數字化電網助力農村供電可靠性分析

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇數字化電網助力農村供電可靠性分析范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

一、前言

可靠性概念源于二戰航空和軍用電子工業，上世紀60年代歐美國家為應對電網大面積停電風險，將此概念引入到電力工業等關系國計民生的公共基礎架構產業?？煽啃匝芯渴请娏π袠I重要的基礎性工作，也是電力生產技術管理的核心手段。歷經四十余年發展，電力行業可靠性研究取得了全方位的成就，廣大用戶供電可靠性水平不斷提升。根據世界銀行2020年發布的《2020年營商環境報告》，我國電力行業排名上升到12位，邁進世界先進行列。北京、上海等地區的電力用戶平均停電時間和頻率指標均得為滿分，超過很多歐美發達國家。在“碳達峰和碳中和”的國家戰略指導下，電力行業積極開展數字化轉型工作，運用數字化手段加快構建新能源體系，推進電力市場化改革，推動電力運維檢修模式升級，防范電力系統大面積停電等風險，我國電力可靠性管理正迎來全新發展機遇[1]。

二、農村電網的發展趨勢和挑戰

2021年是國家“十四五”開局之年，也是全面推進鄉村振興的第一年。隨著國家農業現代化建設步伐不斷加快，農村用電量持續快速增長。農村市場增長潛力大、空間大，新消費動能不斷積蓄。國家統計局數據顯示，鄉村市場消費品零售額增速繼續快于城鎮。鄉村電氣化工作如火如荼，鄉村電氣化建設由“用上電”“用好電”向更高標準轉變，電力可靠性要求也在不斷提升。電力基礎設施作為能源互聯網的重要基礎，是影響供電服務水平的關鍵環節。為適應鄉村用電新要求，能源企業必須提升農業生產、農村生活電氣化水平，為鄉村振興注入新動能[2-3]。近期國際社會不斷發生停電事件，我國多地也間斷執行有序用電，電力供需形勢趨緊，特別是農村配電網作為供電服務的“最后一公里”，直接面對終端客戶，電力可靠性管理工作面臨的諸多新挑戰。

（一）地區發展不平衡，信息化程度參差不齊

我國幅員遼闊，各地資源、產業發展水平不一，鄉村電網信息化建設水平參差不齊。以供電可靠性指標為例，全國六大區域中，華東區域最高，西北區域最低，全國最高與最低城市指標相差近二十倍。很多農村地區的電力數據采集能力有限、可靠性信息統計仍部分依賴人工，數據及時性、完整性、準確性難以保障，更不用提大數據挖掘、輔助決策；難以及時采集相關數據指標，影響電力可靠性管理工作。

（二）用電需求增長快、可靠性要求高

鄉村振興，產業興旺是重點。農業生產電氣化是推進現代農業發展的有效保障，能源公司以鄉村電氣化升級，推動大棚種植、養殖業等農業現代化轉型，因地制宜向制茶、制陶等特色產業滲透應用；現代農業產業園、農產品電商蓄勢待發；各地鄉村旅游設施建設、民宿改造全面鋪開，助推鄉村旅游業、特色產業發展。但鄉村電力基礎設施相對薄弱，隨著用電規模擴大，電網復雜性加劇，電力資源的可靠供給直接影響農村現代化建設工作開展。

（三）降碳背景下，電力管理要求攀升

在降碳大背景下，很多能源消費改為以電代煤、以電代油，特征變化導致用電設備運行性能下降，進而影響生產工效，電氣設備附加損耗增大。部分用電大戶電動機出現跳閘、新能源發電機組脫網等電能質量事件。供電系統網損增大將導致單位產值的碳排放量顯著增加。全國新能源發電單元將達數千萬級，氣象環境、運行控制等信號數量可達數十億，系統調度運行極其復雜，控制措施配置和管理難度將進一步增大。另外配電臺區智能設備數量和類型成倍增加，涉及配變狀態監測、無功補償、漏保開關、電能表、分布式電源、電動汽車充電樁等多種類型，傳統的集中監測管控，對電網運維、通信傳輸、主站系統信息處理等方面帶來較大壓力。

（四）多元化新能源接入將對可靠供電等帶來新挑戰

電力供給側高比例新能源并網、高比例電力電子裝置特征明顯，使得用戶電能質量備受挑戰。新能源存在發電單體容量小、數量多的問題，“風光”等新能源不穩定，大規模接入增加了電力系統不確定性，對電網安全、穩定運行構成威脅。大規模儲能增加電力系統復雜度。廣泛的新能源并網消納需合理配置大規模儲能，以提高系統的可控性和靈活性。電力系統負荷預測難度加大。作為清潔的終端能源，電能將成為主要的能源消費品種，電力負荷結構將更加多元化，電動汽車充電等消費側多樣性行為將導致電力負荷預測和協調難度加大，源、網、荷互動和交織將加劇電力系統波動。    

三、數字化電網助力農網可靠性提升

作為保障國家能源安全的“國家隊”、黨和人民信賴依靠的“大國重器”，能源企業需發揮標桿作用，積極推進農村電網科技進步與創新。三農問題關系國計民生，鄉村振興，數字鄉村建設是大勢所趨，電網作為農村重要的基礎設施，關系農民衣食住行、農業生產和農村繁榮。鄉村振興、農網建設的推進歷程，既是我國鄉村振興的戰略方向，也是建設數字中國的重要內容，這一切都離不開電力資源穩定、可靠供給[4-5]。建設數字化電網服務國家鄉村振興戰略。一直以來，能源企業立足新時代國情、農情，深刻理解國家發展政策，將鄉村電網建設作為數字電網建設的重要方面，借國家鄉村振興政策東風和數字化轉型機遇，不斷深化數字電網建設，針對農網現狀和挑戰，通過全面深化智能感知、大數據融合和電網運維管控的自動化，逐步提升農網的主動優化控制、靈活高效運維，適應多元化負荷發展趨勢，滿足農村用戶多樣化需求，助力構建數字化技術驅動的鄉村電網升級改造，服務國家鄉村振興戰略部署，為農村經濟繁榮發展注入新動力，開啟城鄉融合發展和現代化建設新局面。

（一）基于大數據的配網智能運維管控

海量數據是智能算法發揮作用的基礎，是數字電網更敏銳感知客戶的前提。農村電網的傳統臺區不具備多樣性數據采集功能，在利舊原有臺區的基礎上，積極探索臺區智能化轉型路徑，在部分農村地區試點完成新一代智能臺區改造，擴展數據采集廣度和深度向終端電力用戶延伸，實現低壓用戶從采集單一表碼向電壓、電流、相別等多項運維參數采集轉變，從臺架到低壓用戶信息全采集實現領跑。1.借助最新的物聯網、大數據技術，可實現設備運檢數據的規范化建模。如圖1所示，數據跨平臺獲取，異構數據轉換，數據智能清洗，尋找特征參量與狀態間的表征規律，形成有效的電力數據采集，建立起科學的評估指標體系，提升電力數據治理水平，保障電網穩定運行。電力數據具備明顯的大數據特征：（1）設備種類多。包括智能配電變壓器、DTU、FTU、故障開關、架空線路、傳感器、電纜等等。（2）數據類型多。包括帶電測試、離線試驗、在線監測、缺陷數據、電網數據、氣象數據、設備臺賬等等。（3）數據來源多。來自生產管理系統、能源管理系統、調度管理系統、智能巡檢系統，監控系統等各種結構化數據、非結構化數據。（4）增長速度快。隨著物聯網技術普及，傳感器產生海量數據；省級能源企業可達到每年100TB以上。（5）歷史存量數據量大。電力行業多年積累的存量數據和新增數據達到PB級以上。2.在電網故障診斷和預測方面，依據大數據進行主動故障診斷和預測，包括各種電力數據的規范化、清洗、歷史數據校驗、特征參量預測、故障預測；用數據量化運行狀態、故障特征，進行狀態差異化評價，包括運檢關聯關系分析、差異化評價和故障概率估算，從而優先考慮重要負荷供電，分級保障。（1）實時監測。在出現故障情況下，快速隔離、響應、處理，提高可靠性。（2）短期數據趨勢分析。從快速響應角度，以日線損電量最低、電壓偏移量最小、開關動作次數最少等緯度考慮，提供多時段網絡運行優化方案，降低損耗的同時提高可靠性。（3）中長期數據趨勢分析?；趥鹘y節假日、工作日負荷特性，擬合用戶用電模型，給出變常態運行方式，主要考慮降低損耗，提高供電質量。（4）長期數據趨勢分析?；诠╇娔芰v史數據分析確定負荷增長情況，指導電網改造和建設方案，用數據優化量化指標改進負荷轉供方案，主要考慮負荷均衡，從而提高電力供應可靠性。依托大數據平臺，在農網開發臺區智能監控數據分析系統，借助TTU及低壓故障指示器，融合配電自動化系統采集信息，以供電調度指揮系統為決策核心，配網移動作業為手段，提升配電網智能感知及主動搶修能力，自動派發搶修工單，并實現搶修超時預警。廣大農網用戶在電力故障時可以在手機APP看到電力搶修處理進度，進行滿意度評價，實現電力故障跟蹤處理完整閉環。在電力智能巡檢方面，借助GIS和海量物聯網傳感器，臺區人工日巡粒度提升為系統小時粒度自動巡檢，運維人力投入下降90%以上，智能臺區故障發生率下降至個位數，極大的提升了電網可靠性和用戶體驗。

（二）網源荷儲智能協同控制

在國家推進碳達峰、碳中和的大背景下，數字化電網是新能源發展目標的有力支撐。我國電力資源分布不均的客觀現實帶來很多問題，比如電力儲能一直都是制約我國電力供應的重要因素。傳統上國家通過探索南水北調、跨區輸電等手段來平衡電力跨區域配置。從能源供給方面來看，新能源替代傳統能源是必然趨勢，但新能源相對傳統能源具有自身特點，波動性和間歇性強，不穩定。而數字電網恰恰能夠借助多模態的傳感器數據，協同智能化系統拓展電力運行監測能力，實現多元能源的主動協調，借助自動功率調節、快速頻率響應等方式實現新能源電網接入“軟著陸”，實現更加科學、高效、彈性的電力調度，提升新能源的控制和消納能力。數字化賦予電網更強的感知、決策、執行能力，利于源網荷儲協同互動，提升電網彈性。依托規?；植际诫娫醋畲蠡{、主動配電網協調控制、需求側資源優化運行、源網荷優化系統等領域關鍵技術，通過物聯網和區塊鏈技術聚合海量用戶側可調節資源，建設“虛擬電廠”，引導廣大電力用戶合理用電，促進發電側與負荷側雙向有機互動。電源負荷構成具備多樣性，調度空間大。如圖2所示，基于分時電價優化對負荷資源可調性進行計算分析，通過負荷調度可削減高峰負荷，改善負荷分布特性，通過數字電網構筑“虛擬電廠”在用電緊張時發揮蓄水池作用，在電力冗余時通過電力交易市場、輔助服務市場就地消納電能，極大降低分布式電源大規模接入的不確定性對電網安全運行的負面影響，提高電網對清潔能源的消納能力，正面影響用戶用電方式，降低高峰負荷，提高電網的供電可靠性。

（三）配電智能化運維管控

在國家戰略性減碳目標為指引的能源革命背景下，配電網作為能源生產、轉換、消費的關鍵環節，正成為電力系統的核心，即是可再生新能源消納的支撐平臺，也是海量電力數據平臺。在新一代監測控制系統和數字電網技術支撐下，實時監視配網聯絡線運行狀態，可視化展示故障處置預案。如圖3所示，電網日常運行無需人工干預，即可及時發現故障，快速診斷和隔離，并作初步診斷恢復。在電網穩態運行時“自動駕駛”，發生故障時“自動導航”，分析故障數據和設備關聯關系，自動重構供電路徑，實現“故障自愈”。電網具有彈性適應能力和自動化處理能力，極大提升電網的可靠性和用戶滿意度。通過配網聯絡線進行負荷轉供，是實現客戶不停電、少停電，提高電網可靠性的重要手段。電力工程師足不出戶即可對所有變電站的設備設施狀態全感知。而傳統模式下，變電站全停轉供依靠現場人工操作，往往需要數個小時才能完成，即使采用自動化遙控操作，通常也需要半個小時以上。電力工程師需同時對多臺自動化開關進行批量遠程控制，依靠傳感器數據、監控系統、輔助機器人實現缺陷發現和應急處置，實現變電站負荷的“一鍵瞬轉”，即時恢復客戶供電，大幅提升電網對極端天氣等突發狀況的抵御和修復能力，為電網安全提供數字化保障。?????廣大農村地區不僅電網建設難度大，電網運維更加不易，電力設備運維需要投入更多資源。能源公司服務國家新型城鎮化戰略和鄉村振興戰略，通過持續加強農村電網建設，推進新型農村電網示范區升級改造，加強配網智能化建設，配電自動化基本實現全覆蓋。隨著農村電網可靠性不斷提升，電網故障平均停電時間大幅下降，故障隔離時間不斷縮短，保障了農業現代化的電力需求，提升了人民群眾的用電體驗。這是電網的進步，也是農村電網的進步；農村振興建設晝夜不停，數字化電網建設添磚加瓦。

（四）饋線自動化和智能化

數字電網所包含的饋線自動化指變電站出線到用戶用電設備之間的饋電線路自動化，包括正常情況下的用戶檢測、指標測量和運行優化，以及異常狀態下的故障檢測、故隔離、轉移和恢復等控制技術，形成完整智能化的具備主動自監控自檢測的電力網絡，顯著提升輸電效率，提高電網穩定性。結合廣大農網發展參差不齊的特點，因地制宜的采用基于物聯網技術路線，解決架空線路單相接地判斷問題。智能邊緣計算終端通過與配電一二次成套饋線終端復用，安裝于10kV架空線路處，傳感器安裝在線路分段及分界點。當線路發生單相接地故障時，零序電壓突變，智能邊緣計算終端記錄故障發生時刻并發送至同一母線所有傳感器，傳感器將故障時刻的三相錄波波形發送至邊緣計算終端。邊緣計算終端通過接地故障的波形進行綜合研判和故障定位，并將故障區段信息上傳主站。?基于5G網絡的智能分布式饋線自動化，依托完備的智能控制策略和新一代無線通信手段，采用集中式與分布式DTU進行智能分布式饋線自動化建設，完成故障區段快速定位、隔離與恢復非故障區域供電，控制聯絡開關恢復非故障區域供電，實現了對電網海量終端設備的實時管理，建成了多個高可靠性配電網示范區，避免了昂貴脆弱的光纖網絡建設，特別是在廣大的農村地區，具備良好的經濟性和實用性。

四、總結和展望

在數字化轉型的大潮中，電力行業管理主動性不斷增強，行業自律和服務意識逐步成熟，可靠性管理理念深入人心，為夯實電力安全生產基礎、促進電力行業健康持續發展發揮了重要的作用。停電少，電壓穩，是鄉村“用好電”的硬指標；特別是在農業生產、交通、建筑、采暖等多個領域，數字化電網正悄然改變著農村的生態環境與農民的用能習慣。農村供電服務從滿足基本供電需求向高質、高效轉變。電力行業圍繞滿足人民美好生活需要，踐行“人民電業為人民”企業宗旨，適應農村用電新要求，依托數字電網現代化技術和管理措施，以數字化驅動服務，推進農網配電自動化，積極推廣停電范圍自動分析、精準通知到戶、故障報修進程可視等智能化、精準化、互動化服務，為鄉村電網提供穩定、可靠的電力支撐保障。

參考文獻

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作者:廖妙杰 單位:廣東電網有限責任公司梅州五華供電局