智能配电网技术框架研究

       引言

　　随着全球资源环境压力的不断增大，社会对环境保护、节能减排和可持续发展的要求日益提高，同时，电力市场化进程的不断推进以及用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提升：未来的电网数据量和信息量更大，需要能支持潮流和信息流的双向流动；必须能够提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应；能够适应多种能源发电方式的协调运行；能够适应客户自主选择的需要，并能进一步提高电网资产的利用效率和社会经济效益，等等，因此，电力企业面临着严峻的挑战[1]。以美国和欧盟为代表的不同国家和组织不约而同地提出建设智能电网，将智能电网视为未来电网的发展方向[2-10]，各国根据自己的国情，给智能电网赋予了不同的含义，但其目的都是节能减排、提高电网的能效和可靠性。

　　智能电网涉及电力系统发、输、变、配、用、调度各个环节[11-12]，其中，配电网处于电力系统的末端，直接与用户相连，由于电力系统对用户的供电能力和供电质量需通过配电网来实现和保障，因此，建设智能配电网是智能电网的重要环节。

　　1  智能配电网的内涵与特征

　　1.1  智能配电网的内涵

　　智能配电网涵盖了配网自动化的全部内容，几乎涉及了配电系统一次与二次的所有技术领域，且支持分布式电源的大量接入和深度渗透，可实现与用户的互动。智能配电网涵盖面很广，但迄今为止却没有一个被大家公认的统一而完整的定义。文献[13]给出了智能配电网的核心构件和智能配电网应具备的系统和设备；文献[14]强调智能配电网的目的是延长设备寿命，确定更换资产的优先顺序，降低配电网改造费用和防止配电网故障等；文献[15]指出智能配电网是配电网高级自动化的延伸，与传统配电网的主要区别在于允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行，鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动。目前，各国在结合本国国情建设智能配电网的过程中已形成了很多共识，其内涵主要包括3个方面：①以物理实体电网为基础，包括各种配电基础设施、开关、配电终端、传感器等；②融合了各种现代先进技术，如：传感测量技术、自动化技术、通信技术、信息技术、计算机技术、控制技术等；③与传统配电网相比，智能配电网支持各种能源形式的分布式电源和电力用户自备电源、储能装置、电动汽车的接入和使用，其运行方式更加灵活可调，供电安全性、可靠性和电能质量显著提升，提高了能源利用的社会经济效益。

　　1.2  智能配电网的特征

　　与传统配电网相比，智能配电网在供电安全性、电能质量和电网资产利用率等方面都比传统配电网有显著提升。智能配电网具有以下基本特征：

　　（1）信息化。信息化是实现智能配电网的基础，指具备对配电网实时和非实时信息的高度集成、多方共享和深度挖掘利用的能力。电力信息化分为电力生产控制信息化和电力企业管理信息化两大类。

　　（2）自动化。自动化是智能配电网发展水平的直观体现，包括依靠高效的信息采集传输和集成应用，实现配电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等。

       （3）互动化。互动化是智能配电网的内在要求，指通过信息实时沟通分析，实现电源、电网和用户资源的良性互动与高效协调，促进电能的安全、高效、清洁应用。智能配电网的互动化有2层含义：①指智能配电网支持分布式电源的大量接入；②指电网与用户之间的互动，包括支持用户根据实时电价选择用电时间，允许和鼓励用户自有分布式电源上网等。

　　1.3  我国智能配电网的发展目标

　　发电、输电、变电、配电、用电、调度是坚强智能电网的六大应用环节，其中，智能配电的发展目标是：建成高效、灵活、合理的配电网架结构，提升配电网的灵活重构、潮流优化能力和可再生能源的接纳能力；实现分布式储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制；提高用户用电的可靠性和电能质量，提升配电网在紧急状况时对主网的支撑能力。

　　2  智能配电网技术框架

　　智能配电网是集传感测量、计算机、通信、信息、自动控制等领域新技术在配电系统中应用的总和，是从提高电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的配电技术进行有机的融合，使配电网的结构以及保护与运行控制方式发生革命性的变化，因此，智能配电网的发展需要从智能配电网的基础领域切入，构建符合我国发展需求的智能配电网技术框架。智能配电网的技术框架可分为如图1所示的3个层次。

       2.1  完善配电网基础设施的设备层

　　结构合理、网架坚强的配电网实体和安全经济、灵活可靠的智能配电装备是智能配电网的基础。但我国传统配电网基础比较薄弱，自动化程度较低，距智能配电网的要求存在较大的差距，所以在智能配电网框架最底层的设备层，需要实施和完善以下功能：①建设坚强的实体配电网。智能配电网应改变我国配电网发展长期滞后、基础薄弱的现状，加强和完善配电网的基础设施建设，建成具有坚强网架结构的配电网；未来的配电网应能灵活应对自然灾害等突发性事件。②实现配电装备的智能化。由于传统的开关、保护控制设备和配电终端不适应智能配电网的需求，且分布式电源的大量接入对智能配电设备也提出了新的需求，所以智能配电网应实现配电装备的智能化。