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1、智能电网与低压电网网络拓扑结构智能电网与低压电网网络拓扑结构 随着国际金融危机、与全球能源危机的深化，二氧化碳减排与低碳经济的倡导，各国不约而同地选择了智能电网作为经济发展的引擎。它导致了全球范围的智能电网热潮。 我国根据自己电网的特殊性，提出坚强智能电网规划。其内涵包括特高压输电网架、数字化变电站、配网调度自动化系统，以及用电营业管理与用户互动系统。 而就目前我国的现实条件而言，只有特高压输电网络与用电营业管理系统具备立即实施的条件。数字化变电站与配网调度自动化，由于标准还很不完善，暂时还不具备全面实施的条件。 一.用电营业管理数据采集系统与低压电网网络拓扑分析： 鉴于用电营业管理与用户互动
2、系统，涉及的产业链最长，现实需要的产品数量最大，可以容纳的企业也最多，它也成了企业追捧的热点、投资商的最爱！ 但也就是这个系统，从现场反馈的数据分析，存在重大技术障碍。主要体现在系统的低压载波信道的通信可靠性上。 考虑到低压电网资产属于供电部门所有，国家投资形成的资产无投入或低投入增值，具有太大的诱惑；加上自家信道不用支付长年累月日常通信的运行费用，国网首选低压载波信道作为用电营业数据采集与用户互动系统的下段信道。 但是这条信道也存在它自身的弱点：由于我国对低压电器上网监控不严，电网载波通信背景噪声很大；而电网的优越的 50hz 频率响应特性与极差的高频响应特性，面对剧烈的电网负载变化，使得电
3、网产生极高的高频衰减与难以克服的衰减动态范围；这都导致了用电营业管理数据采集系统下段信道通信可靠性达不到现场适用要求。 根据目前国际上在低压电网上允许使用的两个载波通信频段与通信技术发展现状，目前低压载波通信单纯依靠物理层通信，无法保证系统数据采集的可靠性；这也为我国低压载波集抄系统将近二十年的推广实践所证实。现在国内外在低压载波通信领域，几乎毫无例外地都在发展中继组网技术。也就是关联中继技术。借助中继通信，牺牲部分数据采集速度，来提高数据采集的可靠性。 但是这种解决方案，具有一个前提，这就是电能表之间的关联性。当系统出现“孤岛”现象时，“孤岛”中的电能表与其他电能表之间丧失了通信上相关性，中
4、继手段就完全无能为力了。要解决“孤岛”现象的唯一手段，就是提高载波通信芯片物理层通信能力，建立电能表之间的关联关系。这个要求，比单纯依靠物理层进行系统全覆盖，要求低一些。它也说明系统的关联指标是与载波通信芯片物理层通信能力是相关的。 中继通信的关键是电能表之间的相关性！ 就关联中继技术而言，从中继的选择性分类，可以分为非选择性的自动中继（我们可以把它称作盲中继）与选择性自动中继两种。 非选择性的自动中继的典型方案，有 lonworks 总线技术，及其国内的动态组网技术。它主要依靠“全网侦听、冲突避让”，实现中继自动路由。它对电能表关联性认知度要求最低，因为它是盲中继；但它也没有电能表关联性认知
5、的历史积淀，更不能重复使用。 这种盲中继，无法保证中继效率；也不能人工调控后备方案；还需要全网互动配合；从工程实施上，需要系统配套供货；电能表需要有相应硬件、软件支持，成本、价格都相对高一些。 所谓的选择中继，也就是低压电网网络拓扑分析与中继路径自适应技术（Topo-relay 技术），它的指导思想是首先建立网络拓扑分析的数学模型，通过系统调试，实现低压电网的网络拓扑分析，摸清低压电网的网架结构，以及电能表在这个网架上的位置，然后根据电能表的关联关系，通过第一次实时直抄结果与抄收边界，借助软件分析，自动选择中继表的位置，实现波状外延与抄收覆盖。 在这个系统中，低压电网的网络拓扑分析是关键技术！
6、它需要全面彻底了解低压电网的物理拓扑结构与所有电能表在低压电网上的准确位置，直到把电能表的关联关系，直观地呈现出来。便于通过集中器软件控制整个中继过程，并且选择各种后备中继手段，确保系统抄收全覆盖。在这个系统中，全部网络拓扑分析与中继过程，都由集中器软件进行控制，所有的电能表都是“傻瓜”电能表，只管中继转发。这样，系统中数量最大的载波电能表，成本可以相对降低，进而导致系统造价降低。而且，在公开通信规约的前提下，便于集中器与电能表分开供货，对于有效控制整个行业产业链建设，与系统工程组织实施，是很有好处的。 这种分析方法最大的好处，就在于电能表关联性的历史积淀！系统不断修正的电能表关联性的准确度；
7、能够自适应系统的各种动态变化；其中包括正常的电能表轮换校验、损坏更新、线路改造、系统扩容、新户报装、气候变化、季节更迭、设备元器件老化等。而且，运行时间越长，这种关联性描述越准确。这个关联性还可以重复使用，包括智能电网中的其他应用。 二.分散型绿色电源建设与低压电网的网络拓扑分析： 随着国际金融危机的深化，与全球性的能源危机，一个新兴的产业智能电网全面兴起。世界各国都把低碳经济与清洁能源建设当作了新兴产业革命的引擎。 而在清洁能源建设过程中，替代化石能源的太阳能与风能，得到各方的极大关注。在智能电网工程实施过程中，这两种能源都要转换成电能。因为电能作为二次能源，使用最方便。 如果是集中型太阳能
8、与风能电站，它接入电网以后的全部管理、运行模式，与普通水电站、火电厂，差别不大。但是，太阳能与风能电站，其发电条件受气候条件严重制约，不能参加系统调峰。 相对而言，分散型的绿色能源建设，有其独特的优势：分散型绿色电源都在负荷中心，这种能源消耗，避免了电能输送，大大降低了系统线损，提高了能源使用效率。但它的自然属性，发电条件的随机性，也给这些新能源上网，带来诸多问题。 智能电网的运行管理需要了解电能上网和使用电能的完整流程，以及在那些电能被转化、在这些位置上电网发生了什么变化。而且为了电网的安全运行，也为了保护绿色电源设备，我们还需要计算、分析电网的潮流分布、负荷分配，还有电源点的有功、无功功率
9、流向、功率因数参数、电网各点电压分布、各种故障状态下的短路电流计算，继电保护整定。一系列的电参量计算，都离不开低压电网的网络拓扑结构。 而我国由于历史变迁的缘故，大多负荷中心的低压电网网络拓扑结构，我们是不知道的！这就使得上述电参量计算，变得十分困难。而且，没有低压电网的网络拓扑结构，即使我们利用先进的只能表计，采集到现场的电气参数，它们又有多少现实价值呢？即使微网技术得到进一步的发展，它也需要这个网络拓扑结构支撑。 当然，就目前的技术发展来看，大规模的分散型绿色电源建设，条件还不具备。但是从长远来看，它带来的效益是明显的。值得我们期待。 而一旦开始分散型绿色电源建设，低压电网的网络拓扑结构就
10、是一个绕不开的课题！ 而就目前国内的现状而言，要了解低压电网的网络拓扑结构，只能采用人工摸查的办法。这种方法，既麻烦，又不准确。借助低压载波通信中的 Topo-relay 技术，进行网架结构与结点位置探查，是一个比较理想的方法。 这种方法可以通过逼近算法，比较准确地描绘整个低压电网的系统网架结构，也可以基本判断电能表所在结点的位置，从而为电网的各种电参数计算与摸查，奠定基础。 当然，这种基于载波通信的网络拓扑分析，也有它的局限性。它主要表现在以下几个方面： 首先，它得到的是基于通信概念的物理网络拓扑，而不是几何拓扑。它对系统网架结构的描述，与电路参数分析所用的几何拓扑是完全一致的。但电能表结点位置，与几何拓扑，可能存在一定的误差。电能表通信指标的一致性越好，这种差异就越小。 第二，这种网络拓扑分析，需要通过逼近算法计算。虽然，系统经过 24 小时自动调试以后，就可以保证低压载波集抄系统的正常运行与 100%系统全覆盖；但是距离系统完整的网架结构分析，还有一定距离。需要再通过一段时间的运行与使用，才能描绘出整个系统准确的网架结构。 第三，它无法提供系统 50Hz 准确的电参量。 鉴于微网技术尚处于发展与完善的过程中，这种基于通信概念的网络拓扑分析方法的应用前景，还不是十分明确。
