万物皆可数字化?数字化主动配电网的机遇挑战与破局之道

自动驾驶、智能自愈、灵活接入、即插即控……这些看起来毫不相关的技术名词正在被统一归纳起来,随着今年9月国网河北省电力公司发布《雄安新区数字化主动配电网建设方案》,数字化主动配电网这一概念逐渐被大众熟知。


配电网的规模一直不小。据统计,截至2019年年底,全国电网铺设线路总长度达到563万公里,10千伏用户总容量达到37万兆伏安,10千伏线路总长度达到487万公里,10千伏电缆总长度超过86万公里……


除了巨量规模,“十四五”电力规划中也明确指出,要提高配电网智能化水平。

以加快实现配电网“可测、可观、可控”为目标,推进以故障自愈为方向的配网自动化建设;有序推进广泛部署高级量测体系建设,在业扩环节实现新增用户智能电表和计量自动化终端同步覆盖;构建“全覆盖、泛在化、大带宽、高可靠、技术先进”的配电通信网,满足全网各类用户的通信需要;加强智能配电房、智能台区、装备智能化的建设,因地制宜推广应用微电网、主动配电网、柔性直流配电网,全面提升配电网装备水平和智能化水平,实现配电网可观可控。


本文将围绕三个方面进行阐述:

1、配电网的转型之路

2、数字化主动配电网的亮点与挑战

3、配电网的可视化平台应用能解决什么?



01、从被动到主动


近年来,随着大规模分布式清洁能源及多元化负荷的接入,传统配电网要面临诸多挑战。



在以上背景下,电网企业不断探索新型配用电技术,如主动配电网、微电网、交直流混合配电网等,目前均取得实质进展,智能融合终端也规模化投运。


其中,主动配电网按照“主动规划、主动感知、主动控制、主动响应、主动参与、主动服务”的建设思路进行建设,相比传统配电网,它能够基于配电网信息大数据,对潜在故障缺陷进行提前预判、智能隔离和自动恢复,极大提高配电网的供电可靠性。通过对能量的优化配置,减少电能损耗,进一步提升清洁能源的接入能力。


举个例子。


2018年10月,全国建设规模最大的主动配电网综合示范区在苏州建成。


该示范区具体运用到的技术有:

1.

各端口间能量和信息的互联互通

为提高供电可靠性,国网苏州供电公司在这里建成了全国首个20千伏配电网的四端口柔性直流换流系统。该系统好比一台“能源路由器”,可以实现各端口间能量和信息的互联互通,有序协调分布式能源与负荷,有效提高电能的使用效率和供电可靠性。该系统投运后,该区域用户年均停电时间将由原来的5.2分钟减少到1.57分钟。


2.

即插即用

在2.5产业园区域,国网苏州供电公司针对风力发电、屋顶光伏发电等分布式能源快速发展,产业园区供电能力不足,能源利用效率不高的问题,建设兆瓦级交直流混合配电网,提供双电源电力供应,在国内首次利用能量流和信息流融合的即插即用技术,实现分布式清洁能源和多元化负荷的灵活接入,缩减了其并网的建设成本,减少交直流转换过程中的电量损耗,提高电能使用效率。


3.

孤岛自治恢复策略

当配电网出现故障时,非故障区域可以自动脱离大电网,依靠内部的分布式能源实现独立运行,从而极大提高了该区域的供电可靠性。


4.

多DFACTS设备协调控制

国网苏州供电公司在苏州110千伏星华变20千伏侧采用多DFACTS设备协调控制技术,对电压进行实时跟踪,快速反应并抑制电压波动等质量问题,提高电能质量和系统稳定性。


示范区取得的成果也非常显著。


  • 高比例分布式能源灵活消纳、高品质电能智能配置,有效提高供电可靠率和清洁能源的接入规模,减少环境污染,每年相当于减少燃煤1577吨。

  • 用电更加智能和主动,不仅能够主动隔离故障,减少因为停电造成的损失,而且还能够优化配置分布式清洁能源与储能出力,实现电网调峰削谷,进而最大限度减少用户的电费支出。



02、主动配电网的数字化机遇与挑战


珠玉在前,雄安新区的数字化主动配电网方案于今年九月正式发布。
根据大会发布的《雄安新区数字化主动配电网建设方案》,雄安新区2020年底将初步建成概念型数字化主动配电网,2022年底基本建成示范性数字化主动配电网, 2030年底全面建成规模化数字化主动配电网,雄安电网资源配置能力、安全保障能力和智能互动能力达到国际领先水平。


在发布会上,国网河北省电力公司副总工程师孙章岭提到了三点:



(1)网架驱动:规划建设灵活可调、坚强可靠的能源网架基础。


(2)数字升级:为实现电力数据应用增值和电网资源深度复用,进一步服务数字经济发展,亟须发挥“雄安优势”,以信息化支撑电网产业创新升级。


(3)发展转型:雄安电网运营伊始同步建立市场化机制,亟须彰显“雄安品质”,加速培育新型能源市场体系,形成价值创造新模式。


在主动配电网的基础上,数字化主动配电网增加了以下亮点:


1.

自动驾驶

电网运行自动驾驶指的是开展用户负荷、发电能力、输送潮流的精准预测,依托态势感知技术实现电网故障的主动预想,提示安全边界,主动规避电网风险,实现自动寻优、自主调度,大幅提高供电可靠性和电能质量。


2.

随时随地

主动配电网建成以后用户可以随时通过手机APP平台享受到优质的用电服务。比如根据用电数据分析来调整各种家电的用电模式,节省用电支出。停电的时候,通过手机发布抢修订单,供电‘小哥’抢单式开展复电服务。


3.

数据整合及分析

通过整合各类用电信息,为政府部门提供电力大数据分析,进而为更高层面的城市规划发展、电热冷气综合能源利用提供可靠依据。通过对大型企业、机构的用电情况监测、汇总、分析,向其提供相应决策数据,供其调整生产模式,合理化配置生产要素,进一步提高生产效率。通过开放电力企业电塔、电站、电缆等可以供社会复用的资源,支持雄安新区全电动车联网建设等绿色发展理念。


4.

智能物联感知技术和大数据分析技术

依托先进的智能物联感知技术和大数据分析技术,全面实现用户服务的全线上、零跑腿,精准跟踪用户需求,定制化提升用户满意度。


5.

灵活交易

针对户用光伏和风力发电等分布式电源,用户还可以根据电力市场和自己的发电情况灵活参与电力市场交易,选择最佳时段用电或卖出自发电力,获得更好地用能体验和经济收益。


机遇通常伴随着挑战。


在国网辽宁电科院院长刘一涛看来,目前分布式电源建设及运维存在的问题较多,集中体现在并网技术水平参差不齐、电站建设不规范、管理运维水平低等方面,给配电网运行带来较大的安全隐患。


具体如下:


  • 生产环节:环节多、工时高、复杂性高。


  • 检测环节:终端功能复杂将导致检测步骤繁琐,检测工作量大,人工统计操作耗时长、易出错。


  • 运维环节:技术分析难度大,运维工作量大。业内人士普遍认为,随着分布式能源装机不断增加,其对电网运行的影响呈现“局部向全局发展,配电向主网延伸”的趋势,给电网电力平衡、无功调节、电能质量控制等都提出了更高要求,给配电网调度运行带来新挑战。尤其随着分布式光伏接入,使得配电网从无源网变为有源网,配电网运维管理更加复杂,局部地区甚至出现倒送现象。



03、破局之道:可视化平台建设


面对以上挑战,建设电网的可视化平台是一个行之有效的方法。


在实际应用过程中,如何将碎片化的配电网数据集约化管起来、用起来,让数字技术与业务深度融合,让数据创造价值,是配电网的可视化平台建设的重要意义。


通过配电网可视化平台,能够对输电、变电、配电环节电力设备运行状况和周边环境的智能监测及数据分析,实现电网供电监控、管理、分析、预警、告警、联动等功能。
深入来看,可视化平台能够很好地利用数字化主动配电网提供的数据整合及大数据分析功能,省去人工填报,避免数据质量参差不齐,将“一切业务数据化,一切数据业务化”,实现配电网数据与配电网规划业务深度融合,为能源工业网的发展,乃至智慧城市提供决策依据。
从具体应用来看,可视化平台中,配电线路故障预警及定位、配电台区智能巡视、大数据可视化呈现等功能能够有效保障配电网的安全运行,帮助运维人员快速发现及时处理。


上海寰视曾为不少电力企业打造调度可视化平台,点击回顾具体案例↓:

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如今,正值产业结构升级转型的重要时刻,能源作为数字世界的底座,已经成为数字基础建设的重要一环,是数字经济竞争力的重要因素之一。电力作为能源的枢纽,重要性不言而喻。
雄安新区的数字化主动配电网建设仅仅是个开始,未来,随着电力行业数字化转型逐步普及,电网可视化应用将会发挥更大的价值。

本篇文章来源于微信公众号: 投影网TY360

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