智能配用電技術(shù)體系的研究

1、智能配用電技術(shù)體系的研究高級量測體系李衛(wèi)良，出偉(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇省南京市210003)li weiliang,tian wei(state grid electric power research institute china,nanjing 210003,china)摘要：在分析各國列能電網(wǎng)的內(nèi)涵、忖標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，提出涵蓋配用電環(huán)節(jié)的四個(gè)技術(shù)體系；并 對ami在各國的應(yīng)用情況進(jìn)行分析總結(jié)，認(rèn)為我國需要首先建設(shè)ami體系，利用智能電表實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化 和用電互動(dòng)。關(guān)鍵詞：押能電網(wǎng)；高級量測體系；分布式發(fā)電；配電口動(dòng)化；微網(wǎng)；用屯互動(dòng) 中圖分類號:tm730引言圍繞電網(wǎng)御能化建

2、設(shè)，各國政府部門、企業(yè)、研究和*詢機(jī)構(gòu)積極開展了未來電網(wǎng)發(fā)展方向和趨勢的 研究與實(shí)踐工作，提出了相應(yīng)的技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)。從智能電網(wǎng)的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力和內(nèi)涵來看，各國都集中于能 源安全、環(huán)境保護(hù)、電網(wǎng)穩(wěn)定和服務(wù)質(zhì)量等方面，提出經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)化、靈活、可靠和互動(dòng)的發(fā)展1=1標(biāo)。 美國能源部提出的電網(wǎng)智能化更多的把ii標(biāo)放在負(fù)荷側(cè)的智能管理上，通過向現(xiàn)冇的電力基礎(chǔ)設(shè)施中女裝 遠(yuǎn)程通信設(shè)備、傳感器和計(jì)算機(jī)裝直來改進(jìn)電網(wǎng)的工程，減少電費(fèi)開支，減輕電網(wǎng)負(fù)荷；美國電力科學(xué) 研究院提出將電力能源領(lǐng)域和信息技術(shù)領(lǐng)域深度的融合在一起，增強(qiáng)電力休系構(gòu)架上層應(yīng)用的集成綜合; 歐洲把提髙用八滿意度、提高運(yùn)營效率、降低電力價(jià)格、

3、利用清潔能源、加強(qiáng)與客八互動(dòng)作為歐洲電網(wǎng)建 設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容；我國在“2009特高壓輸電技術(shù)國際會(huì)議”上提出建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電 網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信為支撐，涵蓋電力生產(chǎn)全過程，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù) 流”的高度一體化融合，以信息化、口動(dòng)化、互動(dòng)化為特征，具有堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明 開放、友好互動(dòng)內(nèi)涵的堅(jiān)強(qiáng)押能電網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。歐美山于電網(wǎng)網(wǎng)架比較成熟，傾向于分布式能源 的利用和配用電領(lǐng)域，我國現(xiàn)階段重點(diǎn)發(fā)展特高壓建設(shè)，從源頭入手，但從電網(wǎng)建設(shè)的最終功效和配用電 對整個(gè)電網(wǎng)的影響以及我國配用電領(lǐng)域相對發(fā)、輸、變來說比較薄弱等兒個(gè)方面來看，加強(qiáng)對配用

4、電領(lǐng)域 的技術(shù)研究是很必要的。因此，本文從實(shí)現(xiàn)智能配用電的角度，從智能電網(wǎng)的內(nèi)涵、目標(biāo)著手，重點(diǎn)對配 用電領(lǐng)域的技術(shù)體系進(jìn)行探討，提出我國智能配用電的發(fā)展思路。1智能配用電技術(shù)體系配用電環(huán)節(jié)作為電網(wǎng)能量鏈的末端，最終實(shí)現(xiàn)電能的不同應(yīng)用。特別而對智能電網(wǎng)，各種分布式電源 在配用電側(cè)人量接入、電網(wǎng)的應(yīng)急機(jī)制、用戶的各種需求等對配用電提出了挑戰(zhàn)，智能配用電技術(shù)就成為 一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，對電網(wǎng)的穩(wěn)定、能源的使用影響更為深刻，更為關(guān)鍵。在配用電環(huán)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng) 的“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的一體化融合和堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)， 成為智能電網(wǎng)配用電環(huán)節(jié)所關(guān)心的重要話題。ii前，

5、配用電環(huán)節(jié)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的能源分配、使用， 人量的分布式電源、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施以及儲能裝置正在接入配用端，電網(wǎng)穩(wěn)定性正而臨分布式電源接 入的挑戰(zhàn)，計(jì)量和用電也存在雙向計(jì)量、友好互動(dòng)的壓力，以往的配用電技術(shù)體系正發(fā)生變革。下面就從 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵出發(fā)，分析實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)ii標(biāo)的涵蓋配用電領(lǐng)域的能源利用、電網(wǎng)穩(wěn)定、消費(fèi)計(jì)量和用電 服務(wù)四個(gè)層次的技術(shù)體系架構(gòu)。1.1從能源利用的角度來看，需要分布式能源體系環(huán)境的惡化、資源的枯竭迫使人們思考新的替代能源，各種分布式能源，如太陽能、風(fēng)能等正成為各 國關(guān)注的話題。更多的分布式電源也就就近接入配電側(cè)，另外，從用戶側(cè)來看，人們也希望通過分布式電 源、儲能裝

6、置、電動(dòng)汽車來實(shí)現(xiàn)方便使用、儲能和冋饋。事實(shí)上，歐美更多的注重在分布式能源的角度提 倡智能電網(wǎng)，可以更大范圍的消納分布式電源、減少污染，這也是整個(gè)電力行業(yè)對社會(huì)的最大貢獻(xiàn)z。 特別在城市，隨著配網(wǎng)電壓等級的提升，在城市電網(wǎng)的220v、110v側(cè)都開始接入分布式電源，一方面利 用太陽能、風(fēng)能等可再生能源，另一方面，可以應(yīng)對各種突如其來的口然、人為破壞，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源，穩(wěn) 定城市電網(wǎng)。這樣，不但需要從電網(wǎng)的發(fā)電段，同時(shí)需要從配電端、用電端，考慮接入分布式電源；而 對各式各樣、不同特性的分布式電源，就要研究各種分布式能源發(fā)電、運(yùn)行以及接入電網(wǎng)引起的影響。從 能源利用的角度來看，需要構(gòu)建分布式電源體系，

7、包括不同分布式能源發(fā)電、運(yùn)行和控制，分布式電源的 配置規(guī)劃，儲能以及微網(wǎng)的運(yùn)行控制接入等。1.2從電網(wǎng)的穩(wěn)定性和減少停電時(shí)間來看，需要配電運(yùn)行管理體系配電是實(shí)現(xiàn)電能分配的環(huán)節(jié)，如何使電能實(shí)現(xiàn)合理的分配、流動(dòng)，需要對配電網(wǎng)架進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃， 建立合理的配網(wǎng)架構(gòu)和能源的分配，保證在鏈路上貫通；在鏈路貫通的某礎(chǔ)上，通過配電自動(dòng)化技術(shù)，實(shí) 現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行、控制。由于配電面對的范圍大，不像輸電、變電，配電更多的面向不同應(yīng)用層面，一個(gè) 城市就有幾千條負(fù)荷線和相應(yīng)的配電終端，采集的信息復(fù)雜，面對的管理對彖繁瑣，因此需耍建立相應(yīng)的 管理自動(dòng)化體系和運(yùn)行自動(dòng)化體系，兩者實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，信息共享，形成調(diào)控一體化體系

8、，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng) 化，對電網(wǎng)故障進(jìn)行自我診斷、自我隔離和自我恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自愈。同時(shí)而對分布式電源的接入，需要 考慮分布式電源接入的配網(wǎng)運(yùn)行、控制和管理,配電運(yùn)行管理系統(tǒng)包括配電主站、配電終端、饋線自動(dòng)化 和生產(chǎn)、設(shè)備管理系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)(gis) 01.3從能量消費(fèi)計(jì)量的角度來看，需要高級計(jì)量體系(ami)電力交易市場需要精確的計(jì)量，實(shí)現(xiàn)公正消費(fèi)。電表作為電力計(jì)量工具，一克擔(dān)當(dāng)消費(fèi)計(jì)量的角色。 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，分布式電源使電網(wǎng)潮流出現(xiàn)雙向流動(dòng)，電表需要雙向計(jì)量、分時(shí)電價(jià)；同時(shí)，電力 用戶參與電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)使得電表不但作為計(jì)量的工具，也作為信息交互的載體，在雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 上，實(shí)現(xiàn)與

9、電網(wǎng)互動(dòng)。因此 在智能電網(wǎng)中，智能電表已經(jīng)不單單是傳統(tǒng)的計(jì)量電表了，更大程度上已經(jīng) 作為一個(gè)用戶網(wǎng)管，建立電網(wǎng)與用戶的紐帶的橋梁，借助于雙向的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的上傳下達(dá)，電網(wǎng) 可以通過智能電表管理用電，用戶可以通過智能電表參與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)。高級計(jì)量體系(ami)利用智能電表和通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶信息、電價(jià)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、支持遠(yuǎn)程設(shè)置、接通 或斷離，保障用戶和供電公司之間能量和信息的實(shí)時(shí)雙向傳送，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。ami由通信網(wǎng)絡(luò)將以下四個(gè)基本組成部分聯(lián)接成為完整的系統(tǒng)：智能電表、室內(nèi)端口和顯示器、鄰近 用戶數(shù)據(jù)采集、控制中心。典型ami系統(tǒng)的基本組成：1) 基于微處理器的用戶側(cè)電表，用于inter

10、val data(有功、無功功率等)和故障信息的記錄、匯報(bào)； 每個(gè)電表都配備有標(biāo)準(zhǔn)的amr設(shè)備，例如非易失性存儲器、篡改監(jiān)測(tamper detection).遠(yuǎn)程投/切能 力、雙向通信裝置。2) 低功率、窄帶寬雙向通信設(shè)備，用于聯(lián)接用戶側(cè)電表和數(shù)據(jù)釆集器；3) 數(shù)據(jù)采集器，用于管理大約集群電表，采集數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到測屋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；4) back-haul (回程)裝置，用于聯(lián)接數(shù)據(jù)釆集器和測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；5) 測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，管理周期數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)查詢，將包括賬單、故障信息在內(nèi)的用八側(cè)的數(shù)據(jù)分類發(fā) 送給需要這些數(shù)據(jù)的管理部門。在配用電領(lǐng)域，國外電力公司開展了大量的智能化實(shí)踐，包括智能表

11、計(jì)、用戶電壓控制、動(dòng)態(tài)儲能等。 例如：意大利電力公司和法國電力公司(edf)通過安裝“押能電表”，使用戶跟蹤口己用電悄況，并能進(jìn)行 遠(yuǎn)程控制；加拿人安人略省政府已經(jīng)確立了到2010年為安人略省所有商業(yè)和家庭川戶安裝智能電表的目 標(biāo)。美國科羅拉多州的波爾得市是美國第一個(gè)“智能電網(wǎng)城山”叫 austin energy公司為每戶家庭都安 裝了智能電表、智能測量裝置、智能溫度調(diào)節(jié)器、以及各種傳感器，人們可以很直觀地了解當(dāng)時(shí)的電價(jià)， 從而把一些需要用電的事情，比如洗衣服、熨衣服等，女排在電價(jià)低的時(shí)間段。智能電表還可以幫助人們 使用風(fēng)電和太陽能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶的用電情況，一旦有問

12、題出現(xiàn)，可以重 新配備電力。1.4從用電的滿意度來看，需要用電互動(dòng)體系用電質(zhì)量的提高、用電意識的改進(jìn)、用電方式的轉(zhuǎn)變促使用電側(cè)的技術(shù)發(fā)生變革。傳統(tǒng)的營銷方式一 直是單向的，從種能電網(wǎng)的口動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化的角度來看，需耍在電力金業(yè)用戶z間架起互動(dòng)的 服務(wù)體系，建立雙向互動(dòng)的服務(wù)渠道，實(shí)現(xiàn)用八能源的回饋，滿足不同用戶的用電需求，建立信息化、互 動(dòng)化、自動(dòng)化的用電體系，建立完整的用電營銷信息體系、用電服務(wù)體系以及用電技術(shù)體系，完善電力用 電服務(wù)意識，開展節(jié)能用電。世界各國都在用戶側(cè)投入了大量的財(cái)力、物力，一方而鼓勵(lì)家庭用戶側(cè)清潔 能源的開發(fā)利用，另一方面提但智能家電，通過智能電表作為交互網(wǎng)關(guān)，對

13、家電實(shí)行監(jiān)控，不但節(jié)約能源, 同時(shí)町以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)智能家電，參與電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。山此對見，在配用電領(lǐng)域，押能電網(wǎng)需要分布式電源休系、配電運(yùn)行管理體系、高級量測體系和用電 互動(dòng)體系來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)能量流、信息流在電網(wǎng)的融合。智能配用電是從配用電領(lǐng)域來實(shí)現(xiàn)接入分布式電源(包 括儲能及微網(wǎng)系統(tǒng))、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、減少停電時(shí)間、提高用電滿意度、實(shí)現(xiàn)與用戶互動(dòng)等1=1的；基于 這樣的目標(biāo)，在配用電領(lǐng)域，上述四個(gè)配用電技術(shù)體系能涵蓋配用電領(lǐng)域的技術(shù)范疇，見圖1。圖1配用電環(huán)節(jié)的技術(shù)體系架構(gòu)fig. 1 the framework of technology system for distribution and c

14、ustomer2 ami體系的應(yīng)用實(shí)踐美國epri提出智能電網(wǎng)(intelligrid)的概念，提出建設(shè)智能電網(wǎng)的技術(shù)框架,第一步建設(shè)amr,實(shí) 現(xiàn)電力分時(shí)價(jià)格計(jì)量，然后實(shí)現(xiàn)停電管理、需求控制和遠(yuǎn)距離設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)供電以及分布式能源接入；之 丿二 美國doe的netl(national energy technology laboratory)實(shí)驗(yàn)室提出智能電網(wǎng)的四個(gè)階段，先進(jìn)計(jì)量 體系(ami)、高級配電運(yùn)行(ado)、高級輸電運(yùn)行(at0)和高級資產(chǎn)管理(aam)n，1,認(rèn)為ami是智能電網(wǎng)的第 一步，在ami的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)ado、at0及aam。2009年三月，美國能源部下屬的電力傳輸與能源

15、可靠性辦 公室(office of electricity delivery and energy reliability)又把 ami、ado、at0> aam 四個(gè)階段修 訂為：用戶互動(dòng) ce (consumer enablement), ami、高級配電運(yùn)行 ado (advanced distribution operations)、 高級輸電運(yùn)行 ato(advanced transmission operations) 高級資產(chǎn)管理 aam(advanced asset management),21；美國nist頒布的美國智能電網(wǎng)發(fā)展框架和路線圖中也提出智能電網(wǎng)應(yīng)用和需求的八

16、個(gè)優(yōu) 先發(fā)展領(lǐng)域，其中就有a mt (advanced metering infrastructure)(l31。2009年1月25 fl,美國白宮發(fā)布 經(jīng)濟(jì)復(fù)興計(jì)劃進(jìn)度報(bào)告，直布未來3年來將為美國家庭安裝4000萬個(gè)御能電表。美國政府、科研機(jī) 構(gòu)都把a(bǔ)m1作為建設(shè)智能電網(wǎng)的第一步，利用am1體系實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、資產(chǎn)管理和分布式電源的接 入，完善電網(wǎng)能源鏈供應(yīng)、消費(fèi)，提高用電質(zhì)量和服務(wù)水平。在歐洲，意大利及瑞典已經(jīng)完成高級計(jì)量體 系(ami)的部署，將所冇普通電表更換為智能電表，法國、西班牙、徳國和英國預(yù)計(jì)在未來10年內(nèi)完成高 級計(jì)量體系的部署。多年來，美國的能源企業(yè)一百把智能電衣作為電網(wǎng)

17、的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，利用押能電農(nóng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各種應(yīng)用。 文章3中提到，amr的目的雖然是用來實(shí)現(xiàn)計(jì)量和交易的，但是，很多公司如美國peco能源公司在2003 年就開始建立amr-oms的集成應(yīng)用，利用amr的信息實(shí)現(xiàn)停電管理，多年來，節(jié)省了大量的費(fèi)用，減少了 停電時(shí)間，提高用電服務(wù)質(zhì)量。文章問也引用了美國聯(lián)邦能源管制委員會(huì)(frec)的數(shù)據(jù)，佛羅里達(dá)的智能 電表的數(shù)量從2006年的不到1%到2008年的10. 4%, 2009年仍在持續(xù)的增長。文章17-21提出了利用通 過ami和0ms的集成，不但降低了電力公司的成本，述可以結(jié)合電話報(bào)修，準(zhǔn)確定位故障，減少用戶停電 時(shí)間,其中文章冋還提到peco能源

18、公司在2003年的伊莎貝爾颶風(fēng)中通過amr系統(tǒng)有效的實(shí)現(xiàn)停電、恢復(fù) 供電，也提到了停電管理系統(tǒng)需要處理大量的amr、scada、電話報(bào)修和gis數(shù)據(jù)，其屮文章創(chuàng)提出了 ami 在清潔能源發(fā)電中的應(yīng)用。文章22-24中提出了 ami在電網(wǎng)資產(chǎn)管理、需求側(cè)相應(yīng)和用電服務(wù)的應(yīng)用, 其中文章24還提到通過amt實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的集中監(jiān)視。從上面町以看出，無論從政府層面，述是從電力公司層面，國外都強(qiáng)調(diào)ami建設(shè)，利用ami實(shí)現(xiàn)電能 交易山場、電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)管理，優(yōu)化運(yùn)行。所以，在配用電技術(shù)體系中，木文認(rèn)為ami 體系不但是電網(wǎng)智能化的根本，也是配用電管理的基礎(chǔ)體系，在ami體系的基礎(chǔ)上，利用

19、ami體系的雙向 通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)配電運(yùn)行管理、用電互動(dòng)和分布式能源的并網(wǎng)。3 總結(jié)與展望ami休系在智能電網(wǎng)建設(shè)中止在發(fā)生基礎(chǔ)性的作用，應(yīng)用正在不斷推廣，ami體系中的通信設(shè)施也在 不斷完善升級。我國在智能電網(wǎng)建設(shè)中，配用電環(huán)節(jié)的各項(xiàng)試點(diǎn)正在不斷的推進(jìn)，如用電信息采集系統(tǒng)、 營銷信息管理系統(tǒng)、95598 x呼叫屮心、配電自動(dòng)化以及智能家居等，同樣，智能電表作為用電信息采集 系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，在智能計(jì)量以及用戶互動(dòng)方面正逐步完善。目前，我國的配電自動(dòng)化的停電管理系統(tǒng)主 要基于scada和95598呼叫中心，借鑒國外的ami成熟的應(yīng)用經(jīng)歷，我國可以結(jié)合用電信息采集，發(fā)揮智 能電表的作用，利用押能電表

20、和雙向通信，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)的停電管理，增加故障定位的町靠性和準(zhǔn)確性，降低 停電時(shí)間，提高用戶用電滿意度。參考文獻(xiàn)1j u. s. department of energy , national energy technology laboratory. modern grid initiative : a vision for modern grid eb/ ol . 2008210210 http :/ / www. ncll doc. gov/modenigrid/ docs(2| epri. profiling and mapping of intelligent grid r &d

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