电网智能配电系统研究

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  摘要:随着全球资源环境压力增大,电力能源作为社会能源主要使用形式,亟待建设高效率、高质量、低成本的智能配电网络。本文从分析了传统和智能配电系统的区别与联系、应用,智能配电网建设相关技术。
  关键词:智能电网,智能配电系统,需求响应,分布式发电,微网
  【分类号】F426.61;TM715
  一、概述
  新世紀我国经济持续快速发展,电力需求快速增长。作为一次能源的最大使用者,电力行业在降低能耗,减少温室气体排放等方面肩负责任。未来电网必须提供安全可靠的电力,适应多种能源类型发电方式的需要,客户用电需求多样性。
  二、智能配电网概述
  2.1 智能电网的主要技术与结构
  智能电网(Smart Power Grids),即电网的智能化,是建立在集成的、高速双向通信网络基础上,通过先进传感和测量技术、设备技术、控制方法以及决策支持系统技术应用,实现电网的可靠安全、经济高效、环境友好目标。其主要包括自愈、激励、抵御攻击、多发电形式接入、启动电力市场、资产优化,最终实现智能电网成本效益。如下图示[1]:
  智能电网结构:高级量测系统(Advanced Metering Infrastructure ,AMI),高级配电运行(Advanced Distribution Operation , ADO),高级输电运行(Advanced Transmission Operation ,ATO),高级资产管理(Advanced asset Management , AMM)。
  2.2 智能配电网络发展
  2.2.1 传统配电网络
  由于历史等原因,我国配电网建设明显落后于发电、输电。目前用户95%以上故障是由配电系统故障引起,电网电能损耗主要在配电网端。调查表明:目前我国10kV配电线路和变压器年平均载荷率低于30%,10kV配电资产利用率比美国低很多。
  2.2.2 智能配电网基本概念
  智能电网可分为智能输电网STG(Smart Transmission Grid)和智能配电网(Smart Distribution Grid , SDG)[ 2-3]。 SDG集成了大量新技术,是实现智能电网建设的重要部分。国内外不少文献都介绍智能电网的基本概念及其技术[4],将SDG定义为一个集成了传统和前沿配电工程技术、高级传感和测控技术、现代计算机与通信技术的配电系统。支持分布式电源(Distributed electric Resource ,DER)的大量接入,并为用户提供择时用电服务的配电网络。包括智能表计(Smart Metering)、智能网络(Smart Networks)和智能运行(Smart Operations)3个部分。
  SDG具有以下功能特征:
  1) 高电能质量,高安全性。高效抵御自然灾害等对电网的破坏与影响。
  2) 自愈能力强。能够及时检测出已发生或正在发生的故障并进行相应的纠正性操作,包括故障重合闸等引起的瞬间断电。
  3) 高资产利用率。利用完善的实时监控,提高系统容量利用率,减少一次设备投资,通过优化潮流分布,减少线损,提高电网运行效率。
  4) 对配电网及其设备进行可视化管理。
  5) 配电管理与用电管理的信息化。通过配电网实时运行与离线管理数据高度融合、深度集成,达到设备管理、检修管理、停电管理以及用电管理的信息化。
  3 智能配电网的关键技术
  3.1微网
  微网是一种新的分布式能源组成形式,为可再生能源接入电网提供便利,通过需求侧响应、需求侧管理实现能源利用效率的最大化。微网的基本内涵:
  1) 以分布式发电为基础,综合智能控制、保护、储能的集合体;
  2) 工作方式有并网运行模式和孤岛自治两种;
  3) 通常与配电网和终端负荷联系紧密,满足用户用电多样性的需求;
  微网电源组成由不同类型的分布式电源如风能、太阳能,各种电负荷和热电负荷的用户,以及燃料电池、储能元件、光伏电池等。
  微网既具小型电力系统特点,也具有配电网中一个虚拟电源和独立用电负荷的特征;微网有并网运行和孤岛自治两种工作模式,如图(2)示:
  图2 微网运行状态
  3.2 电力需求侧管理
  电力需求侧管理PDSM(Power Demand Side Management)是为减缓资源消耗速度、降低损耗和减少环境污染而进行的用电管理活动。现在美欧等都已将需求响应引入电力市场领域,并且发展到需求侧竞价(DSB)阶段,优化电网运行的效益极为明显,保证了供电可靠性性价比。
  配电建设、用电侧与需求侧管理薄弱,已经成为我国缓解电力供需矛盾的主要问题。企业构建智能配电网推动电力需求侧管理,能有效减少能耗、环境压力,推动经济健康持续发展。
  3.3通讯技术
  随着信息化技术的不断发展,市场竞争的加剧,时间因素已成为影响企业竞争力的主要因素。企业进入即时生产、即时定制生产模式( Instant Costomerization,IC),一种基于时间竞争的生产管理模式,追求快速满足顾客个性化需求,增强企业的市场竞争能力。
  企业智能配电网作为智能电网的重要组成部分,可以通过网络通讯技术实现用电信息的互动,量测设备和通信设备相辅相成,共同为系统运行、保护以及设备监测和维修提供依据,做到电网信息的采集与处理、分析、集成、显示、信息安全实时监控。
  4 结语
  智能配电网是智能电网的主要组成部,有利于提高电网质量。结合我矿瓦斯发电制冷联供项目的实施,运用现代的智能配电系统的相关技术,通过利用瓦斯进行发电并反馈矿井电网,减少电能的消耗,充分利用抽采的瓦斯气体,减少有害气体的排放,收到了很好的经济效益和社会效益。
  参考文献:
  [1] 余贝鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J] .南方电网技术.2009,3(2):1-5
  [2] 徐丙垠,李天友,徐永端.智能配电网与配电自动化[J].电力系统自动化,2009,33(17):38-41
  [3] 谢开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008,41(6):19-22
  [4]肖世杰. 构建中国智能电网技术思考. 电力系统自动化,2009, 33(9) :124.
  作者简介:
  黄远征(1985—),男,汉族,安徽省淮南市人,本科,主要从事矿井供配电工作,自动控制。
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