智能化配電應(yīng)用淺議

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摘要：通過對(duì)目前配電智能化的技術(shù)路線進(jìn)行歸納，應(yīng)用場(chǎng)景舉例，并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)角度進(jìn)行分析，總結(jié)出智能化配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)及新能源發(fā)展的必然趨勢(shì)，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能采用和完善。

關(guān)鍵詞：智能化；雙碳；配電系統(tǒng)；源網(wǎng)荷儲(chǔ)

智能化配電系統(tǒng)將會(huì)是以后配電領(lǐng)域的必然要求，是走向工業(yè)智能化、智慧電網(wǎng)的必經(jīng)之路，但是目前因智能化配電系統(tǒng)工程造價(jià)較高、系統(tǒng)相對(duì)接線復(fù)雜等因素，在配電領(lǐng)域未得到足夠重視，各行業(yè)的配電系統(tǒng)依舊采用常規(guī)的電氣元器件，未能實(shí)現(xiàn)智能化、信息化的要求。面對(duì)目前新能源消納的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”、低碳減排、運(yùn)維問題，需進(jìn)行智能化、信息化改造，否則控制信息采集不上，無法實(shí)現(xiàn)負(fù)荷及能耗的有效控制，也給運(yùn)維帶來很大問題，也增加了企業(yè)電費(fèi)成本。本文通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)行對(duì)比，提出配電系統(tǒng)采用智能化系統(tǒng)的必要性。

1智能化技術(shù)方案

1.1系統(tǒng)的基本組成原理

低壓智能配電系統(tǒng)借助智能化設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以斷路器、接觸器、繼電器等為控制基礎(chǔ)，結(jié)合新型的智能斷路器、馬達(dá)保護(hù)器，通過后臺(tái)監(jiān)視軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)配電主回路主要電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，輔以通信網(wǎng)絡(luò)、App遠(yuǎn)程監(jiān)控、云平臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)和控制，廣泛服務(wù)于系統(tǒng)運(yùn)維、能源管理、能效監(jiān)測(cè)等。

1.2智能化系統(tǒng)

智能化配電系統(tǒng)由系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)通信管理機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)智能裝置和通信網(wǎng)絡(luò)等幾部分構(gòu)成，各系統(tǒng)具體構(gòu)成及功能如下：1）監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其硬件系統(tǒng)類似于常規(guī)變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集通信管理機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信交換機(jī)等硬件系統(tǒng)，采集和記錄各個(gè)配電回路的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并下達(dá)控制指令，由配電開關(guān)、馬達(dá)保護(hù)器、智能電力儀表等實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電設(shè)備的保護(hù)和測(cè)控功能。軟件系統(tǒng)完成圖形監(jiān)視、報(bào)表、曲線生成和分析、系統(tǒng)應(yīng)用等其他功能，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的云上報(bào)，實(shí)現(xiàn)故障信息的共享和分析。2）數(shù)據(jù)通信管理機(jī)。數(shù)據(jù)通信管理機(jī)用于不同智能裝置通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通信模式，通過電以太網(wǎng)或者光以太網(wǎng)傳輸至監(jiān)控主機(jī)。3）現(xiàn)場(chǎng)智能裝置。智能裝置通常有智能斷路器、馬達(dá)保護(hù)器、多功能電力儀表等，主要完成電力參數(shù)的采集和開關(guān)分合狀態(tài)的采集（遙信）等。目前最新的智能配電開關(guān)不論是塑殼開關(guān)，還是微型斷路器，均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳輸，只是目前價(jià)格不占優(yōu)勢(shì)，但筆者相信，在市場(chǎng)的不斷推動(dòng)下，近兩三年之內(nèi)，配電開關(guān)將全面普及信息化和智能化，價(jià)格也將趨于平常。4）通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)智能裝置至通信管理機(jī)之間可以通過RS485通信，也可以采用ZGbee等無線通信方式，通信管理機(jī)至監(jiān)控主機(jī)采用以太網(wǎng)通信，傳輸通道可以采用屏蔽雙絞線或光纖[1]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1。

1.3智能化低壓配電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端，設(shè)備多、配電系統(tǒng)圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1Systemstructurediagram回路多，設(shè)備頻繁操作，現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，故障脫扣等產(chǎn)生的強(qiáng)電磁及諧波干擾等特點(diǎn)，智能化監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）智能化。低壓配電系統(tǒng)由低壓智能開關(guān)或者低壓配電開關(guān)+多功能儀表的形式實(shí)現(xiàn)配電站開關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理的信息化、智能化。實(shí)施智能化配電系統(tǒng)可以有效監(jiān)測(cè)供電品質(zhì)，為連續(xù)性的自動(dòng)化生產(chǎn)提供電力保證[7]，通過終端用能的負(fù)荷電量分析，有利合理安排生產(chǎn)，優(yōu)化負(fù)荷分配，節(jié)約電力成本。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給負(fù)荷分析、控制、調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)，智能化配電系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)是信息化，這是智能測(cè)控保護(hù)裝置區(qū)別于傳統(tǒng)儀表的根本性標(biāo)志，大幅提高測(cè)量和保護(hù)精度，減少數(shù)據(jù)分散性，提高實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性，為負(fù)荷分析、負(fù)荷消納做了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，這也為新能源消納，源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化創(chuàng)造了條件。低壓系統(tǒng)加裝絕緣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、濕度監(jiān)測(cè)等措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的全方位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和管理，為故障隱患預(yù)警、排查、運(yùn)維提供強(qiáng)大的支撐，方便運(yùn)維管理。2）元器件多功能化。智能化配電開關(guān)、馬達(dá)保護(hù)器等擺脫傳統(tǒng)元件功能單一不足，測(cè)量、控制、保護(hù)等多功能合為一體，大量減少了柜內(nèi)的二次接線，使得系統(tǒng)更加緊湊、簡(jiǎn)單，安裝和調(diào)試省時(shí)、方便、快捷，維護(hù)也簡(jiǎn)單快捷。3）信息化。目前的智能化設(shè)備均有RS485、無線Zgbee等通信接口，企業(yè)供配電系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)裝置、智能斷路器與Modbus通信的硬件接線、無線連接等方式，并提供該供電系統(tǒng)的監(jiān)控界面。采用信息采集網(wǎng)絡(luò)，可在監(jiān)控后臺(tái)、云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄等、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理等多種功能，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的信息化采集[2,3]，運(yùn)維人員可通過云平臺(tái)實(shí)施掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及維護(hù)信息，故障信息共享等。

1.4智能配電系統(tǒng)的典型應(yīng)用

1）智能配電應(yīng)用某化工廠智能配電系統(tǒng)，由于配電柜要求封閉結(jié)構(gòu)，盡量免維護(hù)，元件智能化、信息化程度高，實(shí)現(xiàn)元件少，功能齊全的要求。實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)各回路的基本參數(shù)記錄，并且記錄故障信息，監(jiān)視開關(guān)的分合閘狀態(tài)，遠(yuǎn)程對(duì)元件的保護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，記錄和存儲(chǔ)配電柜的二次回路的更改信息，更改的圖紙，減少運(yùn)維工作量及成本。通信數(shù)據(jù)無障礙快速準(zhǔn)確傳輸，進(jìn)行系統(tǒng)后臺(tái)的管理和分析，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障的遠(yuǎn)程診斷。該智能化配電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性提高根據(jù)化工廠的配電情況及要求，所有的電壓配電回路進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視，形成負(fù)荷電流曲線及開關(guān)狀態(tài)記錄，曲線異常報(bào)警，并告知運(yùn)行人員進(jìn)行可能的故障維檢修。推薦使用了集成測(cè)量和通信功能的智能化斷路器，取消多功能表、電流，整體上減少開關(guān)柜內(nèi)的元件數(shù)量，節(jié)省開關(guān)柜內(nèi)元件的安裝體積，增加散熱空間，保證設(shè)備安全。②系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障判斷功能智能配電系統(tǒng)中，所有的斷路器均采用電子脫扣單元，開關(guān)通過內(nèi)置互感器可以提供精確的全參數(shù)的電力測(cè)量，大幅減少了配電系統(tǒng)中測(cè)量表計(jì)。對(duì)開關(guān)狀態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和比對(duì)，提供故障診斷和歷史記錄數(shù)據(jù)，清晰記錄配電回路中每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、波動(dòng)情況。若出現(xiàn)故障，記錄故障出現(xiàn)時(shí)間、故障電流大小、持續(xù)時(shí)間，幫助維護(hù)人員提供詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)等同于高壓電力系統(tǒng)的故障錄波[7]。2）新能源消納“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的應(yīng)用源網(wǎng)荷儲(chǔ)：以“電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能”為整體規(guī)劃的新型電力運(yùn)行模式，可精準(zhǔn)控制社會(huì)電力系統(tǒng)中的用電負(fù)荷和儲(chǔ)能資源，有效解決電力系統(tǒng)因新能源發(fā)電量占比提高而造成的系統(tǒng)波動(dòng)，提高新能源發(fā)電量消納能力，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。4月24日，國家發(fā)改委發(fā)布《電力可靠性管理辦法（暫行）》（下稱《辦法》）?！掇k法》提出積極穩(wěn)妥推動(dòng)發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)，合理確定建設(shè)規(guī)模，加強(qiáng)安全管理，推進(jìn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”和多能互補(bǔ)?！霸淳W(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”是指通過整合本地資源，以技術(shù)突破和體制機(jī)制創(chuàng)新為支撐，探索源網(wǎng)荷儲(chǔ)高度融合的電力系統(tǒng)發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)風(fēng)能、光伏、光熱、電化學(xué)儲(chǔ)能等能源的出力及波動(dòng)情況，充分利用負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)能力，就地就近靈活發(fā)展，引導(dǎo)市場(chǎng)預(yù)期。隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，對(duì)新能源的消納提出更高要求。其重在源荷互動(dòng)，通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化旨在通過提供一套具有行業(yè)特性，切合生產(chǎn)經(jīng)營，符合管理工作要求的一體化綜合能源解決方案，幫助企業(yè)建立和完善能源管控制度體系；幫助企業(yè)量化考核，制定考核及獎(jiǎng)懲辦法；幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種能源的采購存儲(chǔ)、加工轉(zhuǎn)換、輸送分配，終端使用全生命周期監(jiān)測(cè)、管控、優(yōu)化；幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)雙碳管控工作信息實(shí)時(shí)采集、電氣參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理；采用微服務(wù)架構(gòu)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能AI等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲(chǔ)能側(cè)的各類可控資源的數(shù)據(jù)信息接入、數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源透明感知、特性建模、性能評(píng)估和建模應(yīng)用，為電力系統(tǒng)提供資源信息管理、評(píng)估類服務(wù)、生產(chǎn)類服務(wù)、資源可調(diào)控能力及交易能力評(píng)估和可調(diào)負(fù)荷應(yīng)用服務(wù)，夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并提供準(zhǔn)確的評(píng)估手段。負(fù)荷側(cè)的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集是源網(wǎng)荷儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的重要保證，同時(shí)提升管理和運(yùn)行效率，最終實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)平衡，節(jié)能減排，降本增效的基本目標(biāo)。3）分布式能源管理的應(yīng)用分布式能源管理是包含能源的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)和控制等綜合利用系統(tǒng)，它通過對(duì)配電回路負(fù)荷進(jìn)行采集，確定負(fù)荷發(fā)展情況，借助穩(wěn)定可靠快速的光纖傳輸數(shù)據(jù)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過系統(tǒng)負(fù)荷面控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電出力和用電負(fù)荷的匹配，構(gòu)成源荷互動(dòng)的模式，讓生產(chǎn)單位能夠快速、準(zhǔn)確、可靠地得到能源管理信息[6]。為了滿足分布式能源消納的有限控制和調(diào)節(jié)的要求，對(duì)生產(chǎn)單位中能源構(gòu)成、價(jià)格因素進(jìn)行詳細(xì)分類，結(jié)合峰谷能源價(jià)格，進(jìn)行多能互補(bǔ)分析，合理安排生產(chǎn)，就需要完成數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、狀態(tài)監(jiān)控與報(bào)警等系統(tǒng)功能。智能化配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、處理是其中不可或缺的內(nèi)容。

2智能化配電的投資成本

經(jīng)過對(duì)智能化低壓配電系統(tǒng)與常規(guī)的配電系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，以40面低壓柜系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模為例，目前市場(chǎng)上常規(guī)低壓配電柜設(shè)備價(jià)格在5萬元/面，而智能化配電柜設(shè)備價(jià)格在7萬元/面，40面開關(guān)柜增加投資80萬元。在運(yùn)維方面，常規(guī)配電系統(tǒng)需要1人作為專業(yè)電工，人工成本約在15萬元/年，做正常維護(hù)、檢查。如采用智能配電系統(tǒng)，不需要專業(yè)電工來進(jìn)行維護(hù)，要求其他人員進(jìn)行兼任，配電系統(tǒng)的運(yùn)維可以由智能系統(tǒng)進(jìn)行隱患篩查，出現(xiàn)故障只需臨時(shí)請(qǐng)專業(yè)維保單位進(jìn)行整改，減少人員成本，大約6年就能收回增加的成本。配電系統(tǒng)可靠性提高。對(duì)于保障配電系統(tǒng)安全運(yùn)行，配電系統(tǒng)事故少，排查時(shí)間短，降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中配電系統(tǒng)故障造成的損失是無法估量的。系統(tǒng)運(yùn)行成本降低。隨著國家新能源業(yè)務(wù)的大力發(fā)展，以傳統(tǒng)煤電、水電為主導(dǎo)的電力系統(tǒng)，將逐步發(fā)展成為光伏、光熱、風(fēng)力并存，互補(bǔ)的新型電力系統(tǒng)，光伏和風(fēng)電的發(fā)電成本將進(jìn)一步降低，白天不再是用電高峰期，夜晚將成為用電緊缺的時(shí)段，峰谷差電價(jià)將更加明顯，如果考慮根據(jù)峰谷差電價(jià)因素，通過負(fù)荷端控制，降低電費(fèi)成本，效益將進(jìn)一步提高。因此實(shí)施配電智能化是必要的，經(jīng)濟(jì)上是可觀的。

3總結(jié)

隨著國家能源政策調(diào)整、工業(yè)智能化的加快，人力成本的不斷提高，智能化配電系統(tǒng)不斷發(fā)展成熟。加大以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)政策下，配電系統(tǒng)采用智能化系統(tǒng)是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)，智能配電市場(chǎng)在各領(lǐng)域逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，智能配電產(chǎn)品將在創(chuàng)新與科研方面飛速發(fā)展。另外，根據(jù)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定需要增加智能化配電系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)中不論是工業(yè)配電還是普通民用配電系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)智能化配電設(shè)計(jì)，做到高瞻遠(yuǎn)矚，面向未來。

作者:董佩 單位:陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)院有限公司