北極星輸配電網訊:導讀：智能配電網是智能電網的關鍵環(huán)節(jié)之一。作為電力傳輸?shù)淖詈?0公里，配電網擔負著電力到用戶分配、計量、保護的重任，也因此與售電、用電服務、分布式發(fā)電、充電樁的融入構成不可分割的聯(lián)系。未來電動車、分布式能源、燃氣冷熱電三聯(lián)供、儲能技術革命均需要加大智能配電網投資。

　　但是我國電網建設曾長期“重發(fā)輕供不管用”，配電網建設相對滯后，結構不合理，供電能力不強。圍繞新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化和美麗鄉(xiāng)村建設，終端用電負荷呈現(xiàn)增長快、變化大、多樣化的新趨勢，加快配電網智能改造升級的任務愈發(fā)緊迫。

　　智能配電網宏觀政策動態(tài)：

　　2014年8月，國務院印發(fā)《關于加強城市基礎設施建設的意見》，提出將配電網發(fā)展納入城鄉(xiāng)整體規(guī)劃。

　　2015年8月31日，國家能源局發(fā)布的《配電網建設改造行動計劃(2015~2020年)》明確指出，要加大配電網資金投入。目標是2015~2020年配電網建設改造投資不低于2萬億元，2015年投資不低于3000億元，“十三五”期間累計投資不低于1.7萬億元?！笆濉逼陂g年均投資預計為3400億，較2014年將大幅增長80%。

　　2015年9月2日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關于加快配電網建設改造的指導意見》。

　　2016年6月29日，國家能源局委托中電聯(lián)專家組對《甘肅省配電網建設改造“十三五”規(guī)劃》進行了評審。《甘肅省配電網建設改造“十三五”規(guī)劃》深入剖析了“十三五”甘肅經濟社會發(fā)展的趨勢及配電網建設改造面臨的形勢和挑戰(zhàn)，將“推動智能互聯(lián)，打造服務平臺”作為配電網建設重點。

　　2016年6月30日，中國社會科學院在京發(fā)布《世界能源藍皮書：世界能源發(fā)展報告(2016)》，藍皮書指出，配電網投資將大幅增加，配電網投建落后局面將有望得到扭轉。

　　2016年1月22日，南方電網公司組織召開加快配電網建設改造行動宣貫交流會議，進一步貫徹落實國家加快配電網建設改造要求，宣貫公司配電網發(fā)展政策、配電網建設改造主要方向、內容以及實施計劃等，并通過現(xiàn)場座談加強內外交流，為公司電網建設發(fā)展建言獻策。據悉，公司配網發(fā)展的總體目標是：到2020年，建設安全可靠、經濟高效、結構合理、適度超前、智能環(huán)保的配電網。

　　2016年2月國家電網公司接受采訪表示：隨著新型城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化的深入推進，新能源、分布式電源，以及電動汽車等多元化負荷的快速發(fā)展，加快城鄉(xiāng)配電網建設改造，實現(xiàn)傳統(tǒng)配電網向智能配電網轉型升級的任務日益緊迫。提倡推動智能互聯(lián)，打造服務平臺。滿足新能源、分布式電源并網，建設用戶智能友好互動工程。

　　2016年6月13日，由北京電力公司組織編制的《國網北京市電力公司智能配電網建設改造技術細則》順利通過了專家評審。這標志著北京公司已經建立了智能配電網建設改造技術標準支撐，北京智能配電網建設發(fā)展有了高標準、高起點的清晰“路線圖”。下一步，北京公司將以《智能配電網建設改造技術細則》為標準，積極推進首都智能配電網建設，促進配電網建設運維和優(yōu)質服務水平全面提升。

　　政策支持力度不斷加大，智能配電網設備市場看好：

　　智能饋線終端重合器和繼電器

　　用基于微處理器的智能繼電器和重合器來替換基于電子機械的保護控制系統(tǒng)是智能電網發(fā)展的必然過程。預計到2030年，70%的饋線都將配備智能繼電器和重合器。

　　在饋線首末端用智能電子設備替換傳統(tǒng)的機電式繼電器保護和控制設備具有如下優(yōu)點：

　　1、測量儀器能夠持續(xù)地對測量值(電流、電壓等)進行監(jiān)測分析，能及時處理測量信息并計算出有用數(shù)據(如到故障點的故障距離)。

　　2、能將IEDs測量或計算出的數(shù)據通過基于工業(yè)標準協(xié)議的通信系統(tǒng)傳送給外部或者用戶。

　　3、具有自我檢測能力，使得IEDs能夠檢測自身的內部故障并及時通知工作人員進行維修，從而避免系統(tǒng)發(fā)生故障而設備拒動的情況。

　　4、可存儲多種運行方式，可按要求將負荷切換到最佳的運行方式。這種功能在智能配電系統(tǒng)中非常重要，尤其是含高滲透率DER的網絡或者頻繁重構的配電網。

　　5、功能多樣化。絕大部分的IEDs都將多種功能封裝在一個設備中。比如說，一個繼電保護的IED就具有快速過電流保護、自動重合閘、饋線保護，還有測量和監(jiān)測設備環(huán)境的功能，這些功能都集成到一個設備中了，從而減少了設備內部的繞線和控制板體積。

　　智能線路開關

　　智能配電網中包含了大量分布在配電網饋線重要位置上的智能線路開關。這些智能開關將支持配電網實現(xiàn)“自愈”功能。同時，它也支持饋線終端實現(xiàn)滿足分布式發(fā)電與負荷平衡需求的最優(yōu)網架重構。智能開關具有如下主要特征：

　　1、具有工業(yè)標準的通信系統(tǒng)，用于支持遠程控制和數(shù)據獲取功能。出于遠程控制和數(shù)據獲取的目的，智能線路開關將支持信號傳回配電控制中心。該開關也支持與其他智能設備(如其他智能開關、開關電容器、分布式電源等)進行點對點通信。該功能使得線路開關可以全面支持分布式、多代理、自治式的對等控制。隨著智能分布式控制的逐漸成熟，我們期待自治式、分散式控制不僅僅用于自動存儲，而且還能用于電壓/無功優(yōu)化、DERs協(xié)調控制。其中，魯棒性好、可靠性高的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)上述目標的必要條件。

　　2、每個智能線路開關必須包含一個獨立的本地控制器，以獲取本地數(shù)據，實現(xiàn)自動開關。

　　3、智能線路開關和相關的控制器必須支持“雙向”操作，可檢測潮流流向，并根據潮流流向進行響應：當潮流流向變電站時，它必須有相應的時間配合曲線(Time coordination curve,TCC)，而當潮流流向相反時，必須有另一個對應的TCC。對于配電網饋線的重構(在智能配電系統(tǒng)中經常發(fā)生)以及可能出現(xiàn)潮流逆流的配電網(例如含高滲透率DERs)中，雙向操作能力非常必要。

　　4、同時支持單向操作(只對需要跳閘相跳閘)和三線操作(三相同時跳閘)。單向重合器只把故障相線路斷開，避免中斷非故障相的電力供應。如果分布式發(fā)電設備在智能線路開關的下游(遠離變電站)，其單相跳閘的功能將被禁用，以避免對發(fā)電機造成損害。預計到2030年將會有25%的配網饋線會加裝智能線路開關。

　　靜止無功補償器和短路電流限制器

　　電力電子技術不僅可以為用戶提供穩(wěn)定的電能，還能同時實現(xiàn)頻率、相位、電壓等的靈活控制。靜止無功補償器、短路電流限制器就是配網中的兩個典型電力電子裝置。

　　分布式電壓/無功控制設備

　　電壓和無功控制并非新概念，所有的配電系統(tǒng)均需要電壓和無功控制，以維持母線電壓水平，保障較高的功率因素。尤其是目前，電力公司正在采取措施提升電網運行效率、資產管理水平，此時的電壓/無功控制技術就更加重要了。

　　配電系統(tǒng)的控制器通常采用“獨立模式”，即控制器只根據其設備自身的測量信息動作。近年來，隨著配網饋線的頻繁重構、并網新能源功率波動的影響，在這種動態(tài)環(huán)境下，電力公司就不得不考慮效率、線損、穩(wěn)定性這些過去不那么嚴重的問題。曾經普遍采用的“獨立模式”的控制器無法滿足新形勢下的需求了。因此，必須研發(fā)新技術、新設備，要求能根據環(huán)境變化，動態(tài)協(xié)調不同類型的電壓/無功控制設備。

　　智能逆變器

　　逆變器是將直流電能變換為交流電能的設備。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最為復雜的設備，是系統(tǒng)中成本第二高的設備，同時也是系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)。光伏電池板一般非常堅強可靠，有長達25年的使用壽命，而逆變器的壽命一般不超過10年。

　　智能變壓器

　　傳統(tǒng)變壓器在輕負載下的效率很低，有液體介質泄漏的隱患，并且只有升/降壓這一單一功能，不能提供實時電壓調節(jié)和系統(tǒng)監(jiān)控的功能。同時，它們不能通過單相電路提供三相電能，不能部分拆開逐個修復。未來配電變壓器將作為分布式電源的接口，能接入儲能，能接納電動汽車，采用電力電子器件替代傳統(tǒng)配網變壓器的設備。

　　多功能固態(tài)開關系統(tǒng)

　　多功能固態(tài)開關設備(solid-state switchgear system)，在國內常被稱為能源路由器，用于替換傳統(tǒng)配電網開關，是用于配電自動化的典型智能電子設備。

　　本地能源網絡控制器

　　當前能源網絡的結構正向智能電網和低碳發(fā)電、本地能源網絡(Local energy networks,LENs)和電力交通相結合的方向發(fā)展。LEN包括終端用戶的能源服務設備，分布式發(fā)電，本地儲能，基于建筑、校園或社區(qū)層面的需求側響應功能。分布式、集中式的控制結構決定了LEN和配電網、大電網之間的交互關系，而系統(tǒng)的整個布局則能夠促進基于這兩種控制結構的高度交互的網絡的發(fā)展。這些結構有利于整合連接在高壓電網中的集中式發(fā)電電源。特別地，這種結構使得不太可控的可再生能源發(fā)電，如風電、光伏和一些起平衡作用的電源互聯(lián)起來了。

　　預計到2030，10%的既有饋線和25%的新建饋線將包含LEN控制器。

　　住宅EMS系統(tǒng)

　　住宅EMS包括居民EMS和智能家居設備(Intelligent home device,IHD)。除此以外，系統(tǒng)還可以根據預先設定的計劃，按用戶的喜好對負荷或其他自動化設備進行管理。

　　電動汽車充電設施

　　曾經，電動汽車主要由庫侖科技、ECOtality公司、銀泉網絡公司等充電站運營商采用封閉、專門的充電網絡為其服務。現(xiàn)在，國家、地方都在采取積極措施鼓勵充電設施的新建、擴建，此舉有利于全面推動電動汽車的大規(guī)模應用，有利于培育新的技術增長點和一批高科技民族企業(yè)。例如，許繼集團公司就在這股浪潮下迅速發(fā)展成為國內目前唯一能夠成套提供“充、換、儲、放”一體化設備的制造商。

　　電能存儲

　　以鉛酸蓄電池為代表的電儲能系統(tǒng)廣泛應用于不間斷供電的住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)。商業(yè)和工業(yè)用儲能系統(tǒng)可以以75%的效率提供長達8小時的連續(xù)電力，并且具有高達5000次循環(huán)周期的使用壽命。往宅區(qū)儲能系統(tǒng)一般具有以75%的效率連續(xù)提供2小時電能的能力，也具有5000次循環(huán)周期。

　　傳感器

　　配電用傳感器技術一直在不斷發(fā)展，傳感器的大量應用提高了系統(tǒng)的可靠性和資產管理水平。一些即將進入配電網應用的傳感器如下：

　　1、線路絕緣子傳感器。線路絕緣子傳感器并不是新技術，但在未來將會有新的用途：監(jiān)測配電網中的線路電流、節(jié)點電壓，監(jiān)測配電網饋線，還可以監(jiān)測開關電容器、饋線電壓調節(jié)器、配電線路自動開關。在其高級應用中，還可以與變電站配合起來。

　　2、帶電流電壓監(jiān)測功能的絕緣子。線路絕緣子傳感器實際上是帶電流電壓監(jiān)測功能絕緣子的擴展應用，這些絕緣子也能起到類似于支柱絕緣子的功能。

　　3、肘式電壓電流監(jiān)測器。Lindsey制造公司生產的肘式電壓電流監(jiān)測器可以安裝在變壓器和開關的末端。

　　智能配電網投資前景分析：

　　過去中國電力投資更為重視發(fā)電側，電力投資中約60%用于電源，40%用于電網。2010年以后電網投資占比出現(xiàn)大幅上升，投資比重達到60%，電源投資占比下降到40%。但是，與輸電網絡相比，中國配電網投資和建設相對落后。總體上，我國目前電網投資仍以輸電側投資為主，尤其是基于特高壓的投資。

　　未來，電網會更加注重配網側和用戶側，智能配電網的建設亟待引入新技術設備來提高配網的經濟性、可靠性、穩(wěn)定性、安全性、交互性。電動汽車、分布式能源、燃氣冷熱電三聯(lián)供、儲能技術革命均需要加大智能配電網的投資，為適應未來能源消費革命、技術革命和體制革命，智能配電網投資勢在必行。