智能電網在縣域電網改造過程中該如何實施?-變壓器-技術前沿-變壓器市場網

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                智能電網在縣域電網改造過程中該如何實施?

                已關閉 懸賞分:20 - 提問時間 2019-11-06 08:41
                  1.引言

                縣域電網作為電網中的最末端,如何在智能電網的大浪潮中發揮自己的作用是目前縣級供電企業工作人員都在思考的問題。智能電網是世界各國未來電網發展的大趨勢,智能電網的發展將會顛覆整個電網的現有運行機制,作為最末端的縣域電網如何能在智能電網發展中找到應有的優勢,這是一個值得思考的問題。

                在我國電網等級中,縣域電網的主網目前以35kV、110kV為主,且縣域電網目前主網普遍比較薄弱,智能化程度不高,調度自動化,變電站自動化程度也有待于進一步提高。以下屬淮陽縣電網為例,圖1所示,淮陽供電區現有220kV淮陽變電站一座,主變兩臺,容量120+150MVA;110kV變電站兩座,黃路口110kV變電站一座,主變容量40+31。5MVA;蘆莊110kV變電站一座。

                到目前為止,淮陽供電區在運35kV變電站12座,主變21臺,容量210。25MVA;在建35kV變電站1座,主變1臺,容量10MVA,如圖1所示。

                2.智能電網設計的新理念、新方法

                在前述供用電的基本條件上進行智能電網改造,將為淮陽電網構建能夠抵御較強自然災害,具備信息化、數字化、自動化以及互動化等特征的堅強電網[1],其基本框架如圖2所示,在子站層,引入智能化變電站、互動用戶(智能電表)、自愈型配電網絡、風光互補路燈及電動汽車智能充電站等;在通信層,采用光纖環網方式,做到信息共享網絡化;在主站層,建設包括智能可視化監視及優化功能在內的智能型調度控制中心。淮陽智能電網具有較強的資源優化配置能力和有效抵御各類故障的能力,能夠適應各類電源、用戶資源的協調互動、高效率共享以及利用各類信息實現電網運行優化調度,顯著提高電網運行效率和用戶服務質量。智能電網的改造方案非常符合把淮陽建設成國家旅游標準化示范縣、國家衛生城、國家園林城,實現低碳經濟,促進淮陽全縣和諧發展。

                具體而言,淮陽智能電網改造方案主要包括3個部分,如圖2所示。

                2.1電力系統一次部分

                1)對現有輸電線路進行改造,把全縣主網從35kV全部升級成110kV,把現有13座35kV變電站全部升級改造成110kV變電站,配電線路直接從110kV變電站出線,提高電壓等級,降低線路損耗。在輸電線路設計中實現勘測數字化、信息標準化和應用網絡化;全面實施狀態檢修,對在運桿塔、導地線、絕緣子、金具等部件和通道環境進行安全狀態與預期剩余壽命評估;進行全壽命周期管理,通過對典型環境條件下輸電線路設計部件性能退化通過對典型環境條件下輸電線路設計部件性能退化規律的研究和數據統計分析,建立設施壽命分析模型,提出設施預測維修策略;建設輸電線路安全狀態智能監測中心,采用人工神經網絡、專家系統和遺傳算法等評估與決策技術,實時分析輸電線路舞動、絕緣子泄露電流、地基沉陷、桿塔傾斜、架空線張力與覆冰、氣象環境等關鍵運行參數,對線路健康狀況、電氣與力學安全狀態進行實時智能診斷評估和趨勢預測分析,為輸電線路智能化監控與維護決策提供科學有效的技術支撐。

                2)在35kV變電站升級成110kV變電站過程中,110kV變電站采用智能化電站方案:?使用電子式互感器,將數字化技術應用到一次設備上,適應系統數字化、智能化和網絡化的要求;實現二次設備網絡化,每個間隔配置過程層設備合并單元(實現電壓并列切換與故障錄波等功能)及智能終端(實現設備信息及操作數字化),而間隔層保護及自動化裝置則通過光纖以太網(代替電纜連接)與對應間隔的合并單元與智能終端連接;標準上應用IEC61850模型,確保整站數據一致性,GOOSE機制使二次設備控制操作由硬接線方式轉向通信方式,增強系統配置靈活性。

                3)在配網設計中通過靈活重構、優化潮流分布、接納分布式可再生能源及分散儲能裝置等措施努力實現其自愈功能,顯著提高供電可靠性和電能質量[3]。                                     

                2.2電力系統二次部分

                1)在110kV變電站、縣調和智能配電網通訊系統設計中強調滿足高速、雙向、實時以及集成等4大特征,這將使智能電網成為動態信息和電力交換互動的大型基礎設施。當這樣的通信系統建成后,可以提高電網供電可靠性和資產利用率,繁榮電力市場,抵御電網受到的攻擊,從而提高電網價值。

                2)在系統主站設計中采用智能化的調配一體化,調度、集控、配網管理功能于一體,統一實現對淮陽輸、配電網及變電站的實時監視、協調及其控制功能。

                2.3用電部分

                1)智能電表與用戶管理系統。智能電表是適用于家庭用戶用電信息監測、電度計量及控制的智能終端。而用戶管理系統配合智能電表的應用,可實現大用戶遠程自動抄表和負荷現場管理,提高用電監測及負荷管理水平,為加強電力需求側管理提供重要技術支持。

                2)智能化充電站系統。電動汽車智能化充電站系統是智能電網重要的組成部分,也是在智能電網處于緊急狀態時,保障電網穩定運行的重要支撐點。其建設工作將產生巨大的經濟效益和社會效益。

                3)風光互補路燈系統。節能、環保、自動化程度高及可作為清潔可利用再生能源的風光互補路燈系統將成為未來路燈的新選擇。

                3.縣域智能電網設計關鍵技術

                3.1自愈的配電網

                實現新型配網自愈,應遵循4個方面。

                1)需要建設堅強的配電網絡,為其智能化打下堅實基礎,重要負荷冗雜電源配置,全部采用電纜下地敷設方式,并埋設于地下排管中。2)為及時掌握電纜各種運行狀態,確保電纜安全運行以及科學合理地調度電力負荷輸送,在主干線上同期建設遠程監測系統,其功能主要包括:運行狀態監測。實時顯示沿電纜線路上的溫度分布曲線、各點溫度隨時間變化曲線。出現異常現象及時報警,并反映報警畫面及故障信號所在區域的分布圖,顯示故障區域最高溫度或其他相關報警指標。環境狀態監測。實時監測電纜外部火災、淹沒、人為故障位置信息。靈活負荷調度。根據狀態監測信息,預估電纜負荷能力,過載能力,實現負荷輸送的靈活調度。建立與調通中心的通信聯系,將監測數據及時傳輸給調通中心。

                3)與遠程監測系統配套,智能化調配一體化系統主站中設計負荷轉供與故障處理兩類功能,前者在系統正常狀態下,根據各種限制條件,如負荷容量、開關動作次數等,基于局部拓撲搜索算法,給出較現有方式更優的負荷供應方案,目的是提高系統供電可靠性,減少可能停電的影響范圍;后者是在實現饋線自動化的區域,根據拓撲關系自動識別各種故障,獲得最優故障處理方案和最高的安全保證,并進行快速隔離和恢復。值得注意的是,實現饋線自動化要考慮投入產出比,不應該過多強調所有點的饋線自動化,而是應該根據線路重要性合理分布一遙、二遙、三遙點,只有重點線路才布置三遙點,而相應的故障恢復策略也需要根據一遙、二遙、三遙點的分布進行考慮,得出結合實時信息點分布的故障隔離和恢復方案,如一遙模式進行基于網絡拓撲結構的故障處理方案,二遙模式進行基于拓撲結構和量測數據的故障處理方案,三遙模式可以進行在故障處理方案基礎上的遙控執行。

                4)接納足夠容量的分布式可再生能源及分散儲能裝置也是配網實現自愈的重要措施之一。雖然淮陽不具備大規模建設分布式可再生電源的條件,但可選取部分開闊地區的建筑物作為試點,開發光伏建筑一體化項目,利用建筑的屋頂或幕墻進行太陽能發電,并接入電網。此外,在低壓用戶側,規劃建設智能化小區,通過構建在智能家居中的即插式混合動力汽車充電站實現分布式儲能。

                3.2完善的通訊系統

                全縣所有110kV變電站系統通信采用光纖方式,通信站點為全縣所有110kV變電站、以及220kV淮陽變,具體設計包括:光纖通信工程設計,含傳輸路由、系統組成和設備配置等;縣調通信包括電源系統、調度交換系統和行政交換系統部分,限于智能配網自動化系統和用電信息采集系統均需通過通信系統完成終端設備與主站設備之間的雙向通信。考慮到智能配網終端設備和用電系統電表集中器數量眾多、分布范圍與數據傳輸量大,設計采用在環網柜、開關站和淮陽縣局配置SDH綜合業務接入及傳輸設備,沿全縣主網線路走徑敷設光纜,形成光纖環網方式的通信主網架,以保證數據傳輸實時性和通信故障的自愈能力。                                                                  

                3.3智能化的調度自動化系統

                除實現傳統的配電管理信息化功能(含業務定制、工作流管理、檢修計劃、操作票管理等)之外,智能化的調配一體化系統主站還可通過采集各終端數據,結合配網拓撲結構,監視電網運行,實現自動化控制、管理和配網自愈、用戶互動、高效運行、分布式電源靈活接入等智能化功能。

                1)智能監視及優化。智能化監視與告警,能根據上傳信息發現配網運行薄弱點及其發展趨勢,并以專家知識庫為依據對電網越限等告警信息實現在線判別過濾,按照類型和輕重緩急分頁面顯示,并提供處理方案。智能可視化顯示。配網可視化技術可以提高配調人員警覺性,快速、準確掌握電力系統運行狀態,提高電網調度運行水平,同時減少調度員腦力勞動,為調度員運行值班提供更高效的監視方式[4]。視頻監視,在變電站、開閉所、環網柜等區域安裝攝像頭,實現對一次設備現場的視頻監視,即時發現問題,并防火防盜等。

                2)智能自愈。除前面論述的故障處理功能外,對于沒有安裝配電終端的地區,可以根據用戶打來的電話進行故障定位、隔離和恢復,這應作為饋線自動化功能的重要補充。詳細的用戶信息支持可以提高供電可靠性和減少停電時間,同時可與95598結合,更好地服務用電客戶。

                3)用戶智能化管理。該功能的目標是實現安全、經濟、可靠和人性化的用戶響應及其互動系統。用電信息采集。實現電力企業與用戶之間的雙向信息互動功能,提高電能計量、自動抄表、預付費等業務的自動化程度,為電力用戶提供用電信息查詢和電費交納服務,為開展其他增值服務奠定基礎,也為促進智能家居、智能樓宇和智能小區的全面發展創造條件。負荷控制。改善電網負荷曲線形狀,使負荷均衡地使用,提高電網運行的經濟性、安全性和投資效益。防竊電分析。采用電能和電流平衡法2種技術手段實現防竊電。智能電表采集分析。具有智能電表的采集、統計、分析、控制等功能,能以WEB的方式顯示每個電表的電量曲線,統計分時電量、分時計費、設備用電特性等,并可以基于因特網遠程查看。WEB信息網建設。客戶可以在WEB上實現用電信息查詢、用電業務辦理、用戶信息錄入等功能,實現電子營業廳。

                3.4新型供用電設施的利用

                1)風光互補路燈。風光互補路燈系統具備風能和太陽能產品的雙重優點。它是一套獨立供電系統,在風、光任一或同時具備時都可以發電并儲存在蓄電池,由蓄電池向負載提供電力。路燈開關無須人工操作,由智能時控器自動感應天空亮度進行控制。

                2)電動汽車智能充電站。智能電網技術的發展,使得電動汽車、智能充電站并不僅僅是一個用電單元,其基本特征是一個智能化的能量交換管理中心,或者可以認為是一個能量ATM機,按照管理規約,可以作為一個種子BT單元,進行動態的能量下載或上傳。在緊急的情況下,它可以作為智能電網一個堅強的支撐節點,有效地保障智能電網的穩定運行。首期擬在淮陽建設一個固定式的電動汽車智能化充電站,進線電源采用低壓380V三相四線制,充電站的額定功率為30kW,預計投資費用約100萬元。隨著智能充電站的建設,可根據當地城市電動汽車發展的情況選擇并驗證適當的充電站運營模式,推動當地電動汽車及智能充電站的商業化、產業化過程。隨著電動汽車對于充電站的技術要求逐步向充電快速化、通用性、智能化、電能轉換高效化以及集成化等方向發展,智能充電站的技術水平也會隨之不斷提升,從而為智能電網的建設奠定基礎。3)在未來電網中大力推廣家庭風、光智能發電系統和生物質能發電系統,白天有風、太陽比較好的情況下可以發電,不僅能滿足自用,在負荷高峰是還可以對電網進行供電,在晚上或者無風的時間,從電網上取電滿足生活用電。而同時生物質能發電系統(如沼氣發電、秸稈發電)這些小型發電不僅解決了家庭生活用電需求,更是滿足了低碳、環保的要求[2]。                                                                             

                4.縣域智能電網未來展望

                現有的縣域智能電網設計在發、輸、配、用各個環節中的眾多元素上體現了智能化的特點,除了在實踐中需進一步完善外,還可根據計算機軟硬件系統及電力市場模式的發展狀況,適時開展建設應急系統與培育需求側電力交易的工作。

                4.1應急系統

                地震、洪水、颶風等自然災害的發生具有不可預知性,因此,在智能電網改造中應加入應急系統。堅強的一次系統是電力可靠性最基本的物質基礎[5],同時也提出了在極端外部環境引發的巨型停電災難下,需要為調度員引入氣象、地質等非電氣信息,電力系統應急系統應運而生。應急指揮中心應用系統是在充分整合現有信息資源基礎上形成的包括電網信息、GPS、GIS、雷電定位信息、變電站視頻信息、生產信息、應急預案、應急組織機構管理、彩信(短信)發布、消息發布、氣象信息、物資信息、歷史演習或應急處理案例在內的綜合應急信息管理平臺,是一個通過軟件系統和網絡通道形成統一的信息傳遞、共享、分析和決策的信息平臺,它通過對于來源于電網的故障信息、來源于氣象和地震等單位的自然災害預警信息、來源于政府的相關公共災難信息的整合集中形成應急系統的啟動源泉,并給出相應的提示;由應急過程指揮系統構成整個系統運轉,結合整個電網資源支持信息系統以及整個應急過程的對方信息發布系統構成整個應急指揮的過程管理系統;系統相關的專家保障資源人員保障資源、物資保障資源和預案保障資源通過相應的應急保障體系的維護端進行數據的維護和更新;整個應急過程完結后的應急系統的善后處理工作由善后恢復體系完成,其包括應急工作的總結、歷史應急情況的查詢、物資消耗的補充及人員工作量的統計等。

                4.2需求側電力交易

                用戶能夠根據電力市場中負荷高峰時段的高實時電價信號和自身電力需求,通過雙向式終端智能儀表及其通訊設備,主動消減負荷,或轉移它至分散電源,從而降低電網的負荷峰值,這一過程被稱為需求響應(DemandRespond,DR)。DR可以降低電力市場中的實時電價水平,給用戶帶來經濟實惠,另一方面,由于設備容量通常是按最大負荷水平設計,因此實施DR可減少電力系統建設成本。DR是智能電網的標志性特征之一,但通常需要在電力市場零售競爭模式下才能開展。

                原標題:縣域電網的智能電網改造研究

                問題補充:
                智能電網在縣域電網改造過程中該如何實施
                2398 次關注     提問者: bobjiang  


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