赵江河：智能配电网的技术体系构建和发展方向

专家简介

赵江河，高级工程师。中国电力科学研究院配电研究所副总工程师，中国电机工程学会电力系统自动化专委会，配电自动化学科组成员，中国电机工程学会高级会员，全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会委员。北京市标准评审专家，国家电网配电自动化领域专家、标准评审专家、科技奖评审专家、产品招标评审专家等。全国输配电协作网配电专家组长。主持参与《智能电网技术标准体系与规划》《智能电网关键技术研究》《智能电网关键设备研制规划》等国家电网的智能电网主要纲领性技术报告的编写工作

1   国际智能配电网

1.1  智能电网的背景

智能电网的研究工作起源于美国，随后部分其他国家认可了其观点，目标是在2020年或更远的将来实现智能电网。美国能源部（DOE）及电网智能化联盟主导的GridWise项目和EPRI发起的Intelligrid项目。欧洲于2005年成立了欧洲智能电网论坛，发表了《欧洲未来电网的远景和策略》、《战略性研究议程》、《欧洲未来电网发展策略》3份报告，全面阐述了智能电网的发展理念和思路，以指导欧洲智能电网的建设。世界著名的IBM、Google、Intel等信息产业龙头纷纷进军智能电网领域 。

1.2  智能电网的动因

 安全、可靠、价格合理的电力供应是国家繁荣、安全的重要保证转向了更加高效、灵活、环保、且有利于跨欧电力市场建设等需求。

 美国：电力需求的增长与日益老化的电网框架之间的矛盾；运行成本控制与相应监管政策的不确定性的矛盾；环境压力不可再生能源的过度开采和利用，造成生态环境破坏和能源枯竭；信息化、数字化等新技术的驱动。

欧洲：各国的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发展，尤其是鼓励风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展；欧盟和相关国家的政策鼓励和支持，提倡低碳发电、可再生能源电力和高效的能源利用方式，用以减小碳化物的排放，保护环境；现代新技术的驱动。

1.3  智能电网的演变 

图1

1.4  智能配电网发展趋势图

图2

1.5  智能配电发展趋势 

表1

现在的电网	智能电网
电气化	数字化
单向沟通	双向沟通
满足集中式发电送出的要求	满足分布式发电送出的要求
辐射拓扑	网络拓扑
少数传感器	无处不在的传感器
无法自我监控	设备状态监测
手动操作	自动化，智能化
故障导致长时间停电	故障的自动处理或自愈
手动设备检查	远程设备监控
通过电话和会议处理紧急状况	应急系统和风险评估
电流控制有限	电流全面控制系统
有限的电价信息	全面的电价信息
客户选择少	客户选择多

1.6  国际智能配电发展差异

（1）主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定实时运行效益。 

（2）自动需求响应的广泛用户参与，改变用能习惯，控制复杂程度需要智能配电。 

（3）需求侧管理、配电实时电价和用户驱动的增值服务市场。

1.7  光伏发电并入配电网

（1）分布式电源（风、光、储）并入配电网运行控制。

（2）新型的能量管理策略需求，大规模分布式电源功率穿越、储能、用户需求响应。

（3）电动车充电模式与换电模式，将深刻改变配电网的运行方式。             

（4） 微电网改变了配电网的格局。

1.8  配电的概念向外延伸

（1）未来智能电网将根据用户对电能质量、安全性和可靠性的需求供电；

（2）配电网的扩建、维修和运行是灵活、优化和规划性；

（3）具有灵活的需求侧管理和用户驱动的增值服务市场；

（4）协调当地能源管理以及分布式发电；

（5）可再生能源同大规模集中发电的完全整合。

2   国网智能配电目标

输

2.1  配电环节发展基础

（1）统筹城乡电网发展，加快新农村电网建设和城乡配电网建设和改造，加大重点城市及地、县级电网建设改造，加强和完善地区配电网网架，逐步消除供电“瓶颈”，不断提升供电能力和供电可靠性

（2）配电自动化和馈线自动化技术研究较为深入并得到初步应用，配电自动化水平逐步提高；配电网分布式发电与新能源接入技术研究深入开展

（3）我国配电网网架结构相对薄弱；配网自动化覆盖范围不到9%，远远低于发达国家水平,实用化水平较低；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，大部分处于闲置状态。

（4）配电网相关技术和管理制度欠缺，亟待完善；在储能电池的制造与大规模应用技术等方面落后于发达国家。

2.2  配电环节发展目标

 建成高效、灵活、合理的配电网络，配电网具备灵活重构、潮流优化能力和可再生能源接纳能力，在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行；实现集中/分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制。

供电可靠性和电能质量显著提高；完成实用性配电自动化系统的全面建设，全面推广智能配电网示范工程应用成果，配电网主要技术装备达到国际领先水平。

2009年～2011年：研究智能配电网的总体框架和技术发展规划；开展重点科研项目攻关和试点工程建设；完成智能配电网仿真实验平台和城市储能装置示范工程建设。

 2012年～2015年：完善智能配电网技术架构体系，继续优化完善配电网架；在全面总结和评估试点经验的基础上，研究建立智能配电系统的成熟度评估模型和实验平台。

 2016年～2020年：完成集中/分散式储能、分布式电源的大规模应用，主要技术装备达到国际领先水平；在重点城市建成具有自愈、灵活、可调能力的智能配电网。

2.3  配电关键设备研制规划

图3

2.4  智能电网标准体系

图4

2.5  智能配电系列标准

图5

3   智能配电技术体系

3.1  配电自动化建设目标

（1）以覆盖全部配电设备为基本考虑

（2）以信息资源综合利用为重要手段

（3）以配电调度和生产指挥为应用主体

（4）以提高配电管理水平为主要目的

3.2  配电自动化的技术框架

（1）完全符合国际标准的系统构架和数据模型

（2）可以对超量实时数据进行准确可靠的处理

（3）具备基于配电拓扑的分析应用和实用功能

（4）针对配网调度和故障处理能力的提升

（5）采用信息交换总线实现与相关系统的互联

（6）通信方式合理应用支持配电信息传输

3.3  配电自动化系统

图6

3.4  配电的业务与信息流

 

图7  停电管理业务流程

3.5  智能配电的信息交互核心标准

（1）IEC 61968 （DL/T 1080）标准为电力企业内部各应用系统间的信息共享提供了接口规范和实现机制。 

（2）信息交换总线（IEB）将若干个相对独立的、相互平行的应用系统/模块（信息孤岛）以松耦合机制整合起来，组成一个既各自独立又相互关联的高效应用体系。 

（3）为配电的管理服务，综合分析、辅助决策等高端应用创造必备的条件。

3.6  配电管理业务的多源信息集成

图8

3.7  智能配电网的体系架构研究目标

图9

3.8  IEC-SG3 信息模型

图10

3.9  国网智能配电网的关键技术框架

（1）智能配电网架构体系研究

（2）智能配电网标准模型及交换服务研究

（3）智能配电网的虚拟现实研究

（4）智能配电网快速仿真研究

（5）智能配电调度平台研究

3.10  国网智能配电网的关键技术框架

（1）智能配电网控制技术研究

（2）智能配电网的故障处理研究

（3）智能配电终端研究

（4）智能配电网供电安全预警技术研究

（5）可靠经济的设备管理研究

3.11  国网智能配电网的关键技术框架

（1）智能配电网规划

（2）配电电能质量监测控制研究

（3）定制电力技术研究

（4）智能配电网自愈基础理论研究

（5）储能电池以及大容量电池储能系统集成技术研究

赵总谈到：

建成高效、灵活、合理的配电网络，配电网具备灵活重构、潮流优化能力和可再生能源接纳能力，在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行；实现集中/分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制。

供电可靠性和电能质量显著提高；完成实用性配电自动化系统的全面建设，全面推广智能配电网示范工程应用成果，配电网主要技术装备达到国际领先水平。 

注：此文来源第七届配电自动化技术应用论坛