智能配電網

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　　智能配電網是指以物理電網為基礎，是在高速雙向通信網路和先進數字技術的基礎上，將感測測量技術、通信技術、信息化技術、控制技術、設備互動技術、決策支持系統技術、電腦技術和物理電網高度集成而形成的新興網路。

　　智能配電網是2006年，正式由IBM公司提出。實際上，能量流與信息流融合而成的網路，就可稱為智能配電網。

　　作為智能電網的重要組成部分,智能配電網包括智能表計、智能網路和和智能運行3個部分。

　　智能表計用以實現網路中的數據測量、收集、存儲、分析與雙向傳輸，技術上依靠高級量測體系AMI實現。智能表計提高了系統的可觀性，只有首先實現電網的信息化才可能實現電網的智能化。對於智能網路，未來可能並不僅限於電力傳輸，而是包含了其他形式能源的智能能源網。智能運行基於智能表計的量測數據完成各種計算與分析功能。通過智能決策對智能配電網進行控制，以實現運行效率的優化和系統安全性的改善，滿足各類不同的商業需求。智能運行是實現智能配電網的關鍵，也是技術難度最大的部分。對此，輸電網和配電網分別具有不同的功能需求。智能配電網與智能輸電網的最大區別也體現在智能運行方面，通過與用戶的互動，智能配電網可以衍生出一系列新的產品與服務，其中蘊含著巨大的商業價值(智能電網的投資回報也要靠各種創新的商業需求來體現。圖1給出了智能配電網中的技術層次示意圖。

　　智能配電網可以通過電子終端在獨立用戶之間、用戶和電網公司之間形成網路互動和即時連接，實現電力數據讀取的實時、高速、雙向的通信效果，並實現電力、電信、電視、智能家電控制等多用途數字交互，同時可實現用戶富餘電能的回售等功能。

　　智能配電網整合了系統數據，發揮了中央電力體系的集成作用，可實現有效的臨界負荷保護，以及各種電源和客戶終端與電網的無縫互連，從而優化電網的管理，將電網提升為互動運轉的全新模式，形成電網全新的服務功能，提高整個電網的可靠性、可用性和綜合效率。智能配電網具備可靠、自愈、經濟、兼容、集成和安全等特點叫，可通過信息化平臺，使發電、輸電、配電、用電等配電網系統的各個環節互相融通，實現精確供電、互補供電、提高能源利用率、供電安全，節省用電成本的目標。

　　根據美國能源局現代配電網發展報告及歐洲的分散式發電實踐，智能配電網的特征具有以下幾點:

　　1、具有自我恢復功能，即自愈性;

　　2、用戶可主動參與配電網的運行，即互動性;

　　3、可抵禦自然災害與恐怖襲擊，即安全性;

　　4、能提供高質量的電能，減少停電損失，即可靠性;

　　5、能夠容納各種發電和蓄電形式，即納新性;

　　6、能優化設備運行，降低配電網運行費用，即優質性。

　　1、配電數據通信網路。

　　2、先進的感測測量技術，如光學或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設備狀態線上監測、電能質量測量等技術。

　　3、先進的保護控制技術。

　　4、高級配電自動化。

　　5、高級測量體系，是一個使用智能電錶通過多種通信介質 ,按需或以設定的方式測量、收集並分析用戶用電數據的系統。

　　6、DER 並網技術 ,包括 DER 在配電網的“即插即用”以及微網兩部分技術內容。

　　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。

　　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。

　　智能配電網是物聯網在電力系統行業的應用典範。應用物聯網技術，智能配電網將會形成一個以配電網為依托，覆蓋城鄉各用戶及用電設備的、龐大的物聯網路。智能配電網與物聯網的相互滲透、深度融合和廣泛應用，將能有效整合通信基礎設施資源和電力系統基礎設施資源，進一步實現節能減排，提升配電網的信息化、自動化、互動化水平，提高配電網運行能力和服務質量。智能配電網和物聯網的發展，不僅能促進電力工業的結構轉型和產業升級，更能夠創造一大批原創的、具有國際領先水平的科研成果，打造更大的產業規模。

　　融合智能配電網應用的物聯網主要分為感知層、網路層和應用服務層。感知層主要通過感測器、射頻識別等技術手段實現對相關信息的採集;網路層依托電力信息通信網，實現感知層各類電力信息的傳輸;應用服務層主要採用智能計算、模式識別等技術來實現電網信息的綜合分析和處理，實現智能化的決策、控制和服務。物聯網與智能配電網的基本框架示意圖如圖2所示。

　　圖2中的感知層包括感知控制子層和通信延伸子層。感知控制子層主要是對物理世界感知、識別、信息採集的各類感測器;通信延伸子層是將物理實體聯接到網路層和應用層的通信終端模塊或延伸網路。智能配電網通過感知控制子層實現各環節電氣量、非電氣量、微環境等信息的採集，並通過通信延伸子層接入物聯網的網路層。網路層包括接入網和核心網，實現感知層與應用層間信息的傳遞、路由和控制。基於智能配電網對數據安全、傳輸可靠性及實時性的嚴格要求，當前物聯網的信息傳遞、匯聚與控制主要通過電力系統專用通信網來實現(在不具備條件或特殊條件下也可藉助公網)，在配電網終端，成熟的低壓載波通信技術也是物聯網的一種理想的通信路徑。應用層包括應用基礎設施/中間件和各種應用。應用基礎設施/中間件是實現信息存儲、計算的基礎設施，為各種應用提供技術支撐。應用層通過先進的信息分析處理技術實現配電網智能化的決策、控制和服務。物聯網技術將進一步助力智能配電網的實現，如設備狀態的預測和調控，資產全壽命周期管理的輔助決策，配電網與用戶間的智能互動等。

　　智能配電網與物聯網的相互滲透和深度融合是信息通信技術發展到一定階段的必然結果，能有效整合通信基礎設施資源和電力基礎設施資源，提高電力系統的信息化水平，改善現有電力基礎設施的利用效率。首先，作為“智能信息感知末梢”，物聯網以其獨特的優勢，能在多種場合滿足智能配電網信息獲取的實時性、準確性和全而性需求，有助於實現對電力設備資產、生產過程的全方位採集和監控，也有助於降低線損、提高電能傳輸效率和使用效率，提升電網企業與用戶的互動能力。其次，配電網智能化是物聯網的重要應用領域。智能配電網的實踐，為物聯網工程提供了很好的行業應用示範。智能配電網信息通信網平臺，不僅能夠為物聯網技術的深化應用提供通信網路保障，也將為電信網、廣播電視網和互聯網的“三網融合”提供有力的支撐。配電網智能化還將成為拉動物聯網產業、甚至整個信息通信產業發展的強大驅動力，並將深刻影響、引領和推動其他行業的物聯網應用。

　　實現電力設備狀態線上監測是配電網智能化的關鍵一步。對於電力系統現有的110 kV樞紐變電站的一次設備加裝狀態監測系統，利用物聯網技術可實現對變壓器、斷路器、避雷器、直流系統的特征量監測，並利用一次設備狀態監測與故障分析系統，預先判定一次設備的故障徵兆，然後由人工根據診斷結果制定檢修計劃，以便在設備發生故障前就能及時排除隱患，避免不必要的停電檢修，降低設備維護成本，提高設備運行的經濟性和穩定性，從傳統的定期檢修逐漸向狀態檢修過渡;通過狀態監測技術的實施，為後期變電站狀態監測改造及狀態檢修的全而開展積累經驗，再逐步探索先進的狀態檢修管理模式，並通過管理模式的不斷完善，最終建立科學的狀態檢修管理體系。監測的主要內容是在變壓器上開展目前較為成熟的油色譜線上狀態監測、變壓器的絕緣狀態監測、以及變壓器分接開關線上濾油技術的應用;另外還有在斷路器上開展目前較為成熟的SF6氣體線上監測、斷路器機械特性的監測;在避雷器上開展電流狀態監測;在直流系統上開展線上監測技術的應用。按照信息統一集中的原則，應在被監測的設備處就近安裝智能組件，以將監測到的設備狀態信號通過網路分別傳送到監測伺服器和當地監控系統。然後再對傳送至監測伺服器中的設備狀態信息進行初步分析，供檢修人員參考;對傳送至當地監控系統的設備狀態信息，則通過遠動通信系統傳送至調度中心，由檢修人員在當地或遠方進行設備風險評估，並根據評估結果制定檢修計劃。

　　利用物聯網技術還可以對發電、新能源系統實現監測與控制。通過在常規機組內佈置各種感測器可掌握機組運行狀態(包括各種技術指標與參數)，提高常規機組運行維護水平;通過在壩體部署壓力感測器群監測壩體變形情況，規避水庫調度風險;通過各類氣象感測器實時採集風電場、光伏發電廠的風速、風向、溫度、濕度、氣壓、降雨、輻射等微氣象信息，實現新能源發電的監控和預測。同樣，物聯網技術也可以對風能、太陽能等新能源發電進行監測、控制和功率預測。利用物聯網技術，可以提高一次設備的感知能力，並很好地結合二次設備實現聯合處理、數據傳輸、綜合判斷等功能，提高電網的技術水平和智能化程度。事實上，輸電線路狀態線上監測是物聯網的重要應用之一。利用物聯網技術，可以提高對輸電線路運行狀況的感知，可監測的主要內容包括氣象條件、覆冰、導地線微風振動、導線溫度與弧垂、輸電線路風偏、桿塔傾斜等。還可通過物聯網對設備的環境狀態信息、機械狀態信息、運行狀態信息進行實時監測和預警診斷，提前做好故障預判、設備檢修等工作，從而提高設備檢修、自動診斷和安全運行水平。

　　由於電力生產管理的複雜性，電力現場作業管理難度較大，常有誤操作、誤進入等安全隱患。利用物聯網技術可以進行身份識別、電子工作票管理、環境信息監測、遠程監控等，實現調度指揮中心與現場作業人員的實時互動。調度計劃綜合應用功能可進行系統負荷預測及母線負荷預測，預測的時間尺度包括短期及超短期;電量計費方而則可負責存儲和管理遠程採集到的計量數據，根據電網模型進行分析和彙總，為營銷管理等系統提供數據支撐，並支持結算、考核、線損管理、平衡分析、盈虧分析等業務的開展;檢修計劃及發電計劃的編製、校核、考核等等功能可支持從調度管理綜合應用導入檢修申請，並對檢修申請進行調整以確認形成初始檢修計劃，用於檢修計劃安全校核，實現水力發電計劃、新能源發電計劃的編製和日內滾動調整。調度管理綜合應用功能可用於生產運行等應用。則可實現設備運行管理、設備檢修管理、電網運行管理、運行值班管理等方而的功能;專業管理應用，實現專業報表管理、標準(規程或規範)管理功能和信息展示與發佈，實現電網運行信息發佈、調度各專業信息動態發佈、文檔資料管理、信息公告等功能。另外，在電力巡檢管理方而，通過射頻識別、全球定位系統、地理信息系統以及無線通信網來監控設備運行環境，掌握運行狀態信息，並通過識別標簽輔助設備定位，實現人員的到位監督，指導巡檢人員按照標準化和規範化的工作流程進行輔助狀態檢修和標準化作業等。另外，通過在塔基下、桿塔上及輸電線路上安裝各種感測器、防拆螺栓等，同時結合輸電線路狀態線上監測系統，也可以很好地實現對重要桿塔的實時監測和防護。

　　將射頻識別和標識編碼系統應用於電力設備，可進行資產身份管理、資產狀態監測、資產全壽命周期管理，這樣就能夠自動識別目標對象並獲取數據，為實現電力資產全壽命周期管理、提高運轉效率、提升管理水平提供技術支撐。而通過安裝智能感測器也能夠確定變壓器、斷路器、配電自動化設備和開關等資產的剩餘使用壽命和預計失效時間;同時，通過在變電站和變壓器上安裝智能配電網設備，即能夠自動監測配電變壓器的運行情況，包括變壓器是否過載和實時負荷水平;通過斷路感測器，能夠自動檢測電路斷路器的運行情況，包括故障電流峰值、動作計數等。基於上述信息，能夠採取主動的資產管理方式，提高資產管理水平，最終在物聯網技術應用的基礎上，實現資產的全壽命周期管理。

　　利用物聯網技術有助於實現智能用電的雙向交互服務、用電信息採集、家居智能化、家庭能效管理、分散式電源接入以及電動汽車充放電，為實現用戶與電網的雙向互動、提高供電可靠性與用電效率以及節能減排提供技術保障。通過在電動汽車、電池、充電設施中設置感測器和射頻識別裝置，可以實時感知電動汽車的運行狀態、電池使用狀態、充電設施狀態以及當前網內能源供給狀態，實現電動汽車及充電設施的綜合監測與分析，保證電動汽車的穩定、經濟、高效運行。物聯網技術有助於實現家居智能化，通過在各種家用電器中內嵌智能採集模塊和通信模塊，可實現家用電器的智能化和網路化，完成對家用電器運行狀態的監測、分析以及控制，例如通過安裝門磁報警、窗磁報警、紅外報警、可燃氣體泄漏監測、有害氣體監測等感測器實現家庭安全防護;或通過無線、低壓電力線載波技術實現水、電、氣表自動抄收;也可以通過光纖複合低壓電纜、電力線載波以及智能交互終端，實現用戶與電網的交互，提供通信服務、視頻點播和娛樂等。

　　智能配網系統配用電自動化系統由主站、通信系統、自動化監控終端設備三大部分構成，形成一個完整的信息傳輸與處理系統，實現對配電網運行的遠程管理。對於智能配網系統來說，三大部分中通信系統是實現數據傳輸的關鍵和核心，通信系統將主站的控制命令準確地傳送到眾多的遠方終端，且將遠方設備運行狀況的數據信息收集到控制中心。智能配網通信系統可由多種通信方式組成，主要採用光纖和電力載波通信方式。

　　自動化監控終端設備包括饋線終端設備（FTU）、配變終端設備（TTU）、開閉所終端設備（DTU）等。

　　過去的幾年，智能配網項目和技術在一直走在智能電網普及的最前端。隨著全球範圍內主要國家智能電網建設的實施，各國政策和資金投入的加大，智能配網市場未來將迅速增長。其中，發達國家以原有的配網設備更新換代需求為主，發展中國家以新建智能配網系統需求為主。全球智能配網市場規模將由2010年的25億美元發展到2015年的95億美元，年均複合增長率超過30%。

　　我國的智能配網目前還處在起步階段，目前國內城市配網饋線自動化率不足10%，仍處在剛剛開始試點和初步建設的階段。隨著國家加大智能電網建設，智能配網將成為我國電力行業新一輪的投資重點，未來市場空間廣闊。配網自動化從2009年開始啟動，從最開始的五個試點城市擴充到2012年的40多個城市。根據國家電網規劃，由於試點城市的饋線率、供電可靠性均有明顯改善，全國總計約有300個城市將在十二五期間啟動配網自動化建設。“十二五”期間按配網智能化率達到40%測算配電智能化終端和主站的總市場容量將分別達到230億元和36億元左右，總市場容量接近280億元。未來幾年配電自動化增長潛力巨大。