北極星輸配電網(wǎng)訊:導讀：智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節之一。作為電力傳輸的最后10公里，配電網(wǎng)擔負著(zhù)電力到用戶(hù)分配、計量、保護的重任，也因此與售電、用電服務(wù)、分布式發(fā)電、充電樁的融入構成不可分割的聯(lián)系。未來(lái)電動(dòng)車(chē)、分布式能源、燃氣冷熱電三聯(lián)供、儲能技術(shù)革命均需要加大智能配電網(wǎng)投資。

　　但是我國電網(wǎng)建設曾長(cháng)期“重發(fā)輕供不管用”，配電網(wǎng)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、城鎮化、農業(yè)現代化和美麗鄉村建設，終端用電負荷呈現增長(cháng)快、變化大、多樣化的新趨勢，加快配電網(wǎng)智能改造升級的任務(wù)愈發(fā)緊迫。

　　智能配電網(wǎng)宏觀(guān)政策動(dòng)態(tài)：

　　2014年8月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加強城市基礎設施建設的意見(jiàn)》，提出將配電網(wǎng)發(fā)展納入城鄉整體規劃。

　　2015年8月31日，國家能源局發(fā)布的《配電網(wǎng)建設改造行動(dòng)計劃(2015~2020年)》明確指出，要加大配電網(wǎng)資金投入。目標是2015~2020年配電網(wǎng)建設改造投資不低于2萬(wàn)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(wàn)億元。“十三五”期間年均投資預計為3400億，較2014年將大幅增長(cháng)80%。

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

　　2016年6月29日，國家能源局委托中電聯(lián)專(zhuān)家組對《甘肅省配電網(wǎng)建設改造“十三五”規劃》進(jìn)行了評審。《甘肅省配電網(wǎng)建設改造“十三五”規劃》深入剖析了“十三五”甘肅經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的趨勢及配電網(wǎng)建設改造面臨的形勢和挑戰，將“推動(dòng)智能互聯(lián)，打造服務(wù)平臺”作為配電網(wǎng)建設重點(diǎn)。

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

　　2016年1月22日，南方電網(wǎng)公司組織召開(kāi)加快配電網(wǎng)建設改造行動(dòng)宣貫交流會(huì )議，進(jìn)一步貫徹落實(shí)國家加快配電網(wǎng)建設改造要求，宣貫公司配電網(wǎng)發(fā)展政策、配電網(wǎng)建設改造主要方向、內容以及實(shí)施計劃等，并通過(guò)現場(chǎng)座談加強內外交流，為公司電網(wǎng)建設發(fā)展建言獻策。據悉，公司配網(wǎng)發(fā)展的總體目標是：到2020年，建設安全可靠、經(jīng)濟高效、結構合理、適度超前、智能環(huán)保的配電網(wǎng)。

　　2016年2月國家電網(wǎng)公司接受采訪(fǎng)表示：隨著(zhù)新型城鎮化、農業(yè)現代化的深入推進(jìn)，新能源、分布式電源，以及電動(dòng)汽車(chē)等多元化負荷的快速發(fā)展，加快城鄉配電網(wǎng)建設改造，實(shí)現傳統配電網(wǎng)向智能配電網(wǎng)轉型升級的任務(wù)日益緊迫。提倡推動(dòng)智能互聯(lián)，打造服務(wù)平臺。滿(mǎn)足新能源、分布式電源并網(wǎng)，建設用戶(hù)智能友好互動(dòng)工程。

　　2016年6月13日，由北京電力公司組織編制的《國網(wǎng)北京市電力公司智能配電網(wǎng)建設改造技術(shù)細則》順利通過(guò)了專(zhuān)家評審。這標志著(zhù)北京公司已經(jīng)建立了智能配電網(wǎng)建設改造技術(shù)標準支撐，北京智能配電網(wǎng)建設發(fā)展有了高標準、高起點(diǎn)的清晰“路線(xiàn)圖”。下一步，北京公司將以《智能配電網(wǎng)建設改造技術(shù)細則》為標準，積極推進(jìn)首都智能配電網(wǎng)建設，促進(jìn)配電網(wǎng)建設運維和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平全面提升。

　　政策支持力度不斷加大，智能配電網(wǎng)設備市場(chǎng)看好：

　　智能饋線(xiàn)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(lái)替換基于電子機械的保護控制系統是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然過(guò)程。預計到2030年，70%的饋線(xiàn)都將配備智能繼電器和重合器。

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

　　1、測量?jì)x器能夠持續地對測量值(電流、電壓等)進(jìn)行監測分析，能及時(shí)處理測量信息并計算出有用數據(如到故障點(diǎn)的故障距離)。

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

　　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(shí)通知工作人員進(jìn)行維修，從而避免系統發(fā)生故障而設備拒動(dòng)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中非常重要，尤其是含高滲透率DER的網(wǎng)絡(luò )或者頻繁重構的配電網(wǎng)。

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

　　智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)

　　智能配電網(wǎng)中包含了大量分布在配電網(wǎng)饋線(xiàn)重要位置上的智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)。這些智能開(kāi)關(guān)將支持配電網(wǎng)實(shí)現“自愈”功能。同時(shí)，它也支持饋線(xiàn)終端實(shí)現滿(mǎn)足分布式發(fā)電與負荷平衡需求的最優(yōu)網(wǎng)架重構。智能開(kāi)關(guān)具有如下主要特征：

　　1、具有工業(yè)標準的通信系統，用于支持遠程控制和數據獲取功能。出于遠程控制和數據獲取的目的，智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)將支持信號傳回配電控制中心。該開(kāi)關(guān)也支持與其他智能設備(如其他智能開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電容器、分布式電源等)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信。該功能使得線(xiàn)路開(kāi)關(guān)可以全面支持分布式、多代理、自治式的對等控制。隨著(zhù)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(dòng)存儲，而且還能用于電壓/無(wú)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是實(shí)現上述目標的必要條件。

　　2、每個(gè)智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)必須包含一個(gè)獨立的本地控制器，以獲取本地數據，實(shí)現自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

　　3、智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)和相關(guān)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(jìn)行響應：當潮流流向變電站時(shí)，它必須有相應的時(shí)間配合曲線(xiàn)(Time coordination curve,TCC)，而當潮流流向相反時(shí)，必須有另一個(gè)對應的TCC。對于配電網(wǎng)饋線(xiàn)的重構(在智能配電系統中經(jīng)常發(fā)生)以及可能出現潮流逆流的配電網(wǎng)(例如含高滲透率DERs)中，雙向操作能力非常必要。

　　4、同時(shí)支持單向操作(只對需要跳閘相跳閘)和三線(xiàn)操作(三相同時(shí)跳閘)。單向重合器只把故障相線(xiàn)路斷開(kāi)，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(xiàn)路開(kāi)關(guān)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(huì )有25%的配網(wǎng)饋線(xiàn)會(huì )加裝智能線(xiàn)路開(kāi)關(guān)。

　　靜止無(wú)功補償器和短路電流限制器

　　電力電子技術(shù)不僅可以為用戶(hù)提供穩定的電能，還能同時(shí)實(shí)現頻率、相位、電壓等的靈活控制。靜止無(wú)功補償器、短路電流限制器就是配網(wǎng)中的兩個(gè)典型電力電子裝置。

　　分布式電壓/無(wú)功控制設備

　　電壓和無(wú)功控制并非新概念，所有的配電系統均需要電壓和無(wú)功控制，以維持母線(xiàn)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(wǎng)運行效率、資產(chǎn)管理水平，此時(shí)的電壓/無(wú)功控制技術(shù)就更加重要了。

　　配電系統的控制器通常采用“獨立模式”，即控制器只根據其設備自身的測量信息動(dòng)作。近年來(lái)，隨著(zhù)配網(wǎng)饋線(xiàn)的頻繁重構、并網(wǎng)新能源功率波動(dòng)的影響，在這種動(dòng)態(tài)環(huán)境下，電力公司就不得不考慮效率、線(xiàn)損、穩定性這些過(guò)去不那么嚴重的問(wèn)題。曾經(jīng)普遍采用的“獨立模式”的控制器無(wú)法滿(mǎn)足新形勢下的需求了。因此，必須研發(fā)新技術(shù)、新設備，要求能根據環(huán)境變化，動(dòng)態(tài)協(xié)調不同類(lèi)型的電壓/無(wú)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)電系統中最為復雜的設備，是系統中成本第二高的設備，同時(shí)也是系統中最脆弱的環(huán)節。光伏電池板一般非常堅強可靠，有長(cháng)達25年的使用壽命，而逆變器的壽命一般不超過(guò)10年。

　　智能變壓器

　　傳統變壓器在輕負載下的效率很低，有液體介質(zhì)泄漏的隱患，并且只有升/降壓這一單一功能，不能提供實(shí)時(shí)電壓調節和系統監控的功能。同時(shí)，它們不能通過(guò)單相電路提供三相電能，不能部分拆開(kāi)逐個(gè)修復。未來(lái)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(dòng)汽車(chē)，采用電力電子器件替代傳統配網(wǎng)變壓器的設備。

　　多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)系統

　　多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)設備(solid-state switchgear system)，在國內常被稱(chēng)為能源路由器，用于替換傳統配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)，是用于配電自動(dòng)化的典型智能電子設備。

　　本地能源網(wǎng)絡(luò )控制器

　　當前能源網(wǎng)絡(luò )的結構正向智能電網(wǎng)和低碳發(fā)電、本地能源網(wǎng)絡(luò )(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(hù)的能源服務(wù)設備，分布式發(fā)電，本地儲能，基于建筑、校園或社區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(wǎng)、大電網(wǎng)之間的交互關(guān)系，而系統的整個(gè)布局則能夠促進(jìn)基于這兩種控制結構的高度交互的網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展。這些結構有利于整合連接在高壓電網(wǎng)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(fēng)電、光伏和一些起平衡作用的電源互聯(lián)起來(lái)了。

　　預計到2030，10%的既有饋線(xiàn)和25%的新建饋線(xiàn)將包含LEN控制器。

　　住宅EMS系統

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

　　電動(dòng)汽車(chē)充電設施

　　曾經(jīng)，電動(dòng)汽車(chē)主要由庫侖科技、ECOtality公司、銀泉網(wǎng)絡(luò )公司等充電站運營(yíng)商采用封閉、專(zhuān)門(mén)的充電網(wǎng)絡(luò )為其服務(wù)。現在，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(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的大規模應用，有利于培育新的技術(shù)增長(cháng)點(diǎn)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廣泛應用于不間斷供電的住宅區、商業(yè)區和工業(yè)區。商業(yè)和工業(yè)用儲能系統可以以75%的效率提供長(cháng)達8小時(shí)的連續電力，并且具有高達5000次循環(huán)周期的使用壽命。往宅區儲能系統一般具有以75%的效率連續提供2小時(shí)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(shù)一直在不斷發(fā)展，傳感器的大量應用提高了系統的可靠性和資產(chǎn)管理水平。一些即將進(jìn)入配電網(wǎng)應用的傳感器如下：

　　1、線(xiàn)路絕緣子傳感器。線(xiàn)路絕緣子傳感器并不是新技術(shù)，但在未來(lái)將會(huì )有新的用途：監測配電網(wǎng)中的線(xiàn)路電流、節點(diǎn)電壓，監測配電網(wǎng)饋線(xiàn)，還可以監測開(kāi)關(guān)電容器、饋線(xiàn)電壓調節器、配電線(xiàn)路自動(dòng)開(kāi)關(guān)。在其高級應用中，還可以與變電站配合起來(lái)。

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

　　3、肘式電壓電流監測器。Lindsey制造公司生產(chǎn)的肘式電壓電流監測器可以安裝在變壓器和開(kāi)關(guān)的末端。

　　智能配電網(wǎng)投資前景分析：

　　過(guò)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(wǎng)。2010年以后電網(wǎng)投資占比出現大幅上升，投資比重達到60%，電源投資占比下降到40%。但是，與輸電網(wǎng)絡(luò )相比，中國配電網(wǎng)投資和建設相對落后。總體上，我國目前電網(wǎng)投資仍以輸電側投資為主，尤其是基于特高壓的投資。

　　未來(lái)，電網(wǎng)會(huì )更加注重配網(wǎng)側和用戶(hù)側，智能配電網(wǎng)的建設亟待引入新技術(shù)設備來(lái)提高配網(wǎng)的經(jīng)濟性、可靠性、穩定性、安全性、交互性。電動(dòng)汽車(chē)、分布式能源、燃氣冷熱電三聯(lián)供、儲能技術(shù)革命均需要加大智能配電網(wǎng)的投資，為適應未來(lái)能源消費革命、技術(shù)革命和體制革命，智能配電網(wǎng)投資勢在必行。