智能示范台区构建与实现

【摘要】随着新能源的迅速发展和用户对电能质量要求的不断提高，传统配电网正面临着供电可靠性和供电质量要求不断提高、大量新型负荷出现及可再生能源接入等问题。为研究和解决以上问题，本文构建了一个示范性的新型配电台区实验平台。该平台考虑了太阳能光伏发电等新能源的接入、电动汽车充电桩等新型负荷的接入。由于电力电子等大量非线性负荷的广泛应用，配电网中的电能质量正在日益恶化，对工厂等敏感负荷、二次设备、通信装置等将产生严重影响，同时，还将影响电力一次设备、电动机等负荷的运行效率和使用寿命。本文通过在该示范性试验平台框架下对可再生能源接入、电能质量治理和无功补偿进行了相关实验，记录和分析了数据，得出了大量有意义的结论，即使在可再生能源接入情况下，台区的谐波治理和无功功率控制装置任然可以控制THD和功率因数在合理的范围内。

【关键词】智能配电网；无功补偿；电能质量；新能源

1、引言

随着经济、技术和环境要求的不断发展，电力的生产、传输和分配也做出了相应的改变。为了减少传统的损耗，集中式的发电逐步让位于更小更分布的发电电源。新兴的技术具有更低的排放和潜在的相比于传统技术更低的成本，这些技术的应用使得传统配电网具有更高的电能质量和更智能的操作系统。

然而通过持续的投入、研究与应用，配电网的革命性的变化并不是遥遥无期的。智能配电网具有新技术内容多、与传统电网区别大的特点，对于实现智能电网建设的整体目标有着举足轻重的作用。智能配电网应具备的功能特征有：（1）更高的安全性；（2）自愈能力；（3）更高的电能质量；（4）支持DER的大量接入；（5）支持与用户的互动；（6）更高的资产利用率；（7）对配电网及其设备进行可视化管理；（8）配电管理与用电管理的信息化[1-7]。

2、智能台区项目研究概述

智能台区的构建可提高配网终端用户的自动化水平，保证供电可靠性，达到节能减排的目的。本文研究试验对象是某供电局生产综合楼台区。通过对台区内的各类负荷进行智能监控，并接入作为分布式发电源，利用现代化的通讯网络进行数据采集分析。在采用计算机网络技术、通讯技术，传感器技术、分布式信息处理技术、无线传感络技术等国内外先进成熟技术的基础上，研发符合标准的配电专网用通讯软件，构建满足电力生产管理服务需求的配电专用数据通讯组网方案。

3、智能台区项目组成部分

3.1台区设备运行智能管理

台区设备运行智能管理不同于传统的配电网自动化系统，传统的配电自动化系统主要运用基础配电电路开关的自动化控制功能，台区设备运行智能管理则是应用可控设备和器件实现完全自动化，来实现系统的关键操作和运行。不同的组件之间相互兼容，而且还具有通信和控制能力。相对于传统台区，台区设备运行智能管理具有更多的功能、更好的性能、更高的可靠性、更低的成本。

台区设备运行智能管理总体目标是为未来智能电网建立一套高效的体系，使其更好地实现配电环节的各种控制功能。智能电网中的台区设备运行智能管理应具有如下特征。

新颖的系统构造能力，如环形网络、微电网、双向潮流等。

高级的运营能力，如智能的局部重构、紧急情况下的反馈、综合的无功/电压管理等。

3.2台区SCADA

台区SCADA系统主要功能有：

对线路负荷的评价和对系统配置的重构将避免负荷过重的情况发生。

在受到扰动后自动进行线路重构。

基于系统构造对保护体系进行更新。

考虑负荷、效率、无功/电压控制、可靠性评价等因素的线路拓扑管理。

考虑新能源接入的系统结构管理。

对电力生产设备的实时监控可以及时发现盗窃电力设备和窃电的行为。

实现这些功能，需要在台区10kV线路进线、10kV断路器、台变一二次侧、0.4kV进线、0.4kV母线、0.4kV出线以及电缆分接头直到用户表前都需加装电压或电流监测设备。这些设备都需要支持双向实时的通信接口。

3.3电网自愈控制

电网自愈控制是SCADA的发展，基于测量，面向过程，突出协调，强调适应。当台区发生故障时，通过信息管理、实施监控和建立自愈功能，而避免发生停电事故。

为了达到自愈，台区必须建立智能化的可靠性决策支持功能——其自愈功能应包括以下几个方面：

（1）台区供电可靠性和事故的预评估；

（2）事故区域定位和响应；

（3）电网的应急、重构及恢复管理。

自愈能力是自我预防和自我恢复的能力，预防控制为主要控制手段，及时发现、诊断和消除故障隐患；故障情况下维持系统连续运行的能力，不造成系统的运行损失，并且通过自治修复功能从故障中恢复。台区自愈控制体系是分层分布控制体系，由相互嵌套和衔接的基于台区SCADA的先进测量技术、实时状态估计系统和评价决策系统3大部分组成。

评价决策系统以电网的分析计算为基础，对电网做出状态评价和控制方案。这部分需要算法的支持，算法的智能程度直接影响着决策系统的智能性。根据计算的结果，系统采取相应的控制方案，如当台区发生故障时，系统根据故障分析程序定位故障类型和发生的地点，然后系统根据故障类型和发生的地点调用相关的自愈方案，假如发生的是瞬时故障，相关线路的断路器进行一次重合闸；假如发生的是永久性故障，通过一系列倒闸操作，把故障范围隔离在最小范围，或进行相关配变的备自投。并自动通知相关人员故障发生的类型和地点。

4、结论

本文建立了太阳能发电及储能系统、充电桩接入配电台区的实际应用示范点，为今后智能台区的发展应用提供了一个研究平台。本文介绍的智能台区的构建与节能技术是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，把完成不同供配电功能的智能电器、电能质量管理器和配电网后台管理设备连接成数字通信网络，组成智能化低压配电网。采用各种现场总线、无线自组网络或以太网，后台管理设备执行监控与数据管理软件，后台管理设备执行监控与数据管理软件从网络中的现场智能电器监控器取得电网的各种运行数据。将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，对电网的工作状态进行分析，并根据分析结果完成相应的操作，构成完整的自动化系统，可以完成低压配变进线、馈线的监测、控制、故障诊断、故障隔离和网络重构。

参考文献

[1]Fangxing， L.， et al.， Smart Transmission Grid： Vision and Framework. Smart Grid， IEEE Transactions on， 2010. 1（2）： p. 168-177.

[2]李斌，薄志谦.智能配电网保护控制的设计与研究.中国电机工程学报，2009：第1-6页.

[3]李勋等.智能配电网体系探讨.电力自动化设备，2011（8）：第108-111+126页.

[4]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配电网与配电自动化.电力系统自动化，2009（17）：第38-41+55页.