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數字化新基建時期如何打造智慧電網的未來

新基建的浪潮下,國家電網有了新的大動作。6月15日,國家電網隆重舉行“數字新基建”核心基礎建設任務釋出會暨雲簽約儀式,針對社會各界釋出“數字新基建”十大核心任務,並與華為、阿里、騰訊、百度等合作方簽訂戰略合作協議書。其2020年整體投入資金更是高達247億元,預估帶動當今社會投入資金約1000億元。
電能的運用被稱為能源領域的第三次重大變革,指引當今社會生產步入技術密集型新時代,規模化生產、批量化生產應運而生。過往數十年,我們國家電力發展一直堅持“就地平衡”的準則,哪裡有需求就在哪裡建電廠。由於東中部經濟發展的速度較快,對電能需求較大,因此 這些地域匯聚了大量火電廠,環境汙染問題特別嚴重。經濟的飛速發展需要耗費海量能源,作為飛速發展中國家,我們國家能源消耗在世界排名第二,導致我們國家絕大部分城市的空氣汙染物排放已經超過了地域環境質量達標值允許的最大排放量。

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一、低壓用電資訊採集
錢江世紀城位於杭州一環中心,與錢江新城擁江而立,從灘塗變良田,從偏遠鄉村到現代化主城區,錢江世紀城稱為杭州蕭山基礎建設的樣版工程。晚上走在公路上,一眼看過去,映入眼前的是霓虹燈下的一片繁華,很難見到電線杆、電線,以致於使人忽略了其電力設施。
但電無處不在,原先,蕭山區供電公司積極打造出智慧電網和泛在電力物聯網。在地下,該公司運用縱橫交錯的電纜將變電站與開閉所連線起來,打造出了一張四通八達的地下電力網。依託於該電力網,蕭山區供電公司可為當地區民與企業提供常見故障主動搶修、智慧用能提議等高品質用電服務。
在常見故障主動搶修方面,蕭山區供電公司安裝智慧化配變終端與低壓線路檢測終端,進而對配電關鍵節點用電量、電壓、電流等資料展開歸納,實現開關站—配電線路—配電變壓器—低壓配電線路—使用者用電狀態的全過程用電檢測服務。

當電力裝置出現常見故障時,智慧化配變終端利用邊緣計算技術,飛速分析常見故障資料之後傳輸給雲端主站展開綜合性研判。這使電力工作人員在使用者報修前,就能精確掌握常見故障位置、原因等,並安排維修隊伍實施主動搶修,同時,系統主動向受影響的居民傳送停電資訊,通知居民停電原因與預估恢復時間。
在智慧用能提議方面,蕭山區供電公司利用智慧化配變終端,對家庭、企業等使用者用電行為展開分析,進而勾勒立體化的使用者畫像,在此基礎上,便能夠為使用者提供個性化的智慧用能提議。
例如當電動汽車在充電樁充電時,充電樁配置的低壓線路終端可實時監測充電負荷、充電週期特性、充電狀態等,後臺工作人員可一鍵查詢充電樁運作資訊,依據使用者用電量、充電頻率等,不斷完善配電網及充電樁,正確引導使用者安全、有序充電,同時,該過程中節省下來的電力運維成本費用,可以用特惠活動的形式反饋給使用者,從而完成價值共創。
智慧電網指的是電力傳輸網路體系,也被稱為“電網2.0”,最大的特性就是“電力流”、“資訊流”和“事務流”高度融合,能夠更好的檢測動力消耗,支撐負載平衡,降低動力成本費用,提升 動力運輸及運用功率,降低故障發生概率,縮短故障維修時間,提升 整個電網的安全性、靈活性,讓電商與使用者完成雙向互動。
在智慧電網的構建過程中,對於電力使用者的用電資訊採集系統的構建是十分重要的。藉助構建好的用電資訊採集系統,能夠及時、完整、準確地掌控使用者用電資訊。系統收集的使用者用電資訊作為收費依據,牽涉到千家萬戶的利益,系統的操控功能影響到使用者的停電、送電。
低壓用電資訊採集指的是對電力使用者的用電資訊進行收集、處理、監控,藉助5G(邊緣計算)技術,完成使用者資訊自動收集、用電分析與管理、計量異常監測、相關資訊釋出、電能質量監測、智慧使用者裝置資訊互動、分散式電源監控等功能。
現階段,電力使用者用電資訊採集的主要業務是計量、傳輸資料,包括終端上傳主站的狀態量收集類業務以及主站下發終端(下行方向)的常規總召命令,上行流量比較大、下行流量比較少,現有通訊方式以230M、無線公網和光纖傳輸方式為主,各類使用者終端使用集中器,主站由省公司集中化佈署。初期,資訊採集每天會佈置24個計量點。現階段,資訊採集主要運用兩種,一種是每隔5分鐘收集一次,一種是每隔15分鐘收集一次,每天的0點是統一收集點。
未來,伴隨著新業務不斷地發展,用電資訊資料需要實時上報。同時,伴隨著終端裝置的數目不斷地增多,用電資訊採集將延伸到家庭,藉助5G技術,電力企業有希望獲取全部用電終端的負荷資訊,藉助更精細化的方式完成供需平衡,完成錯峰用電。例如,現階段,歐美等國正實行價階梯報價機制,需要實時公示電價,讓使用者能夠按需採購。
二、智慧配電自動化
從電流走向來說,電網主要包含發電、輸電、變電、配電、用電五個階段。利用對電力企業展開充分的調研能夠發現,電網對無線通訊擁有著大量潛在需求。在未來的智慧電網中,5G有四大應用領域,分別是智慧分散式配電自動化、毫秒級精準負荷控制、低壓用電資訊採集、分散式電源。
配電自動化是一個綜合性資訊管理系統,整合了計算機技術、資料傳輸、控制技術、現代化裝置及管理等諸多技術與裝置,具有諸多優點,例如提升 供電系統的可靠性、穩定性,使電能質量更高,提升 使用者服務質量,減少運作費用,降低勞動強度。具體來說,配電自動化的發展主要經歷了三個階段:
第一階段:這一個階段是基於自動化開關裝置相互配合的配電自動化階段,這一個階段運用的裝置主要包含重合器與分段器等,無需搭建通訊網路與計算機系統。一旦電力系統發生故障,就能馬上利用自動化開關裝置的相互配合對故障展開隔離,恢復供電。但從整體來說,這一階段的配電自動化系統主要侷限於自動重合器與備用電源自動投入裝置,自動化程度較低。但現階段,在配電自動化領域,這些系統仍在大範圍運用。
第二階段:這一個階段的配電自動化系統是以通訊網路、饋線終端單元、後臺計算機網路為基礎搭建起來的,既能保障配電網路正常運作,又能對配電網的執行狀況展開監控,還能改變配電網的運作方式,及時發現配電網故障。一旦電網發生故障,排程員就能利用遙控將故障區域隔離起來,恢復供電。
第三階段:伴隨著計算機技術不斷地發展,在第二階段配電自動化系統的基礎上,利用增添自動控制基本功能形成了配電自動化系統。這一個配電自動化系統由兩大系統構成,一是集配電網SCADA系統、配電地理資訊系統、需方管理、排程員模擬排程、故障呼叫服務系統和工作管理等於一體的綜合性自動化系統,二是集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、使用者負荷控制和遠方抄表等系統於一體的配電網管理系統,基本功能有一百四十多種。現階段,配電自動化系統便是根據這一個目標搭建起來的。
現階段,最主流的方案便是集中式配電自動化方案,在這個方案中,通訊系統的主要基本功能是傳輸資料業務,包含終端上傳主站的遙測、遙信資訊採集、主站下發終端的常規總召、線路故障定位隔離、恢復時的遙控命令等,上行流量比較大,下行流量比較小,主站集中部署在各個地市。
三、精準負荷控制
電力負荷控制系統是一個集現代化管理、電子技術應用、自動控制、資訊等多學科技術為一體,實現電力營銷監管、電力營銷管理、營業抄收、資料收集和網路連線等多種功能的一個完善的系統。一旦電網產生故障,負荷控制便會通過穩控系統摘除負荷,確保電網可以保持平穩運作。同時,負荷控制會通過第三道防線的頻低壓減載裝置負荷減載,避免 電網崩潰。通過穩控裝置集中切負荷會形成非常大的社會影響,同時,電網第三道防線措施也會導致用電負荷形成更大面積的損失。
現階段,在特高壓交直流電網建設過渡階段,確保電網安全的主要措施仍然是安全平穩控制系統建設。為確保直流故障後電網仍然能平穩運作,電力企業通常會運用多直流提升、抽蓄電站切泵等方式來均衡電網功率缺損。但如果直流電網產生嚴重故障,這種方式很難阻滯電網頻率跌落,仍需緊急切負荷。
而運用基於穩控技術的精準負荷控制系統,以生產企業內部的可中斷負荷為控制物件,既能應對一些緊急情況,還能將社會影響、經濟損失降到最低。所以,從現階段的情況來看,基於穩控技術的精準負荷控制系統是負荷控制系統的一大創新。
傳統配電網路因為缺乏通訊網路的支援,摘除負荷的方式非常直接——摘除整條配電線路。如果立足業務影響、使用者體驗,電力企業一定希望儘可能減少對使用者的影響,希望可以對配電網路進行精準控制,優先切斷可以中斷的非主要負荷,例如電動汽車充電樁、工廠內部非連續生產的電源等,將對主要使用者的影響降到最低。