智能配电网简析(上)

电力系统概况

电力系统是一个生产和提供电力能源、满足社会电力需求的复杂系统，由发

电、输电、变电、配电和用电等环节组成。发电厂将一次能源转换成电能，经过输电和配电将电能输送和分配到最终电力用户，从而完成电能从生产到使用的整个过程。具体如下图所示：

电力网根据在电力系统中的作用分为输电网和配电网。输电网是通过高压、

特高压输电线路从发电厂输送到变电站的环节。配电网是从变电站接受电能，通过配电设施就地或逐级分配给客户的电力网，通常把电力系统中二次降压变电站低压侧直接或降压后向客户供电的网络称为配电网。配电网是电力系统向客户供电的最后一个环节，它由配电设施(其中包括馈线、配电变压器、断路器、各种开关等配电设备)、继电保护、自动装置、测量和计量仪表以及通信和控制设备构成一个配电系统。在我国配电系统中，电压等级包括 10kV、 20kV、 35kV 和 110kV 等，其中10kV 是我国应用最广的配电电压等级。

从构成电力系统的各种设备所具有的不同功能和发挥的作用来划分，电力系统又可以分为一次系统和二次系统，其中一次系统包括能够完成发电、输电和配电等任务的发电机、变压器、输电线路、开关、电容器、互感器等设备，这些设备被称为“一次设备”；二次系统则主要由各种继电保护装置、自动控制装置、自动化终端、变电站自动化系统、配电自动化系统以及通信系统等组成，这些设备一般被称为“二次设备”，二次设备主要完成对于一次设备的故障保护、操作控制和运行监测等任务，从而保证整个电力系统的安全稳定运行。

配电网行业基本情况

改革开放以来，我国宏观经济和社会面貌发生了翻天覆地的变化，随着我国经济的不断发展，全社会发电量和用电量逐渐超越了德国、日本和美国，成为全球发电量、输电量和用电量最大的国家，并呈现持续增长的趋势。根据《中国电力行业年度发展报告(2019年)》， 2018年，我国全社会用电量69,002亿千瓦时，同比增长8.4%，为 2012 年以来最高增速，增速较上年提高 1.8 个百分点；2018 年全国人均用电量 4,945 千瓦时/人，较上年增加 356 千瓦时/人。国家发改委和能源局在《电力行业“十三五”规划》中提出，预期2020年全社会用电量6.8-7.2万亿千瓦时，年均增长3.6-4.8%。

虽然我国电力建设步伐不断加快，多项指标已居世界首位，但从人均指标来看，较发达国家仍有较大差距。2018年，全国人均用电量为4,945千瓦时/人，而OECD(经济合作与发展组织)国家这一指标在2010年已达8,870千瓦时/人。因此，从长期来看，我国人均用电量还有很大提升空间，全社会用电量也将保持增长，不断扩张的用电需求将支撑电力产业的持续发展。

图：2000-2019年全社会用电量概况

资料来源：中国产业信息网

上世纪80年代初期，我国电力行业主要是解决电源侧供给不足的问题，75%的电力投资投向发电侧，电网投资只占25%。近些年，随着电力行业的不断发展，技术的持续创新，中国电网主体网架逐步成型，电网投资趋于饱和。如图2所示，国家电网对电网建设的投资金额逐渐放缓，2019年投资额甚至略低于2018年。

图 2003-2019年国家电网对电网投资金额趋势

2009 年，国家电网发布《关于加强推进坚强智能电网建设的意见》，提出智

能电网建设总体目标：建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强国家电网，全面提高电网的安全性、经济性、适应性和互动性。我国电网建设自此进入智能电网周期，分三个阶段推进智能化建设。其中 2009-2010 年为第一阶段， 2011-2015 年为第二阶段， 2016-2020 年为第三阶段。整体来看，智能电网投资重点在变-配-用领域，变电、配电和用电环节的投资比例一直保持较高水平，主要系解决提升电网自动化水平，安全高效运行电网等痛点。

自2009年进入智能电网建设周期以来，虽然电网投资有所波动，但配电网投资占总投资比重一直保持40%以上的较高水平，且呈现稳中有升趋势。电网建设目前仍然面临信息化、智能化程度较低等问题。2009年，国家电网提出智能电网建设总体目标：建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强国家电网，全面提高电网的安全性、经济性、适应性和互动性。

图 2009年-2018年中国配电网投资情况

资料来源：国家电网公司、中国电力行业年度发展报告

“十二五” 至“十三五” 期间，在国家发改委和能源局的号召下，国家电网和南方电网两大电网公司加大了对配电网的投资力度和建设强度。相应地，配电网自动化设备行业也迎来了较为快速的发展。以国家电网配电自动化、智能化设备招标情况为例，2014-2017 年，国家电网配电终端设备招标数量得到明显增加。

图 2014年-2017年配电网设备招标特征分析

资料来源：北极星输电网

配电网智能设备行业

智能电网建设主要包括以下几个方面：配电网架结构优化、配电设备的升级

与智能化、配电自动化系统建设，这三个方面不是互相割裂，而是有着紧密联系。配电网架结构的优化主要包括将放射式网络改造成多种电源电缆环网、对架空线路进行分段，这些需要环网柜、柱上开关等配电设备支持，而配电自动化的实现需要对配电线路上的各类开关等配电设备进行远方控制，同时开关等配电设备也需要与安装在现场的配电自动化终端配合实现智能化。智能配电网建设及供电可靠性的提高离不开配电自动化终端等二次设备，也离不开配电开关等一次设备。

配电网自动化是运用计算机技术、自动控制技术、电力技术、通信技术及高

性能的配电设备等技术手段，对配电网进行离线与在线的智能化监控管理，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。具体而言，就是以一次网架和设备为基础，利用多种通信方式，以配电自动化系统为核心，实现配电系统的监测与控制，并通过与相关应用的信息集成，实现配电系统的科学管理。

作为实现配电网自动化的核心，配电自动化系统是实现配电网运行监视和控

制的自动化系统，主要由配电主站、配电自动化终端和通信通道等部分组成。配电主站系统实现配电网数据采集与监控等基本功能和电网分析应用等扩展功能。配电自动化终端是针对配网智能化设计的智能终端，是安装于中压配电网现场的各类远方监测、控制单元的总称，通过对线路数据的分析判断达到故障检测、故障迅速定位从而实现故障区域的快速隔离，最终提高供电可靠性。配电自动化终端主要包括配电终端和配电线路故障指示器，其中配电终端主要分为站所终端(DTU)、馈线终端(FTU)、配变终端(TTU) 和远动终端设备(RTU)等。

表：配电网企业情况