智能化配电应用浅议

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摘要：通过对目前配电智能化的技术路线进行归纳，应用场景举例，并经过经济、技术角度进行分析，总结出智能化配电系统是智能电网及新能源发展的必然趋势，工程设计中应尽可能采用和完善。

关键词：智能化；双碳；配电系统；源网荷储

智能化配电系统将会是以后配电领域的必然要求，是走向工业智能化、智慧电网的必经之路，但是目前因智能化配电系统工程造价较高、系统相对接线复杂等因素，在配电领域未得到足够重视，各行业的配电系统依旧采用常规的电气元器件，未能实现智能化、信息化的要求。面对目前新能源消纳的“源网荷储”、低碳减排、运维问题，需进行智能化、信息化改造，否则控制信息采集不上，无法实现负荷及能耗的有效控制，也给运维带来很大问题，也增加了企业电费成本。本文通过技术、经济进行对比，提出配电系统采用智能化系统的必要性。

1智能化技术方案

1.1系统的基本组成原理

低压智能配电系统借助智能化设备的技术优势，以断路器、接触器、继电器等为控制基础，结合新型的智能断路器、马达保护器，通过后台监视软件实现对配电主回路主要电气参数和开关状态等参数的实时监测，辅以通信网络、App远程监控、云平台数据监控，实现对低压配电系统的智能化监测和控制，广泛服务于系统运维、能源管理、能效监测等。

1.2智能化系统

智能化配电系统由系统监控主机、数据通信管理机、现场智能装置和通信网络等几部分构成，各系统具体构成及功能如下：1）监控主机，监控主机包括硬件系统和软件系统。其硬件系统类似于常规变电站的监控系统，软件系统通过数据采集通信管理机、网络通信交换机等硬件系统，采集和记录各个配电回路的运行状态和数据，并下达控制指令，由配电开关、马达保护器、智能电力仪表等实现对变配电设备的保护和测控功能。软件系统完成图形监视、报表、曲线生成和分析、系统应用等其他功能，并能够进行数据的云上报，实现故障信息的共享和分析。2）数据通信管理机。数据通信管理机用于不同智能装置通信协议的转换，转换为以太网通信模式，通过电以太网或者光以太网传输至监控主机。3）现场智能装置。智能装置通常有智能断路器、马达保护器、多功能电力仪表等，主要完成电力参数的采集和开关分合状态的采集（遥信）等。目前最新的智能配电开关不论是塑壳开关，还是微型断路器，均可以实现数据采集和传输，只是目前价格不占优势，但笔者相信，在市场的不断推动下，近两三年之内，配电开关将全面普及信息化和智能化，价格也将趋于平常。4）通信网络。现场智能装置至通信管理机之间可以通过RS485通信，也可以采用ZGbee等无线通信方式，通信管理机至监控主机采用以太网通信，传输通道可以采用屏蔽双绞线或光纤[1]。系统的结构图如图1。

1.3智能化低压配电系统的主要特点

低压电气系统直接面向控制终端，设备多、配电系统图1系统结构图Fig.1Systemstructurediagram回路多，设备频繁操作，现场条件复杂，故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点，智能化监控系统具有以下几个特点：1）智能化。低压配电系统由低压智能开关或者低压配电开关+多功能仪表的形式实现配电站开关设备运行管理的信息化、智能化。实施智能化配电系统可以有效监测供电品质，为连续性的自动化生产提供电力保证[7]，通过终端用能的负荷电量分析，有利合理安排生产，优化负荷分配，节约电力成本。实时数据给负荷分析、控制、调节奠定基础，智能化配电系统具有的优势是信息化，这是智能测控保护装置区别于传统仪表的根本性标志，大幅提高测量和保护精度，减少数据分散性，提高实时性、稳定性和可靠性，为负荷分析、负荷消纳做了良好的数据基础，这也为新能源消纳，源网荷储一体化创造了条件。低压系统加装绝缘监测、温度监测、湿度监测等措施，实现对配电系统的全方位数据监测和管理，为故障隐患预警、排查、运维提供强大的支撑，方便运维管理。2）元器件多功能化。智能化配电开关、马达保护器等摆脱传统元件功能单一不足，测量、控制、保护等多功能合为一体，大量减少了柜内的二次接线，使得系统更加紧凑、简单，安装和调试省时、方便、快捷，维护也简单快捷。3）信息化。目前的智能化设备均有RS485、无线Zgbee等通信接口，企业供配电系统中微机保护装置、智能断路器与Modbus通信的硬件接线、无线连接等方式，并提供该供电系统的监控界面。采用信息采集网络，可在监控后台、云平台实现数据的实时采集、处理、存储、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录等、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等多种功能，实现配电系统的信息化采集[2,3]，运维人员可通过云平台实施掌握系统运行状态及维护信息，故障信息共享等。

1.4智能配电系统的典型应用

1）智能配电应用某化工厂智能配电系统，由于配电柜要求封闭结构，尽量免维护，元件智能化、信息化程度高，实现元件少，功能齐全的要求。实现低压配电系统各回路的基本参数记录，并且记录故障信息，监视开关的分合闸状态，远程对元件的保护参数进行调整，记录和存储配电柜的二次回路的更改信息，更改的图纸，减少运维工作量及成本。通信数据无障碍快速准确传输，进行系统后台的管理和分析，并能够实现故障的远程诊断。该智能化配电系统具有以下优点：①配电系统结构简单，可靠性提高根据化工厂的配电情况及要求，所有的电压配电回路进行数据监视，形成负荷电流曲线及开关状态记录，曲线异常报警，并告知运行人员进行可能的故障维检修。推荐使用了集成测量和通信功能的智能化断路器，取消多功能表、电流，整体上减少开关柜内的元件数量，节省开关柜内元件的安装体积，增加散热空间，保证设备安全。②系统实现故障判断功能智能配电系统中，所有的断路器均采用电子脱扣单元，开关通过内置互感器可以提供精确的全参数的电力测量，大幅减少了配电系统中测量表计。对开关状态及数据进行记录和比对，提供故障诊断和历史记录数据，清晰记录配电回路中每个负荷点的历史运行数据、波动情况。若出现故障，记录故障出现时间、故障电流大小、持续时间，帮助维护人员提供详细的分析数据，该系统等同于高压电力系统的故障录波[7]。2）新能源消纳“源网荷储”的应用源网荷储：以“电源、电网、负荷、储能”为整体规划的新型电力运行模式，可精准控制社会电力系统中的用电负荷和储能资源，有效解决电力系统因新能源发电量占比提高而造成的系统波动，提高新能源发电量消纳能力，提高电网安全运行水平。4月24日，国家发改委发布《电力可靠性管理办法（暂行）》（下称《办法》）。《办法》提出积极稳妥推动发电侧、电网侧和用户侧储能建设，合理确定建设规模，加强安全管理，推进“源网荷储一体化”和多能互补。“源网荷储一体化”是指通过整合本地资源，以技术突破和体制机制创新为支撑，探索源网荷储高度融合的电力系统发展路径，实现网内风能、光伏、光热、电化学储能等能源的出力及波动情况，充分利用负荷侧调节能力，就地就近灵活发展，引导市场预期。随着新型电力系统的构建，对新能源的消纳提出更高要求。其重在源荷互动，通过源网荷储一体化旨在通过提供一套具有行业特性，切合生产经营，符合管理工作要求的一体化综合能源解决方案，帮助企业建立和完善能源管控制度体系；帮助企业量化考核，制定考核及奖惩办法；帮助企业实现对各种能源的采购存储、加工转换、输送分配，终端使用全生命周期监测、管控、优化；帮助企业实现对双碳管控工作信息实时采集、电气参数动态监控和数字化管理；采用微服务架构，利用物联网、大数据、智能AI等技术，实现电源侧、负荷侧、储能侧的各类可控资源的数据信息接入、数据处理，实现数据资源透明感知、特性建模、性能评估和建模应用，为电力系统提供资源信息管理、评估类服务、生产类服务、资源可调控能力及交易能力评估和可调负荷应用服务，夯实数据基础，并提供准确的评估手段。负荷侧的数据的准确收集是源网荷储实现的重要保证，同时提升管理和运行效率，最终实现安全稳定，经济平衡，节能减排，降本增效的基本目标。3）分布式能源管理的应用分布式能源管理是包含能源的生产、储存、调节和控制等综合利用系统，它通过对配电回路负荷进行采集，确定负荷发展情况，借助稳定可靠快速的光纤传输数据，利用实时数据技术、云平台技术对实测数据进行处理，并通过系统负荷面控制，实现发电出力和用电负荷的匹配，构成源荷互动的模式，让生产单位能够快速、准确、可靠地得到能源管理信息[6]。为了满足分布式能源消纳的有限控制和调节的要求，对生产单位中能源构成、价格因素进行详细分类，结合峰谷能源价格，进行多能互补分析，合理安排生产，就需要完成数据采集与存储、数据统计与分析、状态监控与报警等系统功能。智能化配电系统的基础数据采集、处理是其中不可或缺的内容。

2智能化配电的投资成本

经过对智能化低压配电系统与常规的配电系统进行对比，以40面低压柜系统的建设规模为例，目前市场上常规低压配电柜设备价格在5万元/面，而智能化配电柜设备价格在7万元/面，40面开关柜增加投资80万元。在运维方面，常规配电系统需要1人作为专业电工，人工成本约在15万元/年，做正常维护、检查。如采用智能配电系统，不需要专业电工来进行维护，要求其他人员进行兼任，配电系统的运维可以由智能系统进行隐患筛查，出现故障只需临时请专业维保单位进行整改，减少人员成本，大约6年就能收回增加的成本。配电系统可靠性提高。对于保障配电系统安全运行，配电系统事故少，排查时间短，降低系统运行过程中配电系统故障造成的损失是无法估量的。系统运行成本降低。随着国家新能源业务的大力发展，以传统煤电、水电为主导的电力系统，将逐步发展成为光伏、光热、风力并存，互补的新型电力系统，光伏和风电的发电成本将进一步降低，白天不再是用电高峰期，夜晚将成为用电紧缺的时段，峰谷差电价将更加明显，如果考虑根据峰谷差电价因素，通过负荷端控制，降低电费成本，效益将进一步提高。因此实施配电智能化是必要的，经济上是可观的。

3总结

随着国家能源政策调整、工业智能化的加快，人力成本的不断提高，智能化配电系统不断发展成熟。加大以新能源为主体的新型电力系统政策下，配电系统采用智能化系统是一种必然的发展趋势，智能配电市场在各领域逐渐占据主导地位，智能配电产品将在创新与科研方面飞速发展。另外，根据《智能建筑设计标准》规定需要增加智能化配电系统。工程设计中不论是工业配电还是普通民用配电系统，应加强智能化配电设计，做到高瞻远瞩，面向未来。

作者:董佩 单位:陕西省燃气设计院有限公司