数字化新基建时期如何打造智慧电网的未来

  新基建的浪潮下，国家电网有了新的大动作。6月15日，国家电网隆重举行“数字新基建”核心基础建设任务发布会暨云签约仪式，针对社会各界发布“数字新基建”十大核心任务，并与华为、阿里、腾讯、百度等合作方签订战略合作协议书。其2020年整体投入资金更是高达247亿元，预估带动当今社会投入资金约1000亿元。

  电能的运用被称为能源领域的第三次重大变革，指引当今社会生产步入技术密集型新时代，规模化生产、批量化生产应运而生。过往数十年，我们国家电力发展一直坚持“就地平衡”的准则，哪里有需求就在哪里建电厂。由于东中部经济发展的速度较快，对电能需求较大，因此 这些地域汇聚了大量火电厂，环境污染问题特别严重。经济的飞速发展需要耗费海量能源，作为飞速发展中国家，我们国家能源消耗在世界排名第二，导致我们国家绝大部分城市的空气污染物排放已经超过了地域环境质量达标值允许的最大排放量。

一、低压用电信息采集

  钱江世纪城位于杭州一环中心，与钱江新城拥江而立，从滩涂变良田，从偏远乡村到现代化主城区，钱江世纪城称为杭州萧山基础建设的样版工程。晚上走在公路上，一眼看过去，映入眼前的是霓虹灯下的一片繁华，很难见到电线杆、电线，以致于使人忽略了其电力设施。

  但电无处不在，原先，萧山区供电公司积极打造出智慧电网和泛在电力物联网。在地下，该公司运用纵横交错的电缆将变电站与开闭所连接起来，打造出了一张四通八达的地下电力网。依托于该电力网，萧山区供电公司可为当地区民与企业提供常见故障主动抢修、智慧用能提议等高品质用电服务。

  在常见故障主动抢修方面，萧山区供电公司安装智能化配变终端与低压线路检测终端，进而对配电关键节点用电量、电压、电流等数据展开归纳，实现开关站—配电线路—配电变压器—低压配电线路—用户用电状态的全过程用电检测服务。

  当电力设备出现常见故障时，智能化配变终端利用边缘计算技术，飞速分析常见故障数据之后传输给云端主站展开综合性研判。这使电力工作人员在用户报修前，就能精确掌握常见故障位置、原因等，并安排维修队伍实施主动抢修，同时，系统主动向受影响的居民发送停电信息，通知居民停电原因与预估恢复时间。

  在智慧用能提议方面，萧山区供电公司利用智能化配变终端，对家庭、企业等用户用电行为展开分析，进而勾勒立体化的用户画像，在此基础上，便能够为用户提供个性化的智慧用能提议。

  例如当电动汽车在充电桩充电时，充电桩配置的低压线路终端可实时监测充电负荷、充电周期特性、充电状态等，后台工作人员可一键查询充电桩运作信息，依据用户用电量、充电频率等，不断完善配电网及充电桩，正确引导用户安全、有序充电，同时，该过程中节省下来的电力运维成本费用，可以用特惠活动的形式反馈给用户，从而完成价值共创。

  智慧电网指的是电力传输网络体系，也被称为“电网2.0”，最大的特性就是“电力流”、“信息流”和“事务流”高度融合，能够更好的检测动力消耗，支撑负载平衡，降低动力成本费用，提升 动力运输及运用功率，降低故障发生概率，缩短故障维修时间，提升 整个电网的安全性、灵活性，让电商与用户完成双向互动。

  在智慧电网的构建过程中，对于电力用户的用电信息采集系统的构建是十分重要的。借助构建好的用电信息采集系统，能够及时、完整、准确地掌控用户用电信息。系统收集的用户用电信息作为收费依据，牵涉到千家万户的利益，系统的操控功能影响到用户的停电、送电。

  低压用电信息采集指的是对电力用户的用电信息进行收集、处理、监控，借助5G（边缘计算）技术，完成用户信息自动收集、用电分析与管理、计量异常监测、相关信息发布、电能质量监测、智能用户设备信息交互、分布式电源监控等功能。

  现阶段，电力用户用电信息采集的主要业务是计量、传输数据，包括终端上传主站的状态量收集类业务以及主站下发终端（下行方向）的常规总召命令，上行流量比较大、下行流量比较少，现有通讯方式以230M、无线公网和光纤传输方式为主，各类用户终端使用集中器，主站由省公司集中化布署。初期，信息采集每天会布置24个计量点。现阶段，信息采集主要运用两种，一种是每隔5分钟收集一次，一种是每隔15分钟收集一次，每天的0点是统一收集点。

  未来，伴随着新业务不断地发展，用电信息数据需要实时上报。同时，伴随着终端设备的数目不断地增多，用电信息采集将延伸到家庭，借助5G技术，电力企业有希望获取全部用电终端的负荷信息，借助更精细化的方式完成供需平衡，完成错峰用电。例如，现阶段，欧美等国正实行价阶梯报价机制，需要实时公示电价，让用户能够按需采购。

二、智能配电自动化

  从电流走向来说，电网主要包含发电、输电、变电、配电、用电五个阶段。利用对电力企业展开充分的调研能够发现，电网对无线通讯拥有着大量潜在需求。在未来的智慧电网中，5G有四大应用领域，分别是智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源。

  配电自动化是一个综合性信息管理系统，整合了计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理等诸多技术与设备，具有诸多优点，例如提升 供电系统的可靠性、稳定性，使电能质量更高，提升 用户服务质量，减少运作费用，降低劳动强度。具体来说，配电自动化的发展主要经历了三个阶段：

  第一阶段：这一个阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，这一个阶段运用的设备主要包含重合器与分段器等，无需搭建通信网络与计算机系统。一旦电力系统发生故障，就能马上利用自动化开关设备的相互配合对故障展开隔离，恢复供电。但从整体来说，这一阶段的配电自动化系统主要局限于自动重合器与备用电源自动投入装置，自动化程度较低。但现阶段，在配电自动化领域，这些系统仍在大范围运用。

  第二阶段：这一个阶段的配电自动化系统是以通信网络、馈线终端单元、后台计算机网络为基础搭建起来的，既能保障配电网络正常运作，又能对配电网的运行状况展开监控，还能改变配电网的运作方式，及时发现配电网故障。一旦电网发生故障，调度员就能利用遥控将故障区域隔离起来，恢复供电。

  第三阶段：伴随着计算机技术不断地发展，在第二阶段配电自动化系统的基础上，利用增添自动控制基本功能形成了配电自动化系统。这一个配电自动化系统由两大系统构成，一是集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等于一体的综合性自动化系统，二是集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统，基本功能有一百四十多种。现阶段，配电自动化系统便是根据这一个目标搭建起来的。

  现阶段，最主流的方案便是集中式配电自动化方案，在这个方案中，通信系统的主要基本功能是传输数据业务，包含终端上传主站的遥测、遥信信息采集、主站下发终端的常规总召、线路故障定位隔离、恢复时的遥控命令等，上行流量比较大，下行流量比较小，主站集中部署在各个地市。

三、精准负荷控制

  电力负荷控制系统是一个集现代化管理、电子技术应用、自动控制、信息等多学科技术为一体，实现电力营销监管、电力营销管理、营业抄收、数据收集和网络连接等多种功能的一个完善的系统。一旦电网产生故障，负荷控制便会通过稳控系统摘除负荷，确保电网可以保持平稳运作。同时，负荷控制会通过第三道防线的频低压减载装置负荷减载，避免 电网崩溃。通过稳控装置集中切负荷会形成非常大的社会影响，同时，电网第三道防线措施也会导致用电负荷形成更大面积的损失。

  现阶段，在特高压交直流电网建设过渡阶段，确保电网安全的主要措施仍然是安全平稳控制系统建设。为确保直流故障后电网仍然能平稳运作，电力企业通常会运用多直流提升、抽蓄电站切泵等方式来均衡电网功率缺损。但如果直流电网产生严重故障，这种方式很难阻滞电网频率跌落，仍需紧急切负荷。

  而运用基于稳控技术的精准负荷控制系统，以生产企业内部的可中断负荷为控制对象，既能应对一些紧急情况，还能将社会影响、经济损失降到最低。所以，从现阶段的情况来看，基于稳控技术的精准负荷控制系统是负荷控制系统的一大创新。

  传统配电网络因为缺乏通信网络的支持，摘除负荷的方式非常直接——摘除整条配电线路。如果立足业务影响、用户体验，电力企业一定希望尽可能减少对用户的影响，希望可以对配电网络进行精准控制，优先切断可以中断的非主要负荷，例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等，将对主要用户的影响降到最低。