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千亿数字新基建，如何打造智慧电网新未来？

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2020-07-08 09:00

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新基建的浪潮下，国家电网有了新的大动作。6月15日，国家电网在京举行“数字新基建”重点建设任务发布会暨云签约仪式，面向社会各界发布“数字新基建”十大重点任务，并与华为、阿里、腾讯、百度等合作伙伴签署战略合作协议。其2020年总体投资高达247亿元，预计拉动社会投资约1000亿元。

电能的应用被成为能源领域的第三次重大革命，引导社会生产进入技术密集型时代，规模化生产、批量化生产应运而生。过去几十年，我国电力发展始终坚持“就地平衡”的原则，哪里有需求就在哪里建电厂。因为东中部经济发展速度较快，对电能需求较大，所以这些地区聚集了大量火电厂，环境污染非常严重。经济的高速发展需要消耗大量能源，作为快速发展中国家，我国能源消费在世界排名第二，导致我国绝大多数城市的大气污染物排放已经达到了区域环境质量达标值允许的最大排放量。

低压用电信息采集

钱江世纪城地处杭州一环中心，与钱江新城拥江而立，从滩涂变良田，从偏僻农村到国际化城区，钱江世纪城成为杭州萧山建设的样本工程。夜晚走在公路上，一眼望去，映入眼前的是霓虹灯下的一派繁华，很难看到电线杆、电线，以至于让人忽略了其电力设施。

但电无所不在，原来，萧山区供电公司积极打造智慧电网和泛在电力物联网。在地下，该公司利用纵横交错的电缆将变电站与开闭所连接起来，打造了一张四通八达的地下电网。依托该电网，萧山区供电公司可为当地区民与企业提供故障主动抢修、智慧用能建议等优质用电服务。

在故障主动抢修方面，萧山区供电公司安装智能配变终端与低压线路监测终端，从而对配电关键节点用电量、电压、电流等数据进行汇总，实现开关站—配电线路—配电变压器—低压配电线路—用户用电状态的全流程用电监测服务。

当电力设备出现故障时，智能配变终端借助边缘计算技术，快速分析故障数据之后传输给云端主站进行综合研判。这使电力工作人员在用户报修前，就能精准掌握故障位置、原因等，并组织维修团队实施主动抢修，同时，系统主动向受影响的居民发送停电信息，告知居民停电原因与预计恢复时间。

在智慧用能建议方面，萧山区供电公司借助智能配变终端，对家庭、企业等用户用电行为进行分析，从而描绘立体化的用户画像，在此基础上，便可以为用户提供个性化的智慧用能建议。

比如当电动汽车在充电桩充电时，充电桩配备的低压线路终端可实时监测充电负荷、充电周期特性、充电状态等，后台工作人员可一键查看充电桩运行信息，根据用户用电量、充电频率等，完善配电网及充电桩，引导用户安全、有序充电，同时，该过程中节省下来的电力运维成本，可以用优惠活动的形式反馈给用户，从而实现价值共创。

智慧电网指的是电力传输网络体系，也被称为“电网2.0”，最大的特点就是“电力流”、“信息流”和“事务流”高度交融，可以更好地检测动力消耗，支撑负载平衡，降低动力成本，提高动力输送及运用功率，减少故障发生概率，缩短故障维修时间，提高整个电网的安全性、灵活性，让电商与用户实现双向互动。

在智慧电网的建设过程中，对于电力用户的用电信息采集系统的建设是非常关键的。通过建设好的用电信息采集系统，可以及时、完整、准确地掌握用户用电信息。系统采集的用户用电信息作为收费依据，牵扯到千家万户的利益，系统的控制功能影响到用户的停电、送电。

低压用电信息采集指的是对电力用户的用电信息进行采集、处理、监控，借助5G（边缘计算）技术，实现用户信息自动采集、用电分析与管理、计量异常监测、相关信息发布、电能质量监测、智能用户设备信息交互、分布式电源监控等功能。

目前，电力用户用电信息采集的主要业务是计量、传输数据，包括终端上传主站的状态量采集类业务以及主站下发终端（下行方向）的常规总召命令，上行流量比较大、下行流量比较少，现有通讯方式以230M、无线公网和光纤传输方式为主，各类用户终端使用集中器，主站由省公司集中部署。早期，信息采集每天会布置24个计量点。目前，信息采集主要采用两种，一种是每个5分钟采集一次，一种是每隔15分钟采集一次，每天的0点是统一采集点。

未来，随着新业务不断发展，用电信息数据需要实时上报。同时，随着终端设备的数量不断增多，用电信息采集将延伸到家庭，借助5G技术，电力企业有望获取所有用点终端的负荷信息，通过更精细化的方式实现供需平衡，实现错峰用电。例如，目前，欧美等国正在实行价阶梯报价机制，需要实时公示电价，让用户可以按需采购。

智能配电自动化

从电流走向来看，电网主要包括发电、输电、变电、配电、用电五个环节。通过对电力行业进行充分调研可以发现，电网对无线通信有着大量潜在需求。在未来的智慧电网中，5G有四大应用场景，分别是智能分布式配电自动化、毫秒级精准负荷控制、低压用电信息采集、分布式电源。

配电自动化是一个综合信息管理系统，融合了计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理等诸多技术与设备，具有诸多优点，比如提高供电系统的可靠性、稳定性，使电能质量更高，提高用户服务质量，降低运行费用，减轻劳动强度。具体来看，配电自动化的发展主要经历了三个阶段：

第一阶段：这个阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，这个阶段使用的设备主要包括重合器与分段器等，无需建设通信网络与计算机系统。一旦电力系统发生故障，就能立即通过自动化开关设备的相互配合对故障进行隔离，恢复供电。但从整体来看，这一阶段的配电自动化系统主要局限于自动重合器与备用电源自动投入装置，自动化程度较低。但目前，在配电自动化领域，这些系统仍在大范围应用。

第二阶段：这个阶段的配电自动化系统是以通信网络、馈线终端单元、后台计算机网络为基础构建起来的，既能保证配电网络正常运行，又能对配电网的运行状况进行监控，还能改变配电网的运行方式，及时察觉配电网故障。一旦电网发生故障，调度员就能通过遥控将故障区域隔离开来，恢复供电。

第三阶段：随着计算机技术不断发展，在第二阶段配电自动化系统的基础上，通过增添自动控制功能形成了配电自动化系统。这个配电自动化系统由两大系统组成，一是集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等于一体的综合自动化系统，二是集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统，功能有140多种。目前，配电自动化系统就是根据这个目标建设起来的。

目前，最主流的方案就是集中式配电自动化方案，在这个方案中，通信系统的主要功能是传输数据业务，包括终端上传主站的遥测、遥信信息采集、主站下发终端的常规总召、线路故障定位隔离、恢复时的遥控命令等，上行流量比较大，下行流量比较小，主站集中部署在各个地市。

精准负荷控制

电力负荷控制系统是一个集现代化管理、计算机应用、自动控制、信息等多学科技术为一体，实现电力营销监控、电力营销管理、营业抄收、数据采集和网络连接等多种功能的一个完整的系统。一旦电网发生故障，负荷控制就会通过稳控系统切除负荷，保证电网可以维持稳定运行。同时，负荷控制会通过第三道防线的频低压减载装置负荷减载，防止电网崩溃。通过稳控装置集中切负荷会产生非常大的社会影响，同时，电网第三道防线措施也会导致用电负荷产生更大面积的损失。

目前，在特高压交直流电网建设过渡阶段，保证电网安全的重要措施依然是安全稳定控制系统建设。为保证直流故障后电网依然能稳定运行，电力企业一般会使用多直流提升、抽蓄电站切泵等方式来平衡电网功率缺损。但如果直流电网发生严重故障，这种方式很难阻滞电网频率跌落，仍需紧急切负荷。

而采用基于稳控技术的精准负荷控制系统，以生产企业内部的可中断负荷为控制对象，既能应对一些紧急情况，还能将社会影响、经济损失降到最低。所以，从目前的情况来看，基于稳控技术的精准负荷控制系统是负荷控制系统的一大创新。

传统配电网络因为缺少通信网络的支持，切除负荷的方式非常直接——切除整条配电线路。如果立足于业务影响、用户体验，电力企业一定希望尽可能减少对用户的影响，希望可以对配电网络进行精准控制，优先切断可以中断的非重要负荷，例如电动汽车充电桩、工厂内部非连续生产的电源等，将对重要用户的影响降到最小。