装置与应用 １１０ＫＶ坚强智能电网技术标准体系研究框架 高华民 大港油田电力公司天津３０００００ 摘要：对坚强智能电网技术标准体系的研究是建设智能电网行之有效的重要方法，确保了智能电网安全、稳定、快速的建设和发展， 指导着坚强智能电网建设的实际工作。本文主要列举了一些在国际以及国内所取得的在智能电网标准体系中所取得的成果，并对坚 强智能电网的体系架构进行了说明。 关键词：智能电网；标准体系；国内标准 中图分类号：ＴＭ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１３８８（２０１５）０２—０１０６—０２ 引言：智能电网的发展进步是保证社会稳定、国家经济快 速发展、提高国家竞争力和综合国力的重要的能源保证，国内 外经济的发展状况对我国未来电网提出了更高要求，建设更加 坚强更加智能的电网势在必行。然而智能电网是一项十分复杂 而庞大的系统工程，现有技术标准无法满足建设完善智能电网 的要求，通过技术标准体系的建设是解决这一问题的关键［１］。 １国内外智能电网技术标准体系的主要研究现状 我们所说的智能电网就是智能化的电网，也被称为电网 ２．０。智能电网“Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ”最早是在２００１年由美观电力科 学研究院提出的，并于２００３年提出《智能电网研究框架》开始 了对智能电网的研究工作。而“坚强智能电网”这一概念是由 中国国家电网公司根据中国电力的发展要求以及实际情况在 “２００９特高压输电技术国际会议”上正式提出的。 １．１国外对智能电网技术标准体系的主要研究现状 ２００７年，美国能源独立与安全法案通过了由美国国家标准 与技术研究院（ＮＩＳＴ）带头定制实施智能电网的的标准以及协 议，ＮＩＳＴ于２００９年９月底推出了标准体系１．０标准三步走计 划及智能电路线图２．０版本在１．０版本中建议的７５条现有的适 用（或可能适用）于智电网的标准的基础上，又增加了２２调试 用于智能电网的标准，技术规范和导则［２卜［３］。 国际电工委员会（ＩＥＣ）设立了智能电网战略工作组（ＳＧ３）， 负责智能电网体系的研发，包括首先应建立的达到设备和系统 互操作的规约和模型标准化。ＳＧ３的主要思路：描述智能电网 各环节及其应用，新的需求，现有的标准与需求的关系，找出 存在的差距和问题并向ＩＥＣ和委员会提出建议，通用技术领域 和专业技术领域是ＳＧ３对智能电网技术标准体系划分的两个类 别。ＳＧ３明确了１００多项与智能电网相关的标准，并在２．０版 路线图中将核心标准从１．０版路线图中的５个扩充到了８个。 为了研究智能电网的标准体系以及为智能电网的互操作提 供指导，美国电气与电子工程师协会成立了Ｐ２０３０工作组。 Ｐ２０３０在其第一阶段的工作是编制《ＩＥＥＥ Ｐ２０３０标准草案；智 能电网中基于信息和通信技术的电力系统与终端用电设备／用 户之间的互操作》。目的是为了理解智能电网中电力系统、终端 用电设施及用户之间的互操作提供知识基础。 《国家电网公司智能电网技术标准体系规划》中将智能电网的 标准体系分为了４个层次分别是：第一层是专业分支８个；第 二层是技术方面２６个；第三层是标准系列９２个；第四层是数 百个具体的标准。 ２．３坚强智能电网标准体系 ２．３．１综合与规划 从图１中我们可以看到，在综合与规划这一专业分支中包 含了智能电网的方法学和接口以及智能电网规划设计这两个技 术领域的标准。在这两个技术领域中又各提出了两项共四项的 系列标准，分别是：智能电网术语与方法学，智能电网各环节 接口系列导则；智能输电网规划设计系列标准；智能配电网规 划设计系列标准。 ２．３．２智能发电 这一专业分支下辖常规电源网厂协调、大规模新能源发电 并网、大容量储能系统并网３个技术领域，又有１２个系列标准， 其中常规电源网厂协调有２个系列标准；大规模新能源发电并 网有５个系列标准，大容量储能系统并网有５个系列标准。例 如，在常规能源方面，主要开展常规电源网厂协调关键技术（参 数实测、常规机组快速调节技术以及常规电源调峰技术等）研 究及应用；研制大型能源基地机组群接入电网的协调控制系统 及设备，水电、火电、核电机组优化控制系统，机组和设备状 态监测与故障诊断系统等。 （２）在清洁能源方面，主要开展 风电场、光伏电站的建模、系统仿真、功率预测和并网运行控 制等先进技术的研发及推广应用；研制大规模可再生能源接入 电网安全稳定控制系统、可再生能源发电站综合控制及可靠性 评估系统、可再生能源功率预测系统、风光储互补发电及接入 系统等。 ２．３．３智能输电 输电是智能电网建设中十分重要的一环，智能输电设备是 这一分支的重点研究对象，输电分支所包含的技术领域主要有 以下几个部分：特高压输电，柔性直流输电、柔性交流输电、 线性状态与运行环境监测４个技术领域；根据这４个技术领域 提出了１９项标准系列。 ２．３．４智能变电 智能变电站是智能电网的灵魂，是建设智能电网不可或缺 的部分，智能变电站最主要的４项技术特征是智能化一次设备、 网络化的二次设备和符合ＩＥＣ６１８５０标准的通信网络和自动化 的运行管理系统。其中网络化的二次设备包含三个层次，分别 是过程层、间隔层以及站控层［４］。智能变电专业中只包含一项 技术领域～一智能变电站；智能变电站设计５项标准系列， １ＩＯＫＶ智能变电站的建设要依据这一领域内的各项标准来进行。 ２．３．５智能配电 １．２国内对智能电网技术标准体系的研究现状 国内对智能电网标准体系的研究是在２００９年开始的，为 此，国家电网公司成立了专家工作组专门负责对智能电网标准 体系的研究、制定找工作。工作组从中国对智能电网的需求出 发，编制完成了《国家电网公司智能电网技术标准体系规划》。 ２０１１年５月，国家电网公司对这一标准体系规划进行修编，保 留了智能电网体系原有的架构只对个别领域和标准进行了更加 合理的调整。 ２坚强智能电网技术标准体系 ２．１构建原则 － 智能配电这一专业分支包含配电自动化、分布式电源接入 配电网、分布式储能系统接入配电网３个技术领域的内容，每 个技术领域都提出了５个系列标准共１５个系列标准。此外，智 能配电涉及电力企业应用集成一配电管理的系统接口这一项重 要标准：这一标准的主要内容时实现智能配电网的高效、稳定、 可靠地运行。 ２．３．６智能用电 智能电网的构建需要遵循一定的原则，即：系统性逻辑性 以及开放性三项构建原则。系统性是指从系统的角度出发，联 结智能电网建设过程中的每一个环节使其形成一套完整的电网 体系：逻辑性是指智能电网标准体系各个相互之问相关联环节 的逻辑关系要明确，可以做到无缝衔接；开放性是智能电网技 术标准体系能够与时俱进的重要保障，确保了标准体系连续不 问断的向前发展，不断适应新的不断发展的科技环境。 ２．２体系架构 根据坚强智能电网的构建原则，由国家电网公司所编制的 １０６ 用电领域主要涉及的技术标准有：双向互动服务、用电信 息采集、智能用能服务、电动汽车充放电、智能用户检测５个 技术领域的内容，涉及１５个系列标准。 （下转第１０８页） 装置与应用 ｌＣ＝ １ ∞ Ｃ ｋ （１） 式中，ｕｌ为三相线路的线间电压；∞为交流的角频率；Ｃ 为每相对地电容；ｋ为变配电所电容电流附加系数。表１变电 所增加的接地电容电流 额定电压（ｋＶ）ｌ ６ １０ Ｉ １５ ３５ ６３ Ｊ １１０ 附加系数（％） １８ ｌ６ １５ １３ １２ １０ 容量计算公式（２）带入数据得到消弧线圈的计算容量分别为 １１３０ｋＶＡ或１２７８ｋＶＡ，此时所选接地变及消弧线圈体积很大，且 消弧线圈及电缆阻性电流、高频电流不能被补偿。因此全电缆 线路的贯通不宜采用中性点经消弧线圈接地方式，应采用经小 电阻接地方式。 ３．４应用效果 到目前为止，两种接地方式在铁路贯通线均有采用，并已 投入使用。北京至上海客运专线，哈尔滨至大连客运专线，天 津至秦皇岛客运专线及盘锦至营口客运专线的贯通线部分均采 用小电阻接地方式，投入运营后也均发生过电缆单相接地的故 障。实际中，贯通电缆单相接地后，断路器迅速跳闸，切除故 障线路，没有造成事故扩大，但发生单相接地故障贯通线路所 带负荷在整个事故排查阶段处于停电状态。早期的武汉至广州 铁路采用经消弧线圈接地方式，电缆单相接地故障时，故障贯 通线路所带负荷在事故排查阶段可正常运行，但也发生过由于 系统长期运行在非正常状态下烧毁变压器的故障。 ４结论 本文综合比较了中性点经小电阻接地和经消弧线圈接地的 优缺点。明确架空和电缆混架的贯通线采用消弧线圈接地方式 时，消弧线圈及接地变容量的计算。通过理论计算验证了铁路 全电缆贯通线采用小电阻接地的必要性。通过分析已投入运行 的案例说明两种接地方式在实际使用中各有优缺点，事故的特 点也不尽相同。在发生电缆单相接地事故时，运营单位应根据 两种接地方式的特点，制定相应的事故处理方案。 参考文献 ［１］洪耀鹏．配电网中性点接地方式分析及其选择［Ｊ］．广东：电 力自动化产品信息。２００４（１）． 当贯通线采用电缆线路和架空线路混和架设的方式，每段 贯通母线的单相接地电流不超过１５０Ａ，采用中性点经消弧线圈 接地方式。消弧线圈的容量应根据系统远景年的发展规划确定， 并应按下列公式计算： Ｗ：ｉ Ｗ ＝ｉ ３５１４３５１ｃ－ －￣ －３ （２） （２） 式中：ｗ一自动跟踪补偿消弧线圈的容量（ｋＶＡ）；Ｉｃ一接地电 容电流（Ａ）；Ｕｎ一系统标称电压（ｋｖ）。 ． 接地变压器的容量应与消弧线圈的容量相配合。当接地变 压器只带消弧线圈，无二次负载时，接地变压器的容量与消弧 线圈的容量相等即可；当接地变压器除带消弧线圈外，还兼作 所用变压器使用时，接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量， 具体应按下列公式计算： ０Ｊ＝√（Ｑ＋Ｓ ｉ §） 十（ｓ＊ｃｏｓｔ）＝ （３） 式中：Ｑ一消弧线圈容量，ｋＶＡ；Ｓ－所用变容量，ｋＶＡ； 一功率因 数角；ＳＪ一接地变容量，ｋｖＡ。 ３．３贯通线采用全电缆线路 当贯通线采用全电缆线路时，根据经验铁路贯通线一般采 用７０ｒａｍ２或９５ｍｍ２的单芯ｌＯｋＶ电缆，查电缆手册得到两种规格 的电缆每相对地电容分别为０．２３ ｕ Ｆ／１‘ＩＩｌ，０．２６ ｕ Ｆ／ｋｍ。按贯通 线路长度为５０ｋｍ计算，每段贯通母线的单相接地电流为１４５Ａ 或１６４Ａ。若采用中性点经消弧线圈接地方式，根据消弧线圈的 ［２］杨照辉．高速铁路电力系统中性点接地方式探讨［Ｊ］．天津： 电气化铁道，２００７（１）． ［３］杨茂坤，周煦光．电缆贯通线消弧线圈接地系统研究［Ｊ］．四 川：电气开关．２０１１（１）． （上接第１０６页） ２．３．７智能调度 相对于传统电网，智能电网对于调度的要求有着很大的提 高，这就要求指导调度向智能化稳定有效发展的标准体系要尽 快建立起来。调度这一专业分支包括智能电网调度支持系统和 电网运行集中监控系统两个技术领域，共涉及６个系列标准， 智能调度的建立是统一于它所包含的两个技术领域的技术标准 的。 作了解智能电网标准体系的参考。我国经济以及科技的快速发 展决定了我国根据实际情况建设智能电网已是不可逆转的趋 势。加强国家之间的合作关系，推进智能电网标准体系的制定， 对未来各国智能电网的建设具有重要的意义。 参考文献 ［１］王益民．坚强智能电网技术标准体系研究框架［Ｊ］．电力系 统自动化，２０１０，３４（２２）：１—６； ［２］刘文，杨慧霞，祝赋．智能电网技术标准体系研究综述［Ｊ】． 电力系统保护与控割，２０１２，４０（１０）：１２０－１２６； ［３］谭闻．智能电网技术标准体系及其分析工具研究［Ｄ］．中国 电力科学研究院，２０１３； 、 ［４］庞红梅，李维海，张志鑫，周海雁．１１ＯＫＶ智能变电站技术研 究状况［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，４０（１０）：１４６—１５Ｏ． 作者简介：高华民，男，天津人，大学本科，工程师。主要从 事电网技术研究。 ２．３．８智能通信信息 通信信息领域涵盖了通信网络，信息化应用，骨干通信网 关键设备、配用电通信网关键设备、通信支撑网关键设备。智 能通信信息这一专业分支所包含的传输网、配电和用电侧通信 网、业务网、通信支撑网、智能电网信息基础平台，通信与信 息安全６个技术领域的内容，共涉及１９项系列标准。 ３总结 本文简要介绍了国内国外智能电网标准体系的研究和发展 状态，论述了坚强智能电网标准体系的架构及其内涵，可以用 １Ｏ８