智能配电网络

智能配电网络鹿峪宁背景环境环境污染严重温室效应加剧能源技术节能减排，提高可再生能源的比重降低复杂大电网的风险，提高供电的可靠性智能电网智能电网（SmartGrid）是集成了传统的和现代的电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统，具有更加完善的性能并且能够为用户提供一系列新型与增值服务。

—摘自美国“未来能源联盟”智能电网工作组报告，2003。一个集成了通信、计算机、电子新技术，满足未来能源需求的电力输配系统”。2004年，美国电科院“IntelliGird”报告应用数字技术，提高从大型发电厂，经过输配环节，再到电力用户与不断增长的分布式发电和储能装置的整个电力系统的可靠性、安全性和效率。2008年，美国能源部“智能电网入门”特点：配电和用电的研究出现耦合不可分开的倾向。驱动力：采用新技术改造老旧的电力设施切入点：配电网、智能电表被认为是美国政府振兴经济计划的主要内容欧盟智能电网的研究与发展优先关注领域：⋄优化电网的运行⋄大规模间歇性电源的接入⋄电力市场和能效（提高能源利用率）⋄主动的配电网日本日本将构建以应对新能源为主的智能电网,进行可再生能源与电力系统相融合、高可靠性系统技术等智能电网研究中国的智能配电网中国提出建设国际领先、自主创新、中国特色的“坚强智能电网”,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共6个环节,具有信息化、自动化、数字化、互动化的智能技术特征。智能配电网的含义智能配电网是智能电网的重要组成部分。智能配电网就是以配电网高级自动化技术为基础,通过应用和融合先进的测量和传感技术、控制技术、计算机和网络技术、信息与通信等技术,利用智能化的开关设备、配电终端设备,在坚强电网架构和双向通信网络的物理支持以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持下,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,以实现配电网在正常运行状态下完善的监测、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制,最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的电力供应和其它附加服务。我国的配电网络现状由于历史上电力工业发展的各种原因,我国配电网的发展明显滞后于发电、输电。目前用户停电95%以上是由配电系统原因引起的,电网有一半的损耗发生在配电网,我国配电网的自动化、智能化程度以及自愈和优化运行能力远低于输电网。我国城市用户年平均停电时间与国际水平的对比，2005年。世界发达国家的线损率在4%~6%2008年中国电网线损率为6.79%.2002年美国的供电设备平均载荷率不足50%，载荷率在90%以上时段不足5%。中国供电设备的平均利用率不足35%行业现状相比较发达国家以原有的配网设备更新换代需求为主，我国以新建智能配网系统需求为主。目前我国的智能配网还处在起步阶段，目前国内城市配网馈线自动化率不足10%，仍处在刚刚开始试点和初步建设的阶段。配网自动化从2009年开始启动，从最开始的五个试点城市扩充到2012年的40多个城市。根据国家电网规划，由于试点城市的馈线率、供电可靠性均有明显改善，全国总计约有300个城市将在十二五期间启动配网自动化建设。“十二五”期间按配网智能化率达到40%测算配电智能化终端和主站的总市场容量将分别达到230亿元和36亿元左右，总市场容量接近280亿元。未来几年配电自动化增长潜力巨大。行业前景几个关键技术1.配电网的自愈控制智能配电网的自愈控制通过应用先进的数学和控制理论,建立起配电网在异常脆弱区、故障扰动区、检修维护区、正常运行区下的自动判别算法,在稳定评价指标、电能质量评价指标、经济评价指标、兼容评价指标、用户服务评价指标体系下,对配电网运行状态进行实时评估和隐患预测,并执行相应区域的控制方案,以实现配电网优化运行和自愈控制的目的,达到安全可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动和友好开放的供电要求（解决不间断供电问题，包括瞬间重合闸引起的瞬间断电）功能介绍：自愈是智能配电网的重要特征，也是其建成的重要标志。（1）正常运行时，有选择性、有目的地进行优化控制，改善电网运行性能，提高电网稳定裕度和抵御扰动的能力；（2）把预防控制作为主要控制手段，及时发现、诊断和消除故障隐患；（3）具有故障情况下维持系统连续运行的能力，不造成系统运行损失，并且通过自治修复功能从故障中恢复“。技术需求：

①电网在线监测技术（电气量监测主要监测电网设备的电流、电压、相角、功率和功率因数等运行状态量，非电气量监测则包括监测电气设备中介质的压力、流量、气体成分和温度等"）②高级测量技术（高级测量技术自动抄表技术的高级发展，除了实现电能自动采集、分析和计费功能之外，还有能实现带时标的测量数据双向通信，具有停电报告在线读取和其他功能）③配电网快速仿真与模拟技术④高级配电自动化技术⑤配电网重构技术⑥微电网技术⑦先进设备技术这些技术目前都处于发展阶段，很大程度上依赖于其他相应学科的发展，有很好的应用前景自愈控制体系结构包括了配电网的一次系统和二次系统，涉及多个领域，规模十分庞大，具有海量数据。因此，需要将调度系统、继电保护、测量控制装置和通讯网络等相关内容有序组织，形成一个有机的整体，各部分之间协调工作，才能促使城市电网始终向着优于当前运行状态的新状态转移，具备自愈力以保持健康状态"自愈控制的软件控制框架自愈控制是智能配电网的关键技术，是随着配电网的信息、通信等各项技术不断完善和发展而发展的技术。智能配电网最突出特点就是主动自愈控制，而未来智能配电网发展的最高目标是“无缝自愈控制"2.分布式发电与智能微网技术

微网技术是新型电力电子技术和分布式发电(DistributedGeneration,DG)、可再生能源发电技术和储能技术的综合,集成多个分布式发电单元和负荷作为一个单独的系统,为用户提供电能和热能。在合理的控制方式下,微网可以并网运行也可以脱离主电网孤立运行,并可实现两种运行模式的无缝转换。DG是微网系统形成的物理基础,大量的DG并入电网以后,会给电网带来积极影响,符合智能配电网要求。a1电压调整问题;

b1继电保护问题;

c1对短路电流水平的影响;

d1对配电网电能质量的影响。

优缺点比较：a1提高电网供电可靠性;b1增加电网发电的灵活性;c1提高电网的防灾害水平;d1启停方便,调峰性能好,有利于平衡负荷;e1投资小、见效快;f1可以满足特殊场合的用电需求;g1可向附件负荷供电,减少输电损耗3.AMI技术高级量测系统(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)是自动抄表技术(AutomaticMeterReading,AMR)的高级发展,除涵盖了AMR的所有功能以外,还拥有很多高级应用,具有以下特征:①能实现带时标的测量数据双向通信,具有停电报告、经用户许可的通信和服务连接/切断、在线读取其他功能;②能实现测量点在AMI网络上的自登记或注册;③出现网络通信问题后,AMI网络能自动重构,以恢复正常通信能力;④AMI系统能和电力公司的清算系统、停电管理系统和其他高级应用实现内部互联。一般把AMI视为实现智能电网的第一步市场分析在政策主导下国际AMI市场由欧洲、美国等地区萌芽，并开始在全球蔓延开来，目前包含日本、韩国、中国大陆、澳洲及纽西兰等地，均有相关布建或试点计划正在进行。

电表市场数量庞大，若全面换装智能电表，则市场规模将相当可观。智能电表安装数量自2009年起，开始出现两位数的成长，市场研究机构ABI预估2009年智能电表安装达7,600万具，2015年预计将达2.12亿具。未来五年欧洲与北美仍为主力市场，亚洲在中国大陆带动下，为成长潜力最大的区域。系统的意义（1）对用户来讲，AMI意味着更多的电力价格和服务的选择、较少的干扰、获得更多的信息以便管理消费以及制定其他策略。同时，AMI能够给用户提供高可靠性/高质量电能以及更准确的缴费清单.另外,AMI能够帮助用户有效地减小用电成本,

作为社会的一员，用户也可以获取AMI带给社会的整体利益。（2）对电力公司来讲AMI减少了人工读表等工作给电力公司带来的运行费用!提供准确和实时的消费清单!提高运行效率和系统可靠性!提供更好的客户服务。（3）从运行方面来讲AMI能够帮助电力公司及时地发现停电事故的时间及地点!以便及时的派遣员工进行抢修!因此缩短了断电恢复时间!并可提前通知用户恢复供电的可能时间。

采用AMI技术电力公司可以高效地管理用户!可以远程控制连接和中断供电。利用远程诊断技术可以快速管理设备维修和用户服务问题，AMI同样支持分布式发电和电费预付等问题。4.配电网快速仿真与模拟技术

配电网快速仿真与模拟技术(DistributionFastSimulationandModeling,DFSM)是实现配电网自愈的重要工具,它能够实现的主要功能包括自适应保护、故障自动定位和排除、网络重构、自动电压和无功控制等,仿真工具包括配电网状态评估、电网潮流优化、电网动态安全评估、负荷预测等,建模工具包括网络拓扑分析、设备模型、负荷模型和发电模型。研究难点：在DFSM的各个功能模块中，有三个研究难点:配电网三相状态估计、网络等值和设备元件（

含各种类型的DER）的静态、动态建模三相状态估计：配电系统的智能化需要电力系统运行状态的准确信息，这是电网自我认知的基础。输电网的状态估计算法并不适用于配电网对于配电网状态估计算法的研究。随着对配电网网络结构和运行特点的理解逐步加深，考虑配电网特点的各种状态估计算法不断被提出来。一种策略：配电系统状态估计区域解耦算法，将配电网中每一个馈线分解成多个量测区域，使得分解后的各个区域之间解耦，即可以对各个区域单独进行状态估计，说明把馈线分割成几个较小的区域分别进行状态估计是可行的!网络等值与建模工具网络等值是一个非常复杂的建模工具，它给出网络中一个部分的电气等值，应用于负荷、发电机的等值聚合或者网络拓扑结构的简化，并做稳态或动态的等值计算分析。例如，对于110kv/10kv变压器低压侧的一个完整系统，可以等值为一个由RLC负荷、旋转负