千億數(shù)字新基建，如何打造智慧電網(wǎng)新未來(lái)？

導(dǎo)讀：電能的應(yīng)用被成為能源領(lǐng)域的第三次重大革命，引導(dǎo)社會(huì)生產(chǎn)進(jìn)入技術(shù)密集型時(shí)代，規(guī)模化生產(chǎn)、批量化生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生。

新基建的浪潮下，國(guó)家電網(wǎng)有了新的大動(dòng)作。6月15日，國(guó)家電網(wǎng)在京舉行“數(shù)字新基建”重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)發(fā)布會(huì)暨云簽約儀式，面向社會(huì)各界發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點(diǎn)任務(wù)，并與華為、阿里、騰訊、百度等合作伙伴簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議。其2020年總體投資高達(dá)247億元，預(yù)計(jì)拉動(dòng)社會(huì)投資約1000億元。

電能的應(yīng)用被成為能源領(lǐng)域的第三次重大革命，引導(dǎo)社會(huì)生產(chǎn)進(jìn)入技術(shù)密集型時(shí)代，規(guī)?；a(chǎn)、批量化生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生。過(guò)去幾十年，我國(guó)電力發(fā)展始終堅(jiān)持“就地平衡”的原則，哪里有需求就在哪里建電廠(chǎng)。因?yàn)闁|中部經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，對(duì)電能需求較大，所以這些地區(qū)聚集了大量火電廠(chǎng)，環(huán)境污染非常嚴(yán)重。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展需要消耗大量能源，作為快速發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)能源消費(fèi)在世界排名第二，導(dǎo)致我國(guó)絕大多數(shù)城市的大氣污染物排放已經(jīng)達(dá)到了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)值允許的最大排放量。

低壓用電信息采集

錢(qián)江世紀(jì)城地處杭州一環(huán)中心，與錢(qián)江新城擁江而立，從灘涂變良田，從偏僻農(nóng)村到國(guó)際化城區(qū)，錢(qián)江世紀(jì)城成為杭州蕭山建設(shè)的樣本工程。夜晚走在公路上，一眼望去，映入眼前的是霓虹燈下的一派繁華，很難看到電線(xiàn)桿、電線(xiàn)，以至于讓人忽略了其電力設(shè)施。

但電無(wú)所不在，原來(lái)，蕭山區(qū)供電公司積極打造智慧電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。在地下，該公司利用縱橫交錯(cuò)的電纜將變電站與開(kāi)閉所連接起來(lái)，打造了一張四通八達(dá)的地下電網(wǎng)。依托該電網(wǎng)，蕭山區(qū)供電公司可為當(dāng)?shù)貐^(qū)民與企業(yè)提供故障主動(dòng)搶修、智慧用能建議等優(yōu)質(zhì)用電服務(wù)。

在故障主動(dòng)搶修方面，蕭山區(qū)供電公司安裝智能配變終端與低壓線(xiàn)路監(jiān)測(cè)終端，從而對(duì)配電關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)用電量、電壓、電流等數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)站—配電線(xiàn)路—配電變壓器—低壓配電線(xiàn)路—用戶(hù)用電狀態(tài)的全流程用電監(jiān)測(cè)服務(wù)。

當(dāng)電力設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，智能配變終端借助邊緣計(jì)算技術(shù)，快速分析故障數(shù)據(jù)之后傳輸給云端主站進(jìn)行綜合研判。這使電力工作人員在用戶(hù)報(bào)修前，就能精準(zhǔn)掌握故障位置、原因等，并組織維修團(tuán)隊(duì)實(shí)施主動(dòng)搶修，同時(shí)，系統(tǒng)主動(dòng)向受影響的居民發(fā)送停電信息，告知居民停電原因與預(yù)計(jì)恢復(fù)時(shí)間。

在智慧用能建議方面，蕭山區(qū)供電公司借助智能配變終端，對(duì)家庭、企業(yè)等用戶(hù)用電行為進(jìn)行分析，從而描繪立體化的用戶(hù)畫(huà)像，在此基礎(chǔ)上，便可以為用戶(hù)提供個(gè)性化的智慧用能建議。

比如當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在充電樁充電時(shí)，充電樁配備的低壓線(xiàn)路終端可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電負(fù)荷、充電周期特性、充電狀態(tài)等，后臺(tái)工作人員可一鍵查看充電樁運(yùn)行信息，根據(jù)用戶(hù)用電量、充電頻率等，完善配電網(wǎng)及充電樁，引導(dǎo)用戶(hù)安全、有序充電，同時(shí)，該過(guò)程中節(jié)省下來(lái)的電力運(yùn)維成本，可以用優(yōu)惠活動(dòng)的形式反饋給用戶(hù)，從而實(shí)現(xiàn)價(jià)值共創(chuàng)。

智慧電網(wǎng)指的是電力傳輸網(wǎng)絡(luò)體系，也被稱(chēng)為“電網(wǎng)2.0”，最大的特點(diǎn)就是“電力流”、“信息流”和“事務(wù)流”高度交融，可以更好地檢測(cè)動(dòng)力消耗，支撐負(fù)載平衡，降低動(dòng)力成本，提高動(dòng)力輸送及運(yùn)用功率，減少故障發(fā)生概率，縮短故障維修時(shí)間，提高整個(gè)電網(wǎng)的安全性、靈活性，讓電商與用戶(hù)實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。

在智慧電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于電力用戶(hù)的用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)是非常關(guān)鍵的。通過(guò)建設(shè)好的用電信息采集系統(tǒng)，可以及時(shí)、完整、準(zhǔn)確地掌握用戶(hù)用電信息。系統(tǒng)采集的用戶(hù)用電信息作為收費(fèi)依據(jù)，牽扯到千家萬(wàn)戶(hù)的利益，系統(tǒng)的控制功能影響到用戶(hù)的停電、送電。

低壓用電信息采集指的是對(duì)電力用戶(hù)的用電信息進(jìn)行采集、處理、監(jiān)控，借助5G（邊緣計(jì)算）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)信息自動(dòng)采集、用電分析與管理、計(jì)量異常監(jiān)測(cè)、相關(guān)信息發(fā)布、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、智能用戶(hù)設(shè)備信息交互、分布式電源監(jiān)控等功能。

目前，電力用戶(hù)用電信息采集的主要業(yè)務(wù)是計(jì)量、傳輸數(shù)據(jù)，包括終端上傳主站的狀態(tài)量采集類(lèi)業(yè)務(wù)以及主站下發(fā)終端（下行方向）的常規(guī)總召命令，上行流量比較大、下行流量比較少，現(xiàn)有通訊方式以230M、無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)和光纖傳輸方式為主，各類(lèi)用戶(hù)終端使用集中器，主站由省公司集中部署。早期，信息采集每天會(huì)布置24個(gè)計(jì)量點(diǎn)。目前，信息采集主要采用兩種，一種是每個(gè)5分鐘采集一次，一種是每隔15分鐘采集一次，每天的0點(diǎn)是統(tǒng)一采集點(diǎn)。

未來(lái)，隨著新業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，用電信息數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)上報(bào)。同時(shí)，隨著終端設(shè)備的數(shù)量不斷增多，用電信息采集將延伸到家庭，借助5G技術(shù)，電力企業(yè)有望獲取所有用點(diǎn)終端的負(fù)荷信息，通過(guò)更精細(xì)化的方式實(shí)現(xiàn)供需平衡，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰用電。例如，目前，歐美等國(guó)正在實(shí)行價(jià)階梯報(bào)價(jià)機(jī)制，需要實(shí)時(shí)公示電價(jià)，讓用戶(hù)可以按需采購(gòu)。

智能配電自動(dòng)化

從電流走向來(lái)看，電網(wǎng)主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電五個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)電力行業(yè)進(jìn)行充分調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)對(duì)無(wú)線(xiàn)通信有著大量潛在需求。在未來(lái)的智慧電網(wǎng)中，5G有四大應(yīng)用場(chǎng)景，分別是智能分布式配電自動(dòng)化、毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制、低壓用電信息采集、分布式電源。

配電自動(dòng)化是一個(gè)綜合信息管理系統(tǒng)，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理等諸多技術(shù)與設(shè)備，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如提高供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，使電能質(zhì)量更高，提高用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。具體來(lái)看，配電自動(dòng)化的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一階段：這個(gè)階段是基于自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動(dòng)化階段，這個(gè)階段使用的設(shè)備主要包括重合器與分段器等，無(wú)需建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，就能立即通過(guò)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備的相互配合對(duì)故障進(jìn)行隔離，恢復(fù)供電。但從整體來(lái)看，這一階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要局限于自動(dòng)重合器與備用電源自動(dòng)投入裝置，自動(dòng)化程度較低。但目前，在配電自動(dòng)化領(lǐng)域，這些系統(tǒng)仍在大范圍應(yīng)用。

第二階段：這個(gè)階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡(luò)、饋線(xiàn)終端單元、后臺(tái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)構(gòu)建起來(lái)的，既能保證配電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，又能對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，還能改變配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，及時(shí)察覺(jué)配電網(wǎng)故障。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，調(diào)度員就能通過(guò)遙控將故障區(qū)域隔離開(kāi)來(lái)，恢復(fù)供電。

第三階段：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，在第二階段配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增添自動(dòng)控制功能形成了配電自動(dòng)化系統(tǒng)。這個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)由兩大系統(tǒng)組成，一是集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等于一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，二是集變電所自動(dòng)化、饋線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)測(cè)控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶(hù)負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，功能有140多種。目前，配電自動(dòng)化系統(tǒng)就是根據(jù)這個(gè)目標(biāo)建設(shè)起來(lái)的。

目前，最主流的方案就是集中式配電自動(dòng)化方案，在這個(gè)方案中，通信系統(tǒng)的主要功能是傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括終端上傳主站的遙測(cè)、遙信信息采集、主站下發(fā)終端的常規(guī)總召、線(xiàn)路故障定位隔離、恢復(fù)時(shí)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(gè)地市。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制

電力負(fù)荷控制系統(tǒng)是一個(gè)集現(xiàn)代化管理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng)控制、信息等多學(xué)科技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)電力營(yíng)銷(xiāo)監(jiān)控、電力營(yíng)銷(xiāo)管理、營(yíng)業(yè)抄收、數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接等多種功能的一個(gè)完整的系統(tǒng)。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，負(fù)荷控制就會(huì)通過(guò)穩(wěn)控系統(tǒng)切除負(fù)荷，保證電網(wǎng)可以維持穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，負(fù)荷控制會(huì)通過(guò)第三道防線(xiàn)的頻低壓減載裝置負(fù)荷減載，防止電網(wǎng)崩潰。通過(guò)穩(wěn)控裝置集中切負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生非常大的社會(huì)影響，同時(shí)，電網(wǎng)第三道防線(xiàn)措施也會(huì)導(dǎo)致用電負(fù)荷產(chǎn)生更大面積的損失。

目前，在特高壓交直流電網(wǎng)建設(shè)過(guò)渡階段，保證電網(wǎng)安全的重要措施依然是安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)建設(shè)。為保證直流故障后電網(wǎng)依然能穩(wěn)定運(yùn)行，電力企業(yè)一般會(huì)使用多直流提升、抽蓄電站切泵等方式來(lái)平衡電網(wǎng)功率缺損。但如果直流電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障，這種方式很難阻滯電網(wǎng)頻率跌落，仍需緊急切負(fù)荷。

而采用基于穩(wěn)控技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)，以生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的可中斷負(fù)荷為控制對(duì)象，既能應(yīng)對(duì)一些緊急情況，還能將社會(huì)影響、經(jīng)濟(jì)損失降到最低。所以，從目前的情況來(lái)看，基于穩(wěn)控技術(shù)的精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)是負(fù)荷控制系統(tǒng)的一大創(chuàng)新。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槿鄙偻ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的支持，切除負(fù)荷的方式非常直接——切除整條配電線(xiàn)路。如果立足于業(yè)務(wù)影響、用戶(hù)體驗(yàn)，電力企業(yè)一定希望盡可能減少對(duì)用戶(hù)的影響，希望可以對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，優(yōu)先切斷可以中斷的非重要負(fù)荷，例如電動(dòng)汽車(chē)充電樁、工廠(chǎng)內(nèi)部非連續(xù)生產(chǎn)的電源等，將對(duì)重要用戶(hù)的影響降到最小。