從電流走向視角來看,電網主要包括五大環節:發電、輸電、變電、配電及用電。通過對電力行業充分的需求調研、討論和分析,我們從中識別并篩選出了對于無線通信具有潛在需求,未來5G技術在智能電網中最具代表性的四大場景:智能分布式配電自動化、毫秒級精準負荷控制、低壓用電信息采集、分布式電源。
場景1:智能分布式配電自動化
配電自動化(DistributedAutomation)是一項集計算機技術、數據傳輸、控制技術、現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統,其目的是提高供電可靠性,改進電能質量,向用戶提供優質服務,降低運行費用,減輕運行人員的勞動強度。配電自動化的發展大致可以分為三個階段。
第一階段是基于自動化開關設備相互配合的配電自動化階段,主要設備為重合器和分段器等,不需要建設通信網絡和計算機系統。其主要功能是在故障時通過自動化開關設備相互配合實現故障隔離和健全區域恢復供電。這一階段的配電自動化系統局限在自動重合器和備用電源自動投入裝置。自動化程度較低,這些系統目前仍大量應用。
第二階段的配電自動化系統是基于通信網絡、饋線終端單元和后臺計算機網絡的配電自動化系統,在配電網正常運行時也能起到監視配電網運行狀況和遙控改變運行方式的作用,故障時能及時察覺。并由調度員通過遙控隔離故障區域和恢復健全區域供電。
隨著計算機技術的發展,產生了第三階段的配電自動化系統。它在第二階段的配電自動化系統的基礎上增加了自動控制功能。形成了集配電網SCADA系統、配電地理信息系統、需方管理(DSM)、調度員仿真調度、故障呼叫服務系統和工作管理等一體化的綜合自動化系統,形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調節控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統于一體的配電網管理系統(DMS),功能多達140余種。現階段的配電自動化以此為目標建設和完善。
當前主流方案采用集中式配電自動化方案,其通信系統主要傳輸數據業務,包括終端上傳主站(上行方向)的遙測、遙信信息采集業務以及主站下發終端(下行方向)的常規總召、線路故障定位(定線、定段)隔離、恢復時的遙控命令,上行流量大、下行流量小,主站為地市集中部署。
隨著電力可靠供電要求的逐步提升,要求高可靠性供電區域能夠實現電力不間斷持續供電,將事故隔離時間縮短至毫秒級,實現區域不停電服務,則對集中式配電自動化中的主站集中處理能力和時延等提出了更加嚴峻的挑戰,因此智能分布式配電自動化成為未來配網自動化發展的方向和趨勢之一。其特點在于將原來主站的處理邏輯分布式下沉到智能配電化終端,通過各終端間的對等通信,實現智能判斷、分析、故障定位、故障隔離以及非故障區域供電恢復等操作,從而實現故障處理過程的全自動進行,最大可能地減少故障停電時間和范圍,使配網故障處理時間從分鐘級提高到毫秒級。
場景2:毫秒級精準負荷控制
電網負荷控制主要包括調度批量負荷控制和營銷負荷控制系統兩種控制模式。電網故障情況下,負荷控制主要通過第二道防線的穩控系統緊急切除負荷,防止電網穩定破壞;通過第三道防線的低頻低壓減載裝置負荷減載,避免電網崩潰;這種穩控裝置集中切負荷社會影響較大,電網第三道防線措施意味著用電負荷更大面積損失。在目前特高壓交直流電網建設過渡階段,安全穩定控制系統依然是緊急情況下保障電網安全的重要手段。若某饋入特高壓直流發生雙極閉鎖,受端電網損失功率超過一定限額,電網頻率將產生嚴重跌落,甚至可能導致系統頻率崩潰。為確保直流故障后電網穩定安全穩定運行,通常綜合采用多直流提升、抽蓄電站切泵等措施來平衡電網功率的缺額,但上述措施在直流嚴重故障下仍不足以阻止電網的頻率跌落,緊急切負荷措施依然是必要手段。針對類似直流雙極閉鎖等嚴重故障,若采用過傳統方式以110KV負荷線路為對象,集中切除負荷的方式,將會觸發國務院599號令所規定的電力事故等級,造成較大的社會影響。而采用基于穩控技術的精準負荷控制系統,控制對象精準到生產企業內部的可中斷負荷,既滿足電網緊急情況下的應急處置,同時僅涉及經濟生活中的企業用戶,且為用戶的可中斷負荷,將經濟損失、社會影響降至了最低,是目前負荷控制系統的一大技術創新。