)化定值，提高整體效果。

智能配變終端中嵌入電壓治理功能App，通過裝置內(nèi)部策略或接收主站軟件下發(fā)的優(yōu)化指令給所有設(shè)備進(jìn)行就地調(diào)控，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)無功和三相不平衡的分析與控制。

2.5 中低壓線損分析

10 kV母線電壓、中壓饋線、配變、低壓4級無功電壓優(yōu)化功能依托線損降損分析的數(shù)據(jù)，采用配電網(wǎng)電壓無功最優(yōu)潮流和專家規(guī)則混合優(yōu)化等多種算法，得出“一臺區(qū)一目標(biāo)”“一線一策”的最優(yōu)控制方案，通過GPRS/4G下發(fā)給智能配變終端進(jìn)行調(diào)整執(zhí)行。

線損分析App 嵌入中低壓線損分析模塊，統(tǒng)計(jì)分析中低壓損耗情況，利用計(jì)算機(jī)輔助手段，比對同期線損和理論線損數(shù)值，并分析管理線損具體是哪些原因造成的，提高日線損達(dá)標(biāo)率；在計(jì)算模型校驗(yàn)無誤的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論線損計(jì)算結(jié)果快速定位高線損線路、高線損線段、高損元件等，明確高線損原因，提出針對性技術(shù)降損方案。如圖3所示。

圖3 電壓監(jiān)測與線損治理

3 農(nóng)村配電網(wǎng)智能化發(fā)展方向（二）

3.1 基于融合終端的全景感知

目前配電網(wǎng)存在的問題，一是終端感知采集和智能分析處理能力不足，配電終端設(shè)備種類多，在功耗、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化、集成度等方面水平亟待提升，且仍采用傳統(tǒng)集中監(jiān)控方式，缺乏“泛在接入”“即插即用”“邊緣計(jì)算”等能力，通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心處理壓力大；二是配電網(wǎng)信息化實(shí)用化水平有待提升，“站-線-變-戶”關(guān)系未實(shí)現(xiàn)完全對應(yīng)，配電臺區(qū)運(yùn)行情況無法全面感知，新一代信息通信技術(shù)還未大規(guī)模推廣應(yīng)用；三是數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用缺乏共享融合，現(xiàn)有配電系統(tǒng)中各類監(jiān)測、巡視、試驗(yàn)等數(shù)據(jù)仍是信息孤島，大都分散存儲在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，已有數(shù)據(jù)類型和密度不能滿足配電網(wǎng)精益化運(yùn)維和新型業(yè)務(wù)的需求。

基于“國網(wǎng)芯”主控芯片進(jìn)行邊緣物聯(lián)代理研發(fā)，采用Docker容器技術(shù)及K8S編排技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦和軟件App 化。通過編排技術(shù)實(shí)現(xiàn)邊緣物聯(lián)代理的App 遠(yuǎn)程集群部署、產(chǎn)品迭代、軟件定義終端等功能。

3.2 三相不平衡治理

按照“源頭預(yù)防、常態(tài)監(jiān)測、科學(xué)施策、動態(tài)治理”的原則，以智能配變終端為核心部署三相不平衡治理裝置，實(shí)現(xiàn)低壓臺區(qū)的全相計(jì)算、指標(biāo)監(jiān)控、優(yōu)化方案輸出、治理效果評價等功能，解決由于三相不平衡帶來的變壓器過載運(yùn)行等問題，延長變壓器壽命。

臺區(qū)通過智能配變終端采集的電壓、電流信號，結(jié)合臺區(qū)變壓器容量計(jì)算變壓器臺區(qū)負(fù)載率、電壓偏差、頻率偏差、三相不平衡度、諧波等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)定定值產(chǎn)生對應(yīng)告警信息。通過SVG與換相開關(guān)結(jié)合、SVG與電容結(jié)合的三相不平衡治理解決方案，智能配變終端控制SVG、電容器或換相開關(guān)進(jìn)行無功補(bǔ)償。

3.3 網(wǎng)格能源協(xié)調(diào)自治

網(wǎng)格物聯(lián)代理作為配電網(wǎng)的基本運(yùn)維管理單元，匯集來自DTU/FTU/TTU 采集的配電網(wǎng)全景信息，運(yùn)用源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行、新能源消納、有序充電等配電網(wǎng)格的能源自治功能，運(yùn)用移動巡檢、拓?fù)渥R別、綜合能源服務(wù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修、故障準(zhǔn)確定位、運(yùn)維信息及時推送等配電網(wǎng)格的運(yùn)維自治功能。如圖4所示。

從運(yùn)維角度來看，配網(wǎng)網(wǎng)格管理應(yīng)用以網(wǎng)格為對象，差異化開展數(shù)據(jù)分析與研判，形成以配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測分析為主的網(wǎng)格化管理模式，向下對接TTU等終端設(shè)備，匯集中低壓配網(wǎng)及新能源感知數(shù)據(jù)；向上對接業(yè)務(wù)系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)主站平臺，實(shí)現(xiàn)差異化、精益化的網(wǎng)格自我管理，保障配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高運(yùn)維檢修效率，促進(jìn)新能源就地消納。

圖4 網(wǎng)格物聯(lián)代理系統(tǒng)

4 配電網(wǎng)智能化技術(shù)發(fā)展方向（三）

4.1 園區(qū)能源協(xié)調(diào)控制

國內(nèi)需求側(cè)管理出現(xiàn)了一些問題，比如尖峰負(fù)荷時間短，僅為幾十小時，傳統(tǒng)機(jī)組調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性下降；空調(diào)已成為高、尖峰負(fù)荷主因，發(fā)達(dá)地區(qū)超過1/3，甚至接近50%。（2015 年北京市夏季空調(diào)負(fù)荷720萬kW，空調(diào)負(fù)荷占比38%；2017年江蘇省最大用電負(fù)荷達(dá)到10219萬kW，其中空調(diào)用電負(fù)荷占比超過40%）。亟須利用新技術(shù)手段和市場機(jī)制平移負(fù)荷，削峰填谷。

園區(qū)能源協(xié)調(diào)控制依托規(guī)?；植际诫娫醋畲蠡{、主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制、需求側(cè)資源優(yōu)化運(yùn)行、源-網(wǎng)-荷優(yōu)化系統(tǒng)統(tǒng)一信息支撐等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，解決分布式電源大規(guī)模接入不確定性對電網(wǎng)安全運(yùn)行所帶來的問題，提高電網(wǎng)對清潔能源的消納能力，提高電網(wǎng)的供電可靠性，改善電網(wǎng)的電壓控制水平，引導(dǎo)和優(yōu)化用戶用電方式，降低高峰負(fù)荷。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主站層對上與調(diào)度自動化系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)、主動孤網(wǎng)、應(yīng)急支撐3 種與上級電網(wǎng)互動能力，對下與各子系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)區(qū)域冷熱電綜合能源的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和綠色運(yùn)行3種自治運(yùn)行模式：

一是安全模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和線路在正常態(tài)和N-1下的均衡運(yùn)行，解決新能源小鎮(zhèn)新能源高比例接入后的功率阻塞問題，提高其供電系統(tǒng)安全裕度，提升電網(wǎng)抵御風(fēng)險的能力。

二是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，是以用戶經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，減少交直流發(fā)電、用電之間的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高供電效率；實(shí)現(xiàn)分布式電源就近消納，減少功率傳輸路徑，降低配電損耗；基于峰谷電價差，控制儲能及柔性負(fù)荷運(yùn)行方式，減少用電成本。

三是綠色運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)清潔能源100%出力，不棄風(fēng)棄光，實(shí)現(xiàn)清潔能源的就地消納，提高新能源小鎮(zhèn)的清潔能源占比和利用率，利用儲能的時序能量調(diào)節(jié)作用，提高小鎮(zhèn)用電的綠色性，提高綜合能源利用率，降低電能占比。

4.2 網(wǎng)-源-荷（儲）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

網(wǎng)-源-荷（儲）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)依托規(guī)?；植际诫娫醋畲蠡{、主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制、需求側(cè)資源優(yōu)化運(yùn)行、源-網(wǎng)-荷優(yōu)化系統(tǒng)統(tǒng)一信息支撐等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，解決分布式電源大規(guī)模接入不確定性對電網(wǎng)安全運(yùn)行所帶來的問題，提高電網(wǎng)對清潔能源的消納能力，提高電網(wǎng)的供電可靠性，改善電網(wǎng)的電壓控制水平，引導(dǎo)和優(yōu)化用戶用電方式，降低高峰負(fù)荷。如圖5所示。

圖5 網(wǎng)-源-荷（儲）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

4.3 臺區(qū)能源協(xié)調(diào)自治

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電需求驟增，大規(guī)模新能源、電動汽車充電站/樁等多樣性負(fù)荷的接入，給配電網(wǎng)帶來了消納能力不足、電能質(zhì)量控制難度增加、能效水平降低等問題。另外由于可再生能源具有分散性，就地利用資源的分布式發(fā)電和面向終端用戶的微電網(wǎng)的大量出現(xiàn)，面向公司網(wǎng)格化管理發(fā)展需求，強(qiáng)化前端業(yè)務(wù)處理，提高能源消納效率，有必要開展網(wǎng)格化+區(qū)域多級能源自治的配電網(wǎng)運(yùn)行與管理研究，在配電網(wǎng)層面實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化、區(qū)塊化的建設(shè)與管理模式，以化解目前配電網(wǎng)運(yùn)行管理中不斷涌現(xiàn)的諸多矛盾。

臺區(qū)能源協(xié)調(diào)自治以配電臺區(qū)為控制范疇，將轄區(qū)內(nèi)的分布式電源、電動汽車、儲能、負(fù)荷、蓄冷及蓄熱裝置構(gòu)建成為一個能量管理單元，通過智能配變終端，對臺區(qū)內(nèi)分布式能源、儲能等裝置的采集感知，由智能配變終端分析能源均衡情況，作出能量潮流控制決策，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)能源自治（削峰填谷、功率控制、負(fù)荷聚合）和對區(qū)域電網(wǎng)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的支撐。

5 結(jié)束語

本文探討了在新形勢下農(nóng)村配電網(wǎng)現(xiàn)狀以及面臨的挑戰(zhàn)，隨著農(nóng)網(wǎng)改造的不斷推進(jìn)，在不同層次、不同規(guī)模上對配電自動化進(jìn)行了建設(shè)，配電自動化系統(tǒng)在智能配電設(shè)備、智能化功能等方面日益實(shí)用化和規(guī)范化，但還是存在管理需求變化快，管理設(shè)備規(guī)模大以及服務(wù)要求高等存在問題。

針對上述挑戰(zhàn)詳細(xì)分析了農(nóng)村電網(wǎng)智能化發(fā)展趨勢，結(jié)合目前的工作重點(diǎn)就配網(wǎng)智能化支撐智能運(yùn)檢體系建設(shè)，先進(jìn)裝備支撐配網(wǎng)全景智能感知以及全面解決方案服務(wù)綜合能源業(yè)務(wù)開展這3 個方向開展了詳細(xì)闡述。

我國人口數(shù)量龐大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系國計(jì)民生，農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展關(guān)系到農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民，農(nóng)村電網(wǎng)是鄉(xiāng)村振興的基礎(chǔ)。長遠(yuǎn)看，農(nóng)村電力需求是增長的趨勢，清潔能源接入的比例也是增長的趨勢，農(nóng)村電網(wǎng)智能化建設(shè)與改造的任務(wù)仍然較重。最重要的一點(diǎn)是須綜合考慮各地的實(shí)際情況，因地制宜地制定符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的農(nóng)村電網(wǎng)長期發(fā)展戰(zhàn)略。