智能配用电技术体系的研究

1、智能配用电技术体系的研究高级量测体系李卫良，出伟(国网电力科学研究院，江苏省南京市210003)li weiliang,tian wei(state grid electric power research institute china,nanjing 210003,china)摘要：在分析各国列能电网的内涵、忖标的基础上，结合实际，提出涵盖配用电环节的四个技术体系；并 对ami在各国的应用情况进行分析总结，认为我国需要首先建设ami体系，利用智能电表实现配电自动化 和用电互动。关键词：押能电网；高级量测体系；分布式发电；配电口动化；微网；用屯互动 中图分类号:tm730引言围绕电网御能化建

2、设，各国政府部门、企业、研究和*询机构积极开展了未來电网发展方向和趋势的 研究与实践工作，提出了相应的技术体系和标准。从智能电网的发展驱动力和内涵来看，各国都集中于能 源安全、环境保护、电网稳定和服务质量等方面，提出经济、高效、优化、灵活、可靠和互动的发展1=1标。 美国能源部提出的电网智能化更多的把ii标放在负荷侧的智能管理上，通过向现冇的电力基础设施中女装 远程通信设备、传感器和计算机装直來改进电网的工程，减少电费开支，减轻电网负荷；美国电力科学 研究院提出将电力能源领域和信息技术领域深度的融合在一起，增强电力休系构架上层应用的集成综合; 欧洲把提髙用八满意度、提高运营效率、降低电力价格、

3、利用清洁能源、加强与客八互动作为欧洲电网建 设的重点内容；我国在“2009特高压输电技术国际会议”上提出建设以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信为支撑，涵盖电力生产全过程，实现“电力流、信息流、业务 流”的高度一体化融合，以信息化、口动化、互动化为特征，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明 开放、友好互动内涵的坚强押能电网的战略发展目标。欧美山于电网网架比较成熟，倾向于分布式能源 的利用和配用电领域，我国现阶段重点发展特高压建设，从源头入手，但从电网建设的最终功效和配用电 对整个电网的影响以及我国配用电领域相对发、输、变来说比较薄弱等儿个方面来看，加强对配用

4、电领域 的技术研究是很必要的。因此，本文从实现智能配用电的角度，从智能电网的内涵、目标着手，重点对配 用电领域的技术体系进行探讨，提出我国智能配用电的发展思路。1智能配用电技术体系配用电环节作为电网能量链的末端，最终实现电能的不同应用。特别而对智能电网，各种分布式电源 在配用电侧人量接入、电网的应急机制、用户的各种需求等对配用电提出了挑战，智能配用电技术就成为 一个关键技术，对电网的稳定、能源的使用影响更为深刻，更为关键。在配用电环节，如何实现智能电网 的“电力流、信息流、业务流”的一体化融合和坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动， 成为智能电网配用电环节所关心的重要话题。ii前，

5、配用电环节已经不是传统意义上的能源分配、使用， 人量的分布式电源、电动汽车充放电设施以及储能装置正在接入配用端，电网稳定性正而临分布式电源接 入的挑战，计量和用电也存在双向计量、友好互动的压力，以往的配用电技术体系正发生变革。下面就从 智能电网的内涵出发，分析实现智能电网ii标的涵盖配用电领域的能源利用、电网稳定、消费计量和用电 服务四个层次的技术体系架构。1.1从能源利用的角度来看，需要分布式能源体系环境的恶化、资源的枯竭迫使人们思考新的替代能源，各种分布式能源，如太阳能、风能等正成为各 国关注的话题。更多的分布式电源也就就近接入配电侧，另外，从用户侧来看，人们也希望通过分布式电 源、储能装

6、置、电动汽车来实现方便使用、储能和冋馈。事实上，欧美更多的注重在分布式能源的角度提 倡智能电网，可以更大范围的消纳分布式电源、减少污染，这也是整个电力行业对社会的最大贡献z。 特别在城市，随着配网电压等级的提升，在城市电网的220v、110v侧都开始接入分布式电源，一方面利 用太阳能、风能等可再生能源，另一方面，可以应对各种突如其來的口然、人为破坏，实现应急电源，稳 定城市电网。这样，不但需要从电网的发电段，同时需要从配电端、用电端，考虑接入分布式电源；而 对各式各样、不同特性的分布式电源，就要研究各种分布式能源发电、运行以及接入电网引起的影响。从 能源利用的角度来看，需要构建分布式电源体系，

7、包括不同分布式能源发电、运行和控制，分布式电源的 配置规划，储能以及微网的运行控制接入等。1.2从电网的稳定性和减少停电时间来看，需要配电运行管理体系配电是实现电能分配的环节，如何使电能实现合理的分配、流动，需要对配电网架进行科学的规划， 建立合理的配网架构和能源的分配，保证在链路上贯通；在链路贯通的某础上，通过配电自动化技术，实 现配电网的运行、控制。由于配电面对的范围大，不像输电、变电，配电更多的面向不同应用层面，一个 城市就有几千条负荷线和相应的配电终端，采集的信息复杂，面对的管理对彖繁琐，因此需耍建立相应的 管理自动化体系和运行自动化体系，两者实现紧密结合，信息共享，形成调控一体化体系

8、，实现配电自动 化，对电网故障进行自我诊断、自我隔离和自我恢复，实现电网自愈。同时而对分布式电源的接入，需要 考虑分布式电源接入的配网运行、控制和管理,配电运行管理系统包括配电主站、配电终端、馈线自动化 和生产、设备管理系统以及地理信息系统(gis) 01.3从能量消费计量的角度来看，需要高级计量体系(ami)电力交易市场需要精确的计量，实现公正消费。电表作为电力计量工具，一克担当消费计量的角色。 随着智能电网的建设，分布式电源使电网潮流出现双向流动，电表需要双向计量、分时电价；同时，电力 用户参与电网的运行调节使得电表不但作为计量的工具，也作为信息交互的载体，在双向通信网络的基础 上，实现与

9、电网互动。因此 在智能电网中，智能电表已经不单单是传统的计量电表了，更大程度上已经 作为一个用户网管，建立电网与用户的纽带的桥梁，借助于双向的通信技术，实现信息的上传下达，电网 可以通过智能电表管理用电，用户可以通过智能电表参与电网的调节。高级计量体系(ami)利用智能电表和通信网络实现用户信息、电价的实时监测、支持远程设置、接通 或断离，保障用户和供电公司之间能量和信息的实时双向传送，是实现智能电网的关键。ami由通信网络将以下四个基本组成部分联接成为完整的系统：智能电表、室内端口和显示器、邻近 用户数据采集、控制中心。典型ami系统的基本组成：1) 基于微处理器的用户侧电表，用于inter

10、val data(有功、无功功率等)和故障信息的记录、汇报； 每个电表都配备有标准的amr设备，例如非易失性存储器、篡改监测(tamper detection).远程投/切能 力、双向通信装置。2) 低功率、窄带宽双向通信设备，用于联接用户侧电表和数据釆集器；3) 数据采集器，用于管理大约集群电表，采集数据，并将其发送到测屋数据管理系统；4) back-haul (回程)装置，用于联接数据釆集器和测量数据管理系统；5) 测量数据管理系统，管理周期数据、数据查询，将包括账单、故障信息在内的用八侧的数据分类发 送给需要这些数据的管理部门。在配用电领域，国外电力公司开展了大量的智能化实践，包括智能表

11、计、用户电压控制、动态储能等。 例如：意大利电力公司和法国电力公司(edf)通过安装“押能电表”，使用户跟踪口己用电悄况，并能进行 远程控制；加拿人安人略省政府已经确立了到2010年为安人略省所有商业和家庭川户安装智能电表的目 标。美国科罗拉多州的波尔得市是美国第一个“智能电网城山”叫 austin energy公司为每户家庭都安 装了智能电表、智能测量装置、智能温度调节器、以及各种传感器，人们可以很直观地了解当时的电价， 从而把一些需要用电的事情，比如洗衣服、熨衣服等，女排在电价低的时间段。智能电表还可以帮助人们 使用风电和太阳能等清洁能源。同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况，一旦有问

12、题出现，可以重 新配备电力。1.4从用电的满意度来看，需要用电互动体系用电质量的提高、用电意识的改进、用电方式的转变促使用电侧的技术发生变革。传统的营销方式一 直是单向的，从种能电网的口动化、信息化、互动化的角度來看，需耍在电力金业用户z间架起互动的 服务体系，建立双向互动的服务渠道，实现用八能源的回馈，满足不同用户的用电需求，建立信息化、互 动化、自动化的用电体系，建立完整的用电营销信息体系、用电服务体系以及用电技术体系，完善电力用 电服务意识，开展节能用电。世界各国都在用户侧投入了大量的财力、物力，一方而鼓励家庭用户侧清洁 能源的开发利用，另一方面提但智能家电，通过智能电表作为交互网关，对

13、家电实行监控，不但节约能源, 同时町以动态调节智能家电，参与电网的稳定运行。山此对见，在配用电领域，押能电网需要分布式电源休系、配电运行管理体系、高级量测体系和用电 互动体系来实现电网能量流、信息流在电网的融合。智能配用电是从配用电领域來实现接入分布式电源(包 括储能及微网系统)、提高电网稳定性、减少停电时间、提高用电满意度、实现与用户互动等1=1的；基于 这样的目标，在配用电领域，上述四个配用电技术体系能涵盖配用电领域的技术范畴，见图1。图1配用电环节的技术体系架构fig. 1 the framework of technology system for distribution and c

14、ustomer2 ami体系的应用实践美国epri提出智能电网(intelligrid)的概念，提出建设智能电网的技术框架,第一步建设amr,实 现电力分时价格计量，然后实现停电管理、需求控制和远距离设备自动恢复供电以及分布式能源接入；之 丿二 美国doe的netl(national energy technology laboratory)实验室提出智能电网的四个阶段，先进计量 体系(ami)、高级配电运行(ado)、高级输电运行(at0)和高级资产管理(aam)n，1,认为ami是智能电网的第 一步，在ami的基础上实现ado、at0及aam。2009年三月，美国能源部下属的电力传输与能源

15、可靠性办 公室(office of electricity delivery and energy reliability)又把 ami、ado、at0> aam 四个阶段修 订为：用户互动 ce (consumer enablement), ami、高级配电运行 ado (advanced distribution operations)、 高级输电运行 ato(advanced transmission operations) 高级资产管理 aam(advanced asset management),21；美国nist颁布的美国智能电网发展框架和路线图中也提出智能电网应用和需求的八

16、个优 先发展领域，其中就有a mt (advanced metering infrastructure)(l31。2009年1月25 fl,美国白宫发布 经济复兴计划进度报告，直布未來3年來将为美国家庭安装4000万个御能电表。美国政府、科研机 构都把am1作为建设智能电网的第一步，利用am1体系实现电网的稳定运行、资产管理和分布式电源的接 入，完善电网能源链供应、消费，提高用电质量和服务水平。在欧洲，意大利及瑞典已经完成高级计量体 系(ami)的部署，将所冇普通电表更换为智能电表，法国、西班牙、徳国和英国预计在未来10年内完成高 级计量体系的部署。多年來，美国的能源企业一百把智能电衣作为电网

17、的基础设施建设，利用押能电农实现电网各种应用。 文章3中提到，amr的目的虽然是用来实现计量和交易的，但是，很多公司如美国peco能源公司在2003 年就开始建立amr-oms的集成应用，利用amr的信息实现停电管理，多年来，节省了大量的费用，减少了 停电时间，提高用电服务质量。文章问也引用了美国联邦能源管制委员会(frec)的数据，佛罗里达的智能 电表的数量从2006年的不到1%到2008年的10. 4%, 2009年仍在持续的增长。文章17-21提出了利用通 过ami和0ms的集成，不但降低了电力公司的成本，述可以结合电话报修，准确定位故障，减少用户停电 时间,其中文章冋还提到peco能源

18、公司在2003年的伊莎贝尔飓风中通过amr系统有效的实现停电、恢复 供电，也提到了停电管理系统需要处理大量的amr、scada、电话报修和gis数据，其屮文章创提出了 ami 在清洁能源发电中的应用。文章22-24中提出了 ami在电网资产管理、需求侧相应和用电服务的应用, 其中文章24还提到通过amt实现电能质量的集中监视。从上面町以看出，无论从政府层面，述是从电力公司层面，国外都强调ami建设，利用ami实现电能 交易山场、电网稳定运行，最终实现电网资产管理，优化运行。所以，在配用电技术体系中，木文认为ami 体系不但是电网智能化的根本，也是配用电管理的基础体系，在ami体系的基础上，利用

19、ami体系的双向 通信网络，实现配电运行管理、用电互动和分布式能源的并网。3 总结与展望ami休系在智能电网建设中止在发生基础性的作用，应用正在不断推广，ami体系中的通信设施也在 不断完善升级。我国在智能电网建设中，配用电环节的各项试点正在不断的推进，如用电信息采集系统、 营销信息管理系统、95598 x呼叫屮心、配电自动化以及智能家居等，同样，智能电表作为用电信息采集 系统的关键设备，在智能计量以及用户互动方面正逐步完善。目前，我国的配电自动化的停电管理系统主 要基于scada和95598呼叫中心，借鉴国外的ami成熟的应用经历，我国可以结合用电信息采集，发挥智 能电表的作用，利用押能电表

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