智能配电网自愈控制技术体系框架研究

智能配电网自愈控制技术体系框架研究

智能配电网自愈控制技术体系框架研究

关键词: 智能电网自愈控制智能配电网

摘要：智能配电网是智能电网的重要组成部分，自愈作为智能配电网的“免疫系统”，是智能配电网最重要的特征。首先阐述智能配电网自愈控制主要解决的问题及其作用，然后分析智能配电网自愈控制体系的结构及其技术组成，包括基础层、支撑层和应用层。其中，电网及其设备为基础层，数据和通信为支撑层，监测、评估、预警/分析、决策、控制、恢复为应用层。通过研究应用智能配电网自愈控制技术将使电网的供电可靠性明显提高，停电时间显著减少。尤其是在极端天气情况下，配电网将充分发挥它的自我预防、自我恢复能力，优先保障人们的生活，最大限度地为人们提供电力。

关键词：智能配电网;自愈控制;技术体系;基础层;支持层;应用层

进入21世纪以来，随着世界经济的发展，节能减排、绿色能源、可持续发展成为各国关注的焦点，更成为电力行业实现转型发展的核心驱动力，智能电网的理念逐渐萌发形成，成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择[1-3]。目前，中国和世界各国已经达成普遍共识，建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网，是未来电网的发展方向[4-6]。智能电网能够实现电力系统安全稳定、优质可靠、经济环保，是实施可持续供电战略的重要保障，具有融合、优化、分布、协调、互动、自愈等特征[7-9]。根据目前国际、国内的研究报告，智能电网主要由4部分组成，分别是高级配电运行、高级量测体系、高级输电运行、高级资产管理。在各个部分中，高级配电运行是目前装备较薄弱的环节，所以在国际上关于智能电网的研究报告中，配电网是大家关注的重点[10]。

智能配电网是智能电网中连接主网和面向用户供电的重要组成部分[11]。智能配电网有助于提高电网供电可靠性、系统运行效率以及终端电能质量;有助于实现分布式发电、储能与微网的并网与优化运行，实现高效互动的需求侧管理;有助于结合先进的现代管理理念，构建集成与优化的配电资产运行、维护与管理系统。智能配电网较传统配电网更加坚强并具有更大的“弹性”，可以有效抵御自然灾害及外力破坏等突发事件给电力系统造成的影响，并且具有强大的“自愈”功能，自愈是智能配电网最重要的特征。从本质上讲，自愈是智能配电网的“免疫系统”。

目前，国内外学者都在积极探讨具有自愈能力的电网架构[12-14]、自愈控制体系及控制策略[15-16]，但是这些研究还未形成统一的系统理论，也没有针对智能配电网展开自愈控制的研究。本文对智能配电网的控制技术体系进行研究。首先分析智能配电网自愈控制技术体系设计的层次结构，自下而上分为3层，分别是基础层、支撑层和应用层，然后分别分析各层次的技术组成。

1 智能配电网自愈控制概述

电网从当前的安全控制到自愈电网理念的提出、研发和实施，是一个历时以世纪计的积累发展过程[17]。智能配电网的“自愈”能力是指智能配电网能够及时检测出已经发生或正在发生的故障，并进行相应的纠正性操作，使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小。自愈控制主要是解决“供电不间断的问题”，也就是在无需或仅需少量人为干预情况下，监测电网的实时运行状态，预测电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐

患。具有自愈能力的智能配电网将具有更高的供电可靠性、更高的电能质量、支持大量的

分布式电源的接入、支持用户能源管理(需求侧管理)、提高电网资产利用率、对配电网及其设备进行可视化管理、实现配网设备管理、生产管理的自动化、信息化。

2 智能配电网自愈控制技术体系

智能配电网的自愈控制技术体系自下而上分为3个层次，依次是基础层、支撑层、应用层，如图1所示。

2.1 基础层———电网及其设备

实体电网作为智能电网的物理载体，是实现智能电网的基础[18]，也是实现自愈控制的基础。但是，与国外先进国家相比，我国配电网整体供电能力和可靠性水平偏低，管理手段相对落后;配电自动化系统覆盖范围小，远远低于先进国家水平;由于技术不成熟、网架结构调整频繁、运行维护力量不足等原因，配电自动化实用化水平较低，部分装置处于闲置状态;部分地区城市配电变压器经济运行水平不高，配网节能降耗技术应用不足。

鉴于以上原因，我国智能配电网应该以可靠性建设为核心，以配电网高效运行为目标，同时提高负荷管理水平和用户参与水平。而且，未来将有大量的分布式清洁能源发电及其他形式发电接入电网，要求配电网具备灵活重构、潮流优化、清洁能源接纳能力。同时，随着用户侧、配网侧分布式电源增多，特别是随着屋顶太阳能发电、电动汽车大量使用，电网中电力流和信息流的双向互动会逐步增多，对电网运行和管理将产生重大影响。因此，在实体配电网的建设过程中，必须进行前瞻性的探索、规划和构建，以长远的眼光来研究我国配电网的发展，大力推进先进技术创新，积极采用成熟先进技术，使实体电网在架构

上、技术上、装备上满足未来智能电网的需求。

2.2 支撑层———数据和通信

覆盖整个电网的信息交互是实现电力传输和使用高效性、可靠性和安全性的基础[19]。而且，自愈控制需要采集大量设备(包括一次、二次设备)的状态数据和表计计量数据，对于这种数量大、采集点多而且分散的情况，就需要在开放的通信架构、统一的技术标准、完备的安全防护措施下建立高速、双向、实时、集成的通信系统。高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能配电网的基础，也是迈向配电网自我预防、自我恢复的关键步骤。这样的通信系统建成后，电网通过连续不断地自我监测和校正，应用先进的信息技术，实现其自愈能力，提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平，它还可以监测各种扰动，进行补偿，重新分配潮流，避免事故的扩大。

2.3 应用层

自愈电网各项功能的实现，有赖于在完善电网、电力设备以及数据通信的基础上，应用监测、评估、预警/分析、决策、控制、恢复等技术，实现电网的自我预防，自我恢复。本文从以上6方面阐述智能配电网自愈控制技术体系应用层的功能，各功能模块的关系如图2所示。

具有自愈能力的智能配电网将电网运行状态分为正常状态、预警状态、临界状态、紧急状态和恢复状态。各状态的特征如表1所示，各状态之间的变化关系如图3所示。