智能電網(wǎng)配電技術(shù)及其設備需要具備的條件

一、智能電網(wǎng)及建設原動(dòng)力簡(jiǎn)述

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展、社會(huì )的進(jìn)步、科技和信息化水平的提高以及全球資源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，電網(wǎng)發(fā)展面臨新課題和新挑戰。智能電網(wǎng)承載保障能源安全、促進(jìn)能源清潔高效利用和提振經(jīng)濟發(fā)展等重要使命，已經(jīng)成為當今世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢、新方向。發(fā)展智能電網(wǎng)，適應未來(lái)可持續發(fā)展的要求，已成為國際電力工業(yè)積極應對未來(lái)挑戰的共同選擇。不同國家的國情不同、電網(wǎng)發(fā)展階段、資源分布、原動(dòng)力不同，發(fā)展智能電網(wǎng)的方向和重點(diǎn)也不同。

2002年，美國電科院開(kāi)始致力于智能電網(wǎng)整體的信息通信架構開(kāi)發(fā)，配電側的業(yè)務(wù)創(chuàng )新和技術(shù)研發(fā)。2003—2005年間，美國智能電網(wǎng)研究開(kāi)始蓬勃發(fā)展，美國能源部先后發(fā)布了 “Grid 2030”、“國家輸電技術(shù)路線(xiàn)圖”，描繪美國未來(lái)電網(wǎng)遠景和技術(shù)戰略。2003年美國加利福尼亞的大停電事件引起了各國高度重視。隨后幾年，美國電力企業(yè)開(kāi)始在智能電網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)展一系列實(shí)踐。美國在智能電網(wǎng)方面，將成倍增加可再生能源的開(kāi)發(fā)能力，建設一個(gè)可實(shí)現在東西海岸（距離4000公里以上）傳輸的新的更堅強、更智能的智能電網(wǎng)。奧巴馬將智能電網(wǎng)同上個(gè)世紀初美國建設高速公路網(wǎng)相比，稱(chēng)其為美國建設新能源經(jīng)濟的重大舉措。

美國在全國范圍內存在多個(gè)交流輸電網(wǎng)，人員年齡老化，投入不足，技術(shù)陳舊，事故較為頻繁，需要防止大停電。在智能電網(wǎng)建設中更加關(guān)注電力網(wǎng)絡(luò )基礎架構的升級更新，以提高電網(wǎng)運行水平和供電可靠性，有效接入可再生能源，同時(shí)最大限度地利用信息技術(shù)，實(shí)現系統智能對人工的替代。搶占產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，創(chuàng )造新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)僅大規模部署應用分布式發(fā)電和儲能技術(shù)就有望在2020年之前為美國帶來(lái)每年100億美元的經(jīng)濟增長(cháng)。

2005年，歐洲委員會(huì )首次在歐洲提出“智能電網(wǎng)”概念，成立“智能電網(wǎng)(SmartGrids)歐洲技術(shù)論壇”，目標是把電網(wǎng)轉換成用戶(hù)和運營(yíng)者互動(dòng)的服務(wù)網(wǎng)，提高歐洲輸配電系統的效率、安全性及可靠性，并為分布式和可再生能源發(fā)電的大規模整合掃除障礙。2006年，論壇提出了《歐洲未來(lái)電網(wǎng)的遠景和策略》，制定了《戰略研究議程(SRA)》，《歐洲未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展策略》，指導歐盟及其各國開(kāi)展相關(guān)項目，促成智能電網(wǎng)的實(shí)現。歐盟在《能源技術(shù)發(fā)展戰略》中闡述了運用高科技來(lái)應對氣候變化，進(jìn)而使得歐洲企業(yè)爭得全球低碳經(jīng)濟轉型先機的設想；歐盟要爭當全球綠色科技競賽中的領(lǐng)跑者，數十億歐元被投入到能源技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)。

歐洲各國電網(wǎng)運行模式不同，電力需求趨于飽和，其能源政策強調對環(huán)境的保護和可再生能源發(fā)電的發(fā)展。低碳經(jīng)濟是歐洲智能電網(wǎng)的主要發(fā)展動(dòng)因。關(guān)注：在迅速增長(cháng)的能源成本壓力下，歐洲智能電網(wǎng)建設更加關(guān)注可再生能源和分布式電源的接入，并帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展模式的轉變。

2008年，國網(wǎng)公司加強對世界電網(wǎng)智能化發(fā)展趨勢的關(guān)注和跟蹤。2009年，國網(wǎng)公司在國內提出建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，利用先進(jìn)的通信、信息和控制等技術(shù)，構建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng )新、國際領(lǐng)先的堅強智能電網(wǎng)的戰略發(fā)展目標。堅強智能電網(wǎng)將主要圍繞發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度等六大環(huán)節及通信信息平臺進(jìn)行建設，全面覆蓋傳統電力系統的所有領(lǐng)域。2010年3月，國務(wù)院總理溫家寶在政府工作報告中指出“大力開(kāi)發(fā)低碳技術(shù)，推廣高效節能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設”。

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)是電力和信息的雙向流動(dòng)性，以便建立一個(gè)高度自動(dòng)化的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò )。為了實(shí)時(shí)地交換信息和達到設備層次上近乎瞬時(shí)的供需平衡，把分布式計算和通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的五個(gè)原動(dòng)力：提高安全性和防止大面積聯(lián)鎖停電；能源供給與能源消費結構的不平衡；高級市場(chǎng)化和需求側管理；分布式電源和儲能裝置并網(wǎng)；提高供電可靠性和電能質(zhì)量、節能降損和環(huán)保。

一般地觀(guān)點(diǎn)是：提高系統的可視化程度和預警能力； 使用較好的、靈巧的和快速的控制和靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲，是增強電網(wǎng)的安全性和避免系統崩潰的關(guān)鍵。大電網(wǎng)的“事故發(fā)生概率－事故停電功率損失”的統計特性可知，系統中的小概率事件會(huì )造成巨大的停電損失。當系統規模和/或復雜性增加時(shí)，預示著(zhù)同一小概率事故的停電功率損失增大（引自天津大學(xué)余貽鑫院士）。2003年美國加利福尼亞的大停電事件引起了各國電力工作者的高度重視。

未來(lái)的電網(wǎng)將擁有自治的和自適應的基礎設施，能夠對恐怖襲擊、軍事威脅、元件故障、自然災害等擾動(dòng)作出自愈的響應。在緊急狀態(tài)下能分片實(shí)現“自適應孤島運行”，并且其后能夠快速恢復供電。

2 能源供給與能源消費結構的不平衡

我國能源結構以煤炭資源為主，煤炭資源保有儲量的76%分布在山西、內蒙古、陜西、新疆等北部和西部地區。我國能源消費需求主要集中在經(jīng)濟較為發(fā)達的中東部地區，隨著(zhù)中國能源開(kāi)發(fā)西移和北移的速度加快，大型煤炭能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來(lái)越遠，能源輸送的規模越來(lái)越大。要滿(mǎn)足未來(lái)持續增長(cháng)的電力需求，從根本上解決煤電運力緊張的問(wèn)題，需要發(fā)展智能電網(wǎng)，實(shí)施電力的大規模、遠距離、高效率輸送。

3 高級市場(chǎng)化和需求側管理

大電網(wǎng)為了可持續發(fā)展,電網(wǎng)需要高級市場(chǎng)化： 社會(huì )對能源的需求日益增加,需要降低全球能源的消耗；社會(huì )對物質(zhì)的需求日益增加, 需要提高電網(wǎng)的使用率。我國配電資產(chǎn)利用率較低：2008我國某配電設施利用率較高城市的10kV線(xiàn)路和變壓器載荷率的年持續曲線(xiàn)(年平均負載率僅30％,而美國為43％）最大負荷時(shí)刻，10個(gè)城市10kV線(xiàn)路平均負載率全部在50%以下，其中有5個(gè)在40%以下，2個(gè)低于30%（東京為75％－85％）；10kV配變的平均負載率10個(gè)城市中有9個(gè)在40%以下，有3個(gè)在30%以下 。

由于負荷峰谷差比較大，致使現實(shí)電網(wǎng)的利用系數很低（據美國統計，約55%），一年內只有少數時(shí)間資產(chǎn)是被完全使用的。解決辦法是縮小負荷曲線(xiàn)峰谷差。我國城市中居民用電在年典型峰荷日的峰荷時(shí)大多占到峰荷的12%~20%，如果消減6%~8%的峰荷，所節約的電力（發(fā)、輸、配）資產(chǎn)額十分巨大。沒(méi)有集成的通信基礎設施和相應的電能價(jià)格信號，處理混合電動(dòng)汽車(chē)會(huì )非常困難,不僅效率低下，甚至會(huì )加劇峰荷問(wèn)題。因此，需要開(kāi)發(fā)智能充電器，其將根據電力市場(chǎng)信息，幫助管理好接于電網(wǎng)上的這類(lèi)設備，同時(shí)避免電力基礎設施出現意外損壞。

電力市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)需要可進(jìn)行雙向交易的更高級的用戶(hù)界面： 能夠很好地反映價(jià)格，使配電公司可增加配電消費的透明度； 使配電運行調度可在實(shí)時(shí)運行中實(shí)現削峰填谷和優(yōu)化調度，并 使用戶(hù)可根據價(jià)格、可靠性等來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)交易，從而使參與的用戶(hù)獲得最大的經(jīng)濟效益；這將使配電網(wǎng)的運行更加復雜化、更難于預計。

4 分布式電源和儲能裝置并網(wǎng)

能源的壓力與生態(tài)文明意識，驅使人類(lèi)注意使用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源將是21世紀能源出路之一。分布式電源的特性：它們天然是分布式的；為了補償其不確定性和間歇性而強化了對儲能技術(shù)的需求 ；需求側管理（虛擬的電源）。風(fēng)電由于價(jià)格下降，其推廣應用的前景已被認知；技術(shù)上的新進(jìn)展大幅降低了太陽(yáng)能發(fā)電的成本，已展示了太陽(yáng)能發(fā)電的良好前景。如何處理數以萬(wàn)計的廣泛分布的分布式電源和應對可再生的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的不確定性和間歇性，同時(shí)確保電網(wǎng)的安全性、可靠性與人身和設備安全，并激勵市場(chǎng)？未來(lái)配電系統的運行將由于配電網(wǎng)采用新的分布式電源設備而要求新的靈活的可重構的網(wǎng)絡(luò )拓撲、新的保護方案、新的電壓控制和新的儀表。

5 提高供電可靠性和電能質(zhì)量、節能降損和環(huán)保

電網(wǎng)發(fā)展應面向未來(lái)數字化社會(huì )對供電可靠性和電能質(zhì)量的嚴格要求。我國城市用戶(hù)停電時(shí)間過(guò)長(cháng)，且10kV以下電網(wǎng)對用戶(hù)供電可靠性的影響在70－80％以上，而10kV電網(wǎng)的高裕度并未帶來(lái)高可靠性。

效益方面，停電間隔和停電頻率的大幅度降低；少得多的電能質(zhì)量擾動(dòng)；有效地消除區域性大停電；大大地減輕對恐怖主義和自然災害的脆弱性；改善公眾和工人的人身安全；降低或緩解電價(jià)；為市場(chǎng)參與者提供新的選擇；更有效地運行和以很低的成本改善資產(chǎn)管理；降低網(wǎng)損；更廣泛地開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的資源；與各種配電管理相關(guān)的效益。要求采用：靈活的、可重構的配電網(wǎng)絡(luò )拓撲和可靠地雙向數字通信系統；高級配電運行；更高的可靠性要求使用分布式電源。

二、農網(wǎng)智能化概述

（一）農網(wǎng)特點(diǎn)及需求

我國農網(wǎng)特點(diǎn)為分布廣泛、負荷分散；電壓等級多、運行環(huán)境復雜、發(fā)展不平衡管理體制多元化。發(fā)展需求為新農村建設和城鄉社會(huì )經(jīng)濟一體化發(fā)展需求分散式新型可再生能源/微網(wǎng)的接入需求電源/用戶(hù)供用電信息互動(dòng)化需求。

（二）農網(wǎng)與智能電網(wǎng)目標差距

（三）農網(wǎng)智能化建設目標

農網(wǎng)智能化建設目標緊密?chē)@堅強智能電網(wǎng)發(fā)展總體目標，一新型農網(wǎng)建設為載體；加快建設堅強農網(wǎng)，不斷完善信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化功能，提高智能化水平；增強電網(wǎng)與用戶(hù)、與各類(lèi)新型能源的互動(dòng)功能。

（四） 農網(wǎng)智能化建設路線(xiàn)

農網(wǎng)智能化建設路線(xiàn)分為三階段。第一階段為智能配電臺區；配電自動(dòng)化；用電信息采集系統；農網(wǎng)數據統一采集與監控；試點(diǎn)工程，典型模式。第二階段為智能化變電站；農網(wǎng)用電互動(dòng)化；農村分布式清潔能源接入；智能用電服務(wù)體系；綜合示范工程。第三階段為農網(wǎng)智能經(jīng)濟調度；運用需求側響應技術(shù)引導用戶(hù)有序用電；建設堅強智能新型農網(wǎng)。

（五）農網(wǎng)智能化主要建設內容

1 用電信息采集

建設內容為涵蓋公變、專(zhuān)變采集；單、三相居民用戶(hù)采集；提供多種繳費方式。建設目標位實(shí)現用電信息采集的自動(dòng)化和互動(dòng)化，實(shí)現用電信息實(shí)時(shí)監測、預警及多種自助繳費方式。建設模式為采集終端通過(guò)光纖、微功率無(wú)線(xiàn)、載波等方式將采集信息傳送到臺區智能配電終端（集中器），在通過(guò)光纖、載波、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等方式傳送到農網(wǎng)同意數據采集與集中監控平臺。

2 智能臺區

臺區裝設智能配電箱或只能配變終端，將用戶(hù)用電信息采集信息和臺區信息通過(guò)光纖、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等通信方式上傳到統一數據采集與集中監控平臺。

實(shí)現配電臺區設備（變壓器、開(kāi)關(guān)）狀態(tài)參數監測、無(wú)功補償本地/遠程控制投切、漏電保護監測管理、諧波監測、三相不平衡監測、用電信息采集、遠程通信、互動(dòng)等功能與一體；實(shí)現農村配電網(wǎng)的電能質(zhì)量問(wèn)題（包括無(wú)功補償、諧波治理和三相不平衡治理等）綜合治理，降低電網(wǎng)損耗；實(shí)現智能配電區建設模式的規范化。

3 配電自動(dòng)化

實(shí)現配電網(wǎng)的運行監視和控制的自動(dòng)化系統，具備配電SCADA、饋線(xiàn)自動(dòng)化、電網(wǎng)分析應用及與相關(guān)應用系統互連等功能，主要由配電主站、終端、配電子站和通信通道等部分組成。有簡(jiǎn)易、實(shí)用、標準、集成、智能型之分。配電SCADA指通過(guò)人機交互，實(shí)現配電網(wǎng)的運行監視和遠方控制，為配電網(wǎng)運行和調度提供服務(wù)。配電主站指配電主站是配電自動(dòng)化系統的核心部分，主要實(shí)現配電網(wǎng)數據采集與監控等基本功能和電網(wǎng)分析應用等擴展功能。配電終端指安裝于中壓配電網(wǎng)現場(chǎng)的各種遠方監測、控制單元的總稱(chēng)，主要包括配電開(kāi)關(guān)監控終端即FTU、配電變壓器監測終端TTU、開(kāi)關(guān)站和公用及用戶(hù)配電所的監控終端DTU等。饋線(xiàn)自動(dòng)化指利用自動(dòng)化裝置或系統，監視配電線(xiàn)路的運行狀況，及時(shí)發(fā)現配電線(xiàn)路故障，迅速診斷出故障區間并將故障區間隔離，快速恢復對非故障區間的供電。分為全自動(dòng)、半自動(dòng)、智能分布、重合器四種方式。

建設內容在環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉站、柱上開(kāi)關(guān)裝設DTU、FTU配電自動(dòng)化終端，將開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息和故障信息通過(guò)光纖、無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等通信方式上傳到主站系統。

通過(guò)建立不同電網(wǎng)模式下的智能控制通信網(wǎng)絡(luò )和配網(wǎng)自動(dòng)化建設模式，建設故障線(xiàn)路在線(xiàn)檢測數據網(wǎng)，實(shí)現配電線(xiàn)路故障隔離、網(wǎng)絡(luò )重構、自愈控制等功能，達到快速恢復供電、提高供電可靠性的目的。

4 農網(wǎng)營(yíng)配調一體化管理模式優(yōu)化

三、智能電網(wǎng)配電關(guān)鍵設備研制規劃

（一）《研制規劃》簡(jiǎn)介

2009年國網(wǎng)公司編制完成了《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設備（系統）研制規劃》，包含135項關(guān)鍵設備的研制。截至2010年底，已有59項關(guān)鍵設備研制成功。2011年，國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設從規劃試點(diǎn)順利“轉段”進(jìn)入全面建設。 2010年6月修編完成了國家電網(wǎng)公司《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設備（系統）研制規劃（2011年修訂版）》。包括7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域、28個(gè)技術(shù)專(zhuān)題和151項關(guān)鍵設備的研制規劃，每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中包含了現狀及發(fā)展趨勢、研制思路、研制內容及預期目標、研制計劃進(jìn)度四方面的內容。研制規劃》是《國家電網(wǎng)智能化規劃》的子規劃之一，是關(guān)鍵設備研制工作的行動(dòng)綱領(lǐng)，可作為科研、制造企業(yè)的設備研制指南，同時(shí)也可作為制定相關(guān)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規劃的指導依據。

（二）智能配電環(huán)節簡(jiǎn)述

智能配電環(huán)節其特點(diǎn)是設備數量多、分布范圍廣、網(wǎng)架結構復雜。存在網(wǎng)架薄弱、供電能力不足、線(xiàn)路設備功能分散且可靠性較差、配電節能降損潛力巨大、通信難以覆蓋等問(wèn)題。其發(fā)展是可能大量接入分布式電源、微網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、儲能裝置等，應滿(mǎn)足自愈、互動(dòng)、兼容、即插即用等系統運行需求。采取的措施是研制新型、高效、環(huán)保的智能化設備，提高供電可靠性、運行效率和設備利用率，提高供電能力和改善供電質(zhì)量，提升配電網(wǎng)安全預警及應急供電能力。智能配電分為智能配電設備、配電自動(dòng)化與配網(wǎng)規劃、分布式電源接入與微網(wǎng)運行控制等環(huán)節。

（三） 智能配電環(huán)節發(fā)展趨勢

1 智能配電設備發(fā)展趨勢

開(kāi)關(guān)及成套設備的趨勢是向高可靠性、模塊化、智能化、操作方便、與環(huán)境協(xié)調、低成本、少維護的方向發(fā)展。需要研究滿(mǎn)足環(huán)保要求的絕緣技術(shù)；研究一次開(kāi)關(guān)與二次終端集成技術(shù)。配電網(wǎng)測控保護的趨勢是向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動(dòng)態(tài)在線(xiàn)整定的方向發(fā)展，各種保護、控制技術(shù)將進(jìn)一步與配電一次設備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設備。電能質(zhì)量綜合治理的趨勢是不僅要保證了敏感負荷免受電能質(zhì)量影響，且要消除治理本身造成的新的電能質(zhì)量問(wèn)題。

2 配電自動(dòng)化與配網(wǎng)規劃發(fā)展趨勢

配電自動(dòng)化的趨勢是向全面滿(mǎn)足智能配電網(wǎng)的要求發(fā)展，即以堅強配電網(wǎng)架為基礎，全面遵循IEC61970/61968，覆蓋全部配網(wǎng)設備，涵蓋整個(gè)配網(wǎng)調度和生產(chǎn)指揮的全部業(yè)務(wù)流程；在完整圖模管理基礎上，實(shí)現配電監測控制和饋線(xiàn)自動(dòng)化功能，實(shí)現配電網(wǎng)信息的集成整合與共享，滿(mǎn)足智能配電調控一體化的要求；具備擴展支持新能源接入、配電網(wǎng)自愈、可視化調度操作、與用戶(hù)互動(dòng)等功能。配網(wǎng)規劃的趨勢是計算機輔助決策支持系統向在線(xiàn)規劃、多約束條件優(yōu)化等方向發(fā)展，將進(jìn)一步滿(mǎn)足實(shí)際配電網(wǎng)規劃需要，規劃結果更具實(shí)用性。

3 分布式電源接入、微網(wǎng)控制及保護發(fā)展趨勢

國內分布式發(fā)電技術(shù)多應用在城市光伏發(fā)電系統、光伏-建筑一體化技術(shù)和儲能系統上，分布式電源的即插即用技術(shù)研究還處于起步階段，有待進(jìn)一步深化。對分布式電源接入系統的穩定性分析、安全與自動(dòng)保護措施、獨立運行機制、多電源運行機制等方面還需要系統性的研究。

分布式儲能技術(shù)還在發(fā)展中，有待實(shí)現大規模產(chǎn)業(yè)化。鈉硫電池具有大容量、高效率、結構緊湊易擴展、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟后可用于城市電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電補償；超級電容容量大、壽命長(cháng)、環(huán)保，目前已有市場(chǎng)化應用；飛輪儲能效率高、壽命長(cháng)，尚在研制中。超導儲能效率高、響應快，目前已在風(fēng)力發(fā)電系統中應用。

4 配電環(huán)節研究?jì)热?/p>

在智能化少維護金屬封閉開(kāi)關(guān)設備方面，現處于研制和完善階段，應選用最新的傳感和通信技術(shù)，實(shí)現一次設備及關(guān)鍵元器件的實(shí)時(shí)狀態(tài)監測，在絕緣技術(shù)、設備體積、智能控制等技術(shù)方面，開(kāi)展產(chǎn)品的標準化、通用化設計，提高設備安全性及模塊化程度，降低設備維護量。

在智能化環(huán)保型環(huán)網(wǎng)柜方面，近兩年來(lái)少SF6氣體、混合氣體的環(huán)網(wǎng)柜的變化不是很大，但固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展非?？?。研制采用具有全固封或全封閉、安全可視的隔離斷口的新型絕緣介質(zhì)（氣體和固體絕緣介質(zhì)）的環(huán)網(wǎng)柜，同時(shí)具備小型化和環(huán)保的特征。

在智能化環(huán)保型柱上開(kāi)關(guān)方面，目前處于研究新型絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的研究階段，主要是新型SF6混合氣體及固體絕緣等新型環(huán)保型絕緣介質(zhì)的研究、配永磁操動(dòng)機構、具備智能化控制裝置及集成化關(guān)鍵技術(shù)的研究。

在高效節能配電變壓器方面，跟蹤分析單級有載調容配電變壓器運行情況，研制大容量、多級有載、可靠切換的調容開(kāi)關(guān)；研制智能控制器；研制看遠程調控的主站及通信系統。

在集成式智能配電站方面，整合當前電能質(zhì)量調節技術(shù)，研制動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量調節裝置，研制具有計量、保護、通信、無(wú)功補償、電能質(zhì)量調節等功能的各種智能模塊及智能型集成裝置；統一各智能模塊硬件、軟件的支撐平臺。

在智能配電網(wǎng)保護測控一體化終端方面，分布能源發(fā)電設備的保護與監控方法；可采集配電網(wǎng)及設備運行狀態(tài)的裝置；電能質(zhì)量的穩態(tài)、暫態(tài)檢測方法；分布式能源接入時(shí)配電網(wǎng)的保護配置；基于廣域同步采樣技術(shù)的配電網(wǎng)解合環(huán)電流計算；配電終端的就地FA功能；利用IEEE1588網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘協(xié)議實(shí)現各配網(wǎng)設備的同步采樣技術(shù)；基于IP通信方式的信息交換與共享技術(shù)。滿(mǎn)足配電網(wǎng)的自愈控制對配電網(wǎng)保護測控一體化裝置的技術(shù)要求。

在智能配變監測終端方面現處于軟硬件總體方案和概要設計階段，研制集保護告警、測量、控制、計量、通信等功能為一體、支持智能配電臺區無(wú)功補償及諧波治理、支持光纖環(huán)網(wǎng)、EPON、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等多種通訊方式的智能配變監測終端。

在電能質(zhì)量控制器方面，統一電能質(zhì)量控制器現處于動(dòng)模實(shí)驗的研究階段。綜合分析電能質(zhì)量擾動(dòng)特征，研制電能質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置和統一電能質(zhì)量控制器；研究諧波和無(wú)功功率的快速檢測算法；研究電壓波動(dòng)與閃變、電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷的快速可靠檢測算法；研究電能質(zhì)量協(xié)調、優(yōu)化控制目標；提出電能質(zhì)量協(xié)調控制策略。

在配電自動(dòng)化系統方面，研究配電網(wǎng)絡(luò )模型動(dòng)態(tài)變化處理機制；研究多業(yè)務(wù)系統間的信息定制規范；研制故障處理、負荷轉供、解合環(huán)潮流計算、狀態(tài)估計等具有實(shí)用價(jià)值的多種配網(wǎng)應用軟件；研究配電網(wǎng)停電管理；逐步開(kāi)展分布式電源/微電網(wǎng)/儲能裝置接入、配電網(wǎng)自愈等智能化功能研究。

在配電網(wǎng)調控一體技術(shù)支持系統方面，研制系統構架和數據模型；研制可以對超量實(shí)時(shí)數據進(jìn)行準確可靠處理的前置處理軟件；通過(guò)構建電力流、信息流、業(yè)務(wù)流完整統一的配電網(wǎng)模型，將配電網(wǎng)所涉及到的多種信息資源進(jìn)行一體化的整合、分析、優(yōu)化、展現；開(kāi)發(fā)實(shí)現智能配電網(wǎng)多系統互操作控制權限安全轉移支撐平臺；開(kāi)發(fā)智能配電網(wǎng)安全預警分析的子系統，提供一個(gè)集地理信息與可視化功能于一體的綜合性支撐平臺。

在智能配電網(wǎng)規劃計算機輔助決策系統方面，研制智能配電網(wǎng)規劃平臺框架、需求分析及系統設計方案，考慮分布式電源接入的智能配電網(wǎng)優(yōu)化規劃模型和規劃數據挖掘模型，開(kāi)發(fā)智能配電網(wǎng)規劃計算機輔助決策系統，包括：CIM公共信息模型、基于GIS的配電網(wǎng)智能規劃平臺數據交換模型、配電網(wǎng)智能規劃組件接口信息模型、正常和故障情況下配電通信網(wǎng)多種業(yè)務(wù)信息量的預測模型、電網(wǎng)與信息網(wǎng)集成的配電網(wǎng)智能規劃平臺信息模型。

分布式電源和微網(wǎng)控制、保護及接入：研制分布式電源大功率并網(wǎng)換流器、“即插即用”的分布式電源電能控制裝置。掌握高壓并網(wǎng)換流器產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵性軟硬件技術(shù)，制定設計規范，確定標準化單相、三相換流裝置的關(guān)鍵性能指標。

在分布式電源及微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理裝置方面，研制用于解決分布式電源及微電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題的典型設備，如靜止無(wú)功補償器（STATCOM）、有源濾波器（APF）、動(dòng)態(tài)電壓恢復器（DVR）等，提高分布式電源的供電可靠性，實(shí)現安全穩定運行。

在分布式電源及微電網(wǎng)保護測控一體化裝置方面，研究含分布式電源及微電網(wǎng)配電自動(dòng)化系統的有功功率控制和電壓/無(wú)功調節；研制分布式電源及微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的新型測控保護一體化裝置。

在大容量、高可靠快速切換固態(tài)開(kāi)關(guān)方面，現尚處于其數學(xué)模型的研發(fā)及其設計參數的確定階段。對比分析各種智能化固態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)方案，提出適合微網(wǎng)的智能化固態(tài)開(kāi)關(guān)電路拓撲結構，解決大容量、高可靠快速切換固態(tài)開(kāi)關(guān)穩態(tài)及暫態(tài)特性的控制策略問(wèn)題，提高固態(tài)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的可靠性。

在高溫超導儲能裝置方面完成高溫超導儲能和輸出、低溫高壓、電磁兼容等相關(guān)特性的研究；研究和設計超導儲能監控系統，完成高溫超導儲能裝置磁體、輔機、監控系統的綜合集成。

在超級電容器儲能裝置方面，現處于10kW/1kWh級超級電容器儲能裝置的研發(fā)階段。研發(fā)超級電容器核心部件；相應串并聯(lián)設計方案的研究；研發(fā)超級電容器儲能模塊，實(shí)現超級電容器本體、變流器及監控保護系統的綜合集成。

在飛輪儲能裝置方面，核心部件和關(guān)鍵生產(chǎn)設備的研發(fā)；建立大容量飛輪儲能系統構造設計和振動(dòng)分析的研究平臺；建立飛輪儲能系統的機電、電磁和力學(xué)耦合系統的數學(xué)模型；研究飛輪能量轉換的內在機理和動(dòng)態(tài)特性。

在分布式電源/微電網(wǎng)接入控制系統方面，研究分布式電源/微電網(wǎng)接入后對配網(wǎng)的影響；研究分布式電源/微電網(wǎng)的接入控制策略；逐步開(kāi)展對分布式電源/微電網(wǎng)的智能優(yōu)化調度、饋線(xiàn)自動(dòng)化、容量與位置優(yōu)化的技術(shù)研究；開(kāi)發(fā)分布式電源/微電網(wǎng)接入控制系統。

在微電網(wǎng)能量管理系統方面，研究微電網(wǎng)監控體系；研究各種運行模式下微電網(wǎng)的多元能量?jì)?yōu)化管理技術(shù)；研究融合能量管理和需求側管理的微電網(wǎng)控制策略；研究微電網(wǎng)與配網(wǎng)的聯(lián)合調度技術(shù)；開(kāi)發(fā)微電網(wǎng)能量管理系統。

在微電網(wǎng)自動(dòng)控制裝置方面，研究微電網(wǎng)的無(wú)縫切換控制策略、自動(dòng)發(fā)電/頻率控制、自動(dòng)電壓控制、黑啟動(dòng)；研制微電網(wǎng)自動(dòng)控制裝置。

四、農網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)應用技術(shù)

（一）《支撐框架》簡(jiǎn)介

2008年國網(wǎng)公司農電部組織編制完成了《農網(wǎng)科技進(jìn)步支撐框架》。其中《農網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)應用技術(shù)》 （2008年版），共8個(gè)專(zhuān)題介紹了42項適用于農網(wǎng)發(fā)展和科技進(jìn)步建設的重點(diǎn)技術(shù)；《農網(wǎng)科技進(jìn)步應用成果匯編》（2008年版），共7個(gè)專(zhuān)題收錄了64項應用成果，這些成果是由公司系統各單位推薦，經(jīng)公司組織專(zhuān)家審查遴選，在農網(wǎng)建設和發(fā)展中取得了較好應用效果。2011年6月國家電網(wǎng)公司農電部組織修編了《農網(wǎng)科技進(jìn)步支撐框架》。修改后的《農網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)應用技術(shù)》 （2011年版），共8個(gè)專(zhuān)題介紹了45項重點(diǎn)技術(shù)；《農網(wǎng)科技進(jìn)步應用成果匯編》（2011年版），共7個(gè)專(zhuān)題收錄了63項應用成果。

（二）《農網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)應用技術(shù)》簡(jiǎn)介

包含農網(wǎng)規劃、農網(wǎng)裝備、電能質(zhì)量與綜合節能、農網(wǎng)自動(dòng)化、通信技術(shù)、農網(wǎng)生產(chǎn)運行管理、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)與用電技術(shù)、信息化技術(shù)等8個(gè)專(zhuān)題。

1 農網(wǎng)規劃專(zhuān)題

農網(wǎng)優(yōu)化規劃技術(shù)，農網(wǎng)規劃是指110kV及以下縣域電網(wǎng)規劃。

輸變電工程通用設計，包括各電壓等級變電站、輸配電線(xiàn)路、電能計量裝置等方面內容的通用工程設計典型供電模式，《新農村電氣化村典型供電模式（試行）》（農技[2007]35號）和《小城鎮典型供電模式》（國家電網(wǎng)農〔2010〕1591號），指導和規范新農村電氣化村及小城鎮電網(wǎng)建設，提高農網(wǎng)建設水平。單三相混合配電方式，一個(gè)區域內單相與三相配電共存的配電方式。35kV配電化，適用于負荷密度較低，中壓線(xiàn)路迂回供電或供電半徑過(guò)長(cháng)，電網(wǎng)建設資金缺乏的地區。農網(wǎng)規劃技術(shù)支持平臺，以農網(wǎng)優(yōu)化規劃技術(shù)等理論研究為基礎，依托數學(xué)優(yōu)化規劃方法，利用數據庫管理功能管理規劃所需的數據，利用計算機開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現。

2 農網(wǎng)裝備專(zhuān)題

緊湊型組合式箱式變電站，在防塵與通風(fēng)、隔熱與凝露、滿(mǎn)載運行與體積小型化、智能操作與環(huán)保運行等方面開(kāi)展高可靠性的研究。智能配電臺區，實(shí)現臺區設備狀態(tài)監測保護與計量、負荷與電能質(zhì)量、線(xiàn)損與經(jīng)濟運行管理等功能，滿(mǎn)足智能配電網(wǎng)自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化發(fā)展要求。組合電器，分為敞開(kāi)式組合電器和氣體絕緣金屬封閉式組合電器。環(huán)網(wǎng)柜，利用低壓力的氣體絕緣介質(zhì)、固體絕緣材料以及特定的絕緣結構將高壓導體或高壓元件密封或金屬封閉。永磁操動(dòng)機構智能開(kāi)關(guān)，永磁保持，減少機械傳動(dòng)及保持系統。分布式能源裝備，根據分布式能源的特點(diǎn)制定分布式能源的運行控制策略，通過(guò)分布式能源裝備對其進(jìn)行運行管理，在充分利用清潔能源發(fā)電的情況下實(shí)現分布式能源對電網(wǎng)友好。

3 電能質(zhì)量與綜合節能專(zhuān)題

節能型變壓器，有載調容變壓器、 S11和 S13型變壓器、非晶合金變壓器。無(wú)功優(yōu)化補償技術(shù)，電壓無(wú)功三級聯(lián)調技術(shù)、 MCR型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置和壓控調容式智能無(wú)功補償裝置。變壓器經(jīng)濟運行技術(shù)，通過(guò)合理配置變壓器、優(yōu)化選擇運行方式、經(jīng)濟調整變壓器負載，最大限度降低變壓器的電能損耗。電能質(zhì)量監測與治理，電能質(zhì)量監測及治理技術(shù)；動(dòng)態(tài)電壓恢復器有效解決諧波、三相不平衡、跌落、浪涌和穩態(tài)電壓質(zhì)量等問(wèn)題；寬幅有載調壓變壓器；電力有源濾波器對變化的諧波和無(wú)功功率都能動(dòng)態(tài)補償。農網(wǎng)綜合節能評估與輔助決策技術(shù)，在模型理論、優(yōu)化決策體系以及指標數據庫基礎上，應用多種技術(shù)建立的技術(shù)支撐平臺。線(xiàn)損分析與管理技術(shù)，有效降低農網(wǎng)供電企業(yè)線(xiàn)損，提高經(jīng)濟效益。

4 農網(wǎng)自動(dòng)化專(zhuān)題

縣級電網(wǎng)調度自動(dòng)化，對電網(wǎng)運行進(jìn)行實(shí)時(shí)監視、控制和分析的一種集成自動(dòng)化系統，由主站、通道、廠(chǎng)站端設備構成。配電自動(dòng)化，實(shí)現配電網(wǎng)正常運行及事故時(shí)監測、保護、控制和管理。調配控一體化，是采用一套系統，在同一數據平臺上，實(shí)現調度、集控、配網(wǎng)三大功能的整合。實(shí)現各模塊數據庫、圖形、應用的高度共享，降低維護難度和建設費用；實(shí)現SCADA、配網(wǎng)自動(dòng)化、集控站監控、電網(wǎng)分析功能（PAS）、調度管理（DMIS）、配網(wǎng)管理（DMS）、地理信息系統（GIS）、新能源監控等應用功能。信息交互集成技術(shù)，基于IEC 61968/61970，針對各個(gè)業(yè)務(wù)系統的信息服務(wù)，通過(guò)對信息的整合、共享和發(fā)布，實(shí)現對農網(wǎng)業(yè)務(wù)需求快速響應。分布式電源及微電網(wǎng)接入控制技術(shù)，主要包括基本監控功能及高級分析功能。

5 通信技術(shù)專(zhuān)題

光纖通信，電力特種光纜泛指 OPGW(光纖復合地線(xiàn))、 ADSS(全介質(zhì)自承光纜)、OPPC(光纖復合相線(xiàn))和OPLC(光纖復合低壓電纜)等，當前在我國應用較多的電力特種光纜主要有 ADSS和 OPGW。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，PON應用于接入網(wǎng)，局端設備（OLT）與多個(gè)用戶(hù)端設備（ONU/ONT）之間通過(guò)無(wú)源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)（ODN）連接的網(wǎng)絡(luò )。EPON網(wǎng)絡(luò )是PON技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)的融合。低壓電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，電力線(xiàn)窄帶載波通信技術(shù)、采用正交頻分復用（OFDM:Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing）技術(shù)、電容耦合技術(shù)、中低壓電力電纜屏蔽層載波通信技術(shù)、卡接式和電感式電感耦合器、電力電纜和架空混合線(xiàn)路的載波通信技術(shù)。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)， McWiLL主要包括以下幾個(gè)部分：基站、終端設備和網(wǎng)元管理系統EMS、SHLR、STBC等。

6 農網(wǎng)生產(chǎn)運行管理專(zhuān)題

帶電作業(yè)技術(shù)，分為等電位作業(yè)、地電位作業(yè)和中間電位作業(yè)。狀態(tài)檢修技術(shù)，以信息技術(shù)為基礎的自動(dòng)管理技術(shù)，對設備狀態(tài)實(shí)施監測和全過(guò)程控制，合理延長(cháng)設備使用壽命，提高運行水平，降低設備運行總費用?，F場(chǎng)標準化作業(yè)支撐技術(shù)，編制現場(chǎng)標準化作業(yè)流程、深化應用PDA技術(shù)、建立標準化作業(yè)指導書(shū)編制系統。10kV線(xiàn)路故障檢測技術(shù)，通過(guò)普通型故障檢測器顯示線(xiàn)路故障、通過(guò)基于智能故障指示器的故障定位系統顯示線(xiàn)路故障。輸變電設備智能巡檢技術(shù)，智能巡檢系統主要由條形碼技術(shù)識別或者GPS定位、參數記錄、任務(wù)定義、數據下載、數據上傳等模塊組成。電力設施防盜報警技術(shù)，低功耗遠程配變防盜預警技術(shù)，其核心是低功耗設計技術(shù)，實(shí)現在低功耗下對配電變壓器的監測技術(shù)。防雷技術(shù)，防止架空絕緣導線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)事故發(fā)生，提高配電網(wǎng)運行可靠性。剩余電流動(dòng)作保護裝置應用技術(shù)，農網(wǎng)漏電保護系統實(shí)行分級保護，一般分為總保、中保和家保三級。農網(wǎng)生產(chǎn)運行管理技術(shù)，電網(wǎng)檢測、分析、管控、安全等多功能的集合體。

7 營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)與用電技術(shù)專(zhuān)題

用電信息采集技術(shù)，綜合了光纖網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)、微功率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和電力線(xiàn)載波通信技術(shù)，實(shí)現主網(wǎng)電能和分布式能源監控、用電信息雙向交互功能。營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)與用電技術(shù)，客戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)、繳費、業(yè)務(wù)申請、投訴舉報。防竊電技術(shù)，全封閉表箱；加裝高壓計量箱，封閉互感器一、二次電聯(lián)結。多元化收繳費技術(shù)，供電所坐收、銀行代收、自助繳費機、預付費磁卡表等多種形式的電費收取模式。電力營(yíng)銷(xiāo)信息管理技術(shù)，實(shí)現營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)與其它相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行數據交換和業(yè)務(wù)協(xié)作。分為業(yè)務(wù)功能域和系統支撐功能域。

8 信息化技術(shù)專(zhuān)題

農電綜合管理系統，利用信息化技術(shù)，建立覆蓋國網(wǎng)公司總部、各網(wǎng)省公司、地市公司及縣供電企業(yè)農電管理的業(yè)務(wù)支撐體系，實(shí)現國網(wǎng)公司總部、各網(wǎng)省公司、地市供電公司及縣供電企業(yè)上下貫通的管理信息系統。SG-ERP信息化平臺，在SG186工程基礎上，擴展和完善一體化信息平臺建設，實(shí)現生產(chǎn)與控制、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理、營(yíng)銷(xiāo)與市場(chǎng)交易三大領(lǐng)域業(yè)務(wù)與信息化的融合，集成和共享電力流、信息流、業(yè)務(wù)流等全部企業(yè)信息。電網(wǎng)地理信息（GIS）技術(shù)，結合農網(wǎng)應用特點(diǎn)，利用地理信息技術(shù)，對設備空間分布數據、生產(chǎn)運行數據、電網(wǎng)運行狀態(tài)等信息進(jìn)行集中化管理，分析電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )拓撲關(guān)系，并集成已有信息管理系統，形成以地理信息為支撐的電網(wǎng)管理信息系統。網(wǎng)絡(luò )信息安全技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )隔離、安全接入、訪(fǎng)問(wèn)控制、安全加固、數據加密和身份鑒別。

五、智能電網(wǎng)對電力設備的要求

1 安全

保障對象，人身安全、設備安全。保障狀態(tài)，正常運行、自身故障、相鄰故障、自然災害。保障措施，貫穿成品的研發(fā)、制造、運輸、使用全過(guò)程；統計、分析、整理影響安全的因素和狀態(tài)；可能涉及到安全的各種預案。例如，與中壓成套設備相關(guān)聯(lián)的安全：所有事故有人在場(chǎng)的情況達75%，所以讓人遠離設備是保證安全最重要的一項工作；可降低成本，不用人到現場(chǎng)，無(wú)交通成本。

2 穩定

運行可靠免維護，最起碼要達到少維護和便于維護的要求。運行期間變化不大或有規律，也是全壽命管理的基礎。

3 智能

無(wú)需人工干預，就能獨立地執行相關(guān)指令。智能感知指對設備自身運行狀況進(jìn)行的在線(xiàn)傳感。不同的電力設備需要重點(diǎn)感知的內容不同，如，中壓成套設備在線(xiàn)監測的重要性排名：觸頭溫升、二次元器件、機械特性、真空度、局放。溫升包含梅花觸頭、母排、電纜頭、低壓室。智能識別指對包括各種類(lèi)別故障的識別和定位。智能控制指具有信息的網(wǎng)絡(luò )化交互、共享、控制能力。主要有設備的狀態(tài)評估，故障預測、預警，故障控制，壽命預測及管理；其中，故障控制應根據不同設備的不同類(lèi)型故障（嚴重程度和后果）決定是否進(jìn)行自身控制或者由電網(wǎng)協(xié)調控制處理。

4 環(huán)保

原材料包括零部件制造、成品制造、使用過(guò)程、壽命終結：如SF6、環(huán)氧樹(shù)脂、電池等等。通過(guò)對美歐及我國智能電網(wǎng)及其建設原動(dòng)力的簡(jiǎn)述，對農網(wǎng)智能化建設主要內容的概述，對《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設備（系統）研制規劃（2011年修訂版）》中配電環(huán)節研究?jì)热莸拿枋?，?011年修編后的《農網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)應用技術(shù)》中45項重點(diǎn)技術(shù)的簡(jiǎn)述，指出了在智能電網(wǎng)大環(huán)境下需研發(fā)的技術(shù)、重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)及其對電力設備的總體要求。