智能配電網概述

3 智能配電網的主要技術內容

SDG集現代電力新技術于一體,具體內容主要有以下幾個方面。

1) 配電數據通信網絡。這是一個覆蓋配電網中所有節點(控制中心、變電站、分段開關、用戶端口等) 的IP 通信網,采用光纖、無線與載波等組網技術,支持各種配電終端與系統“上網”。它將徹底解決配電網的通信瓶頸問題,給配電網保護、監控與自動化技術帶來革命性的變化,并影響一次系統技術的發展。

2) 先進的傳感測量技術,如光學或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設備狀態在線監測、電能質量測量等技術。

3) 先進的保護控制技術,包括廣域保護、自適應保護、配電系統快速模擬仿真、網絡重構等技術。

4) 高級配電自動化。目前的配電自動化技術包括配電運行自動化(安全監控和數據采集、變電所綜合自動化、饋線自動化) 、配電管理自動化(配電地理信息系統、設備管理、檢修管理等) 以及用戶自動化這3 個方面的內容。這些內容都屬于SDG技術的范疇。

為與目前大家熟知的配電自動化區分,美國電科院提出了高級配電自動化(Advanced Dist ri2bution Automation ,ADA) 的概念。ADA 是傳統配電自動化(DA) 的發展,也可認為是SDG 中的配電自動化。ADA 的新內容主要支持DER 的“即插即用”,它采用IP 技術,強調系統接口、數據模型與通信服務的標準化與開放性。

為使SDG 技術概念更有針對性,筆者建議ADA 僅包括配電運行自動化與配電管理自動化,將用戶自動化內容列入下面介紹的高級量測體系。

5 ) 高級量測體系( Advanced MeteringArchitecture ,AMA) 是一個使用智能電表通過多種通信介質,按需或以設定的方式測量、收集并分析用戶用電數據的系統。AMA 是支持用戶互動的關鍵技術,是傳統AMR 技術的新發展,屬于用戶自動化的內容。

6) DER 并網技術,包括DER 在配電網的“即插即用”以及微網(Micro Grid) 兩部分技術內容。DER 的“即插即用”包括DER 高度滲透的配電網的規劃建設、DER 并網保護控制與調度管理、系統與設備接口的標準化等。微網是指接有分布式電源的配電子系統,它可在主網停電時孤立運行。

DER 并網研究內容還包括有源網絡(ActiveNetwork) 技術。有源網絡指分布式電源大量應用、深度滲透,潮流雙向流動的網絡。

7) DFACTS 是柔性交流輸電( FACTS) 技術在配電網的延伸,包括電能質量與動態潮流控制兩部分內容。DFACTS 設備包括靜止無功發生器(SVC) 、靜止同步補償器( STA TCOM) 、有源電力濾波器(APF) 、動態不停電電源(UPS) 、動態電壓恢復器(DVR) 與固態斷路器( SSCB) 、統一潮流控制器(UPFC) 等。

8) 故障電流限制技術,指利用電力電子、高溫超導技術限制短路電流的技術。

綜上所述,SDG技術包含一次系統與二次系統兩方面的內容。一個具體的SDG功能的實現,往往涉及多項技術的綜合應用。以自愈功能為例,首先一次網架的設計應該更加靈活、合理,并應用快速斷路器、故障電流限制器等新設備;在二次系統中,應用廣域保護、就地快速故障隔離等新技術,以及時檢測出故障并進行快速自愈操作。

4 建設智能配電網的作用與意義

電力系統已誕生一百多年了,盡管其電壓等級與規模與當年相比已有天壤之別,但系統的結構與運行原理并沒有很大的變化。進入21 世紀,面對當今社會與經濟發展對電力系統提出的新要求和計算機、電力電子等新技術的廣泛應用,有必要重新審視過去電網建設的模式,探討未來電網的發展新方向,而智能電網正是人們對這一問題思考、研究的結果。智能電網技術的發展正在給電力系統帶來一場深刻的變革。

配電網直接面向用戶,是保證供電質量、提高電網運行效率、創新用戶服務的關鍵環節。在我國,由于歷史的原因,配電網投資相對不足,自動化程度比較低,在供電質量方面與國際先進水平還有一定的差距。目前電力用戶遭受的停電時間,95 %以上是由于配電系統原因造成的(扣除發電不足的原因) ;配電網是造成電能質量惡化的主要因素;電力系統的損耗有近一半產生在配電網;分布式電源接入對電網的影響主要是對配電網的影響;與用戶互動、進行需求側管理的著眼點也在配電網。因此,建設智能電網,必須給予配電網足夠的關注。結合我國配電網實際,積極研發應用SDG技術,對于推動我國配電網的技術革命具有十分重要的意義。

SDG將使配電網從傳統的供方主導、單向供電、基本依賴人工管理的運營模式向用戶參與、潮流雙向流動、高度自動化的方向轉變。隨著我國SDG建設的進展,將產生越來越明顯的經濟效益與社會效益,主要以下3 個方面。

1) 實現配電網的最優運行,達到經濟高效。SDG應用先進的監控技術,對運行狀況進行實時監控并優化管理,降低系統容載比并提高其負荷率,使系統容量能夠獲得充分利用,從而可以延緩或減少電網一次設備的投資,產生顯著的經濟效益和社會效益。

2) 提供優質可靠電能,保障現代社會經濟的發展。SDG在保證供電可靠性的同時,還能夠為用戶提供滿足其特定需求的電能質量;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,為各種高科技設備的正常運行、為現代社會與經濟的發展提供可靠優質的電力保障。

3) 推動新能源革命,促進環保與可持續發展。傳統的配電網的規劃設計、保護控制與運行管理方式基本上不考慮SER 的接入,而且為不影響配電網的正常運行,現有的標準或運行導則對接入的DER 的容量及其并網點的選擇都做出了嚴格的限制, 制約了分布式發電的推廣應用。SDG具有很好地適應性,能夠大量地接入DER 并減少并網成本,極大地推動可再生能源發電的發展,大大降低化石燃料使用和碳排放量,在促進環保的同時,實現電力生產方式與能源結構的轉變。

參考文獻

[1 ] 帥軍慶. 瞄準世界前沿,建設智能電網[J ] . 國家電網,2008 (2) .

[2 ] Smart Grid Working Group. Challenge and Oppor2tunity : charting a New Energy Future , AppendixA : Working Group Report s[ R] . Energy Future Co2alition. USA ,2003 (6) .

[3 ] 余貽鑫. 面向21 世紀的智能配電網[J ] . 國家電網,2008 (5) .

[4 ] 丁民丞. 方興未艾的智能電網[J ] . 國家電網,2008(5) .

[5 ] 李天友,金文龍,徐丙垠. 配電技術[M] . 北京:中國電力出版社,2008.

徐丙垠山東理工大學教授,科匯電力自動化公司董事長

李天友高級工程師,福建省電力公司副總工

薛永端教授級高工,科匯電力自動化公司總工

金文龍教授級高工,國家電網公司原發輸電部處長