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施耐德电气白皮书2
向以智能中压/低压配电站为智能电网核心转变
引言
当今的公用事业正面临越来越大的压力，必须在提高电网可靠性和效率的同时提高电能质量。它们还必须支持
更高比例的分布式能源（DER）——例如可再生能源、分布式存储和电动汽车充电站——连接到中压（MV）或
低压（LV）配电级别
现今的创新式智能电网解决方案可以帮助应对这些挑战。作为所有电力分配系统的核心，中压/低压配电站配备
开关、电容器、变压器和其他用于保持电网电力流动、平衡以及合理输送的设施。这些最靠近绝大多数电网用
户的配电站正在成为电网进化的基石。转变中压/低压配电站设施以容纳这些新功能正逐渐成为所有智能电网部
署的头疼问题
具体来说，中压/低压配电站可以利用这种智能技术来：
本文讨论了不同的机电和通信架构如何影响中压/低压配电站满足这6个挑战的能力，探讨各种智能电网元件，明
确哪种设备最有机会造成最显著的影响，并说明部署预设解决方案的优势
智能电网部署的真实案例
15年来，全球各地出现了许多智能电网的部署案例。但它们常常受到实施成本和通信挑战的限制。在过去几年
中，随着物联网（IoT）实现更顺畅的通信，以及智能传感器等设备的越发普及，很多挑战已得到克服。有些智
能电网解决方案实例已经足以应对当今的挑战：
量、高性价比的方法，在故障发生时快速重新启动中压网络。通过将智能功能引入现有的中压/低压配
电站，在出现故障的情况下，系统将重启未受影响电网部分的时间从平均2小时缩短到大约20秒
来控制分布式能源引起的电压波动。其中一些变压器已在法国安装了一年以上，并取得了积极成果
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目发现智能电表通信架构有助于监测低压馈电和连接负载的相位。这使相位可以轻松得到再平衡，从而
实现更高水平的光伏能源集成
域非常宽广，涵盖超过1万个电气化城镇和村庄，所以故障导致的网络中断时间可能很长，因为维修人员
必须开车前往极难抵达的偏远地区，手动隔离故障段。这个现代化项目将通过智能监控和远程控制功能
来限制停电的持续时间。机动环主单元配备故障通道指标，连接到远程终端单元，并由SCADA系统监督
，立即远程（即从控制室）识别和隔离故障部分
一些术语
定义通用术语可避免讨论概念和最佳做法时可能出现的混乱。以下是本白皮书中用到的几个术语及其定义
RTU）。这个概念可以延伸到包含重合器和底座安装型单元的拓扑结构，例如美国所使用的那种
量反应的可控性（或弹性）负载、储能（电或热），以及电动汽车（在负载和储能中扮演双重角色）
中压/中压变压器的中压馈线上）相关电网位置的DER下游电流分配与故障定位下游产生的短路电流相
近时，DER比例即为“高”
供电
6个智能电网的机遇和挑战
1. 提高服务质量
由于电力是全世界家庭、建筑和工业的主要能源，公用事业对服务质量的考量越来越敏感。公共事业电力供应
的质量通过指数进行测量和公布，例如欧洲能源监管委员会（CEER）针对电力供应连续性的标准报告。这份报
告的分析表明，连接到配电网络的客户的年平均停电时间因国家而异，从每年10分钟到700分钟不等
虽然自1998年以来，所有国家的断电时间都呈下降趋势，但有些国家每年的平均中断时间仍然超过100分钟，不
管对家庭、建筑还是工业最终用户来说，这一数字都太大。公共事业公司通常使用其他的可靠性指标，来跟踪
和衡量他们的可靠性，例如系统平均停电持续时间指标（SAIDI）（用以计算每个用户的平均停电时间）；以及
系统平均停电频率指标（SAIFI）（用以计算一名客户可能遇到的平均停电次数）。请见图1
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向以智能中压/低压配电站为智能电网核心转变
配电网架空或置于地下是影响服务质量的主要因素之一。一般来说，地下电网的性能比架空电网更好；但采用
智能技术是缩小性能差异的首选方法之一
“物联网（IoT）实现了更顺畅的通信，而智能传感器等设备也越发普及。”
公共配电应用中的传统中压/低压配电站都配备环网供电单元（RMU），以及开关熔断解决方案或断路器，以保
护中压/低压变压器，并手动操作电缆开关的负荷断路开关。故障发生时，机组人员必须前往现场，以确定故障
位置。如果相关馈线上安装了此类设备的话，检查不同配电站的故障通道指示器（FPI）的位置可能有所帮助
这种方式费时费力费钱，并可能导致长时间停电。DER的存在使故障检测更为复杂，并且可能需要这些FPI为定
向型。当配电网开环运行时，战略性电气节点（包括常开触头）都需要具备特定的远程功能，包括电动开关和
FPI。在使用长线径向设计的国家（例如美国、南美洲、中东、澳大利亚）中，智能重合器可以在距离故障发生
处最近的地方将其清除，而不是仅在一次配电站将其清除，因此要求这些智能重合器被连接到停电管理中心，
以通报故障的发生。否则，电网运营商可能会遗漏该事件，许多电网将继续停电
图1意外SAIDI，不包括特殊事件
2. 更好地平衡低压馈线负荷
配电网的低压端通常在变压器之间、变压器内部的低压馈线之间、以及一个变压器的三个相位之间存在严重的
不平衡。随着大量分布式能源（例如光伏板）的加入，这种不平衡进一步加重。由于网络中高负荷部位的较高
电流水平，以及中性电缆电流通常不适合这种情况，这种不平衡会引起电线和变压器的焦耳损失
在低压馈线配备了连接到配电站远程终端单元（RTU）能量表的情况下，系统可以实时（平均每10分钟）计算
低压馈线上的不平衡，并定位网络、馈线和相位上的每个低压用户。重新平衡负荷可以通过再分配低压馈线沿
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路安装的单元实现，将目标电网用户群组从一个相位切换为另一个相位
不平衡还会导致意外的电压下降（见下文“管理电压”）
3. 管理电压
全球各个公用事业单位的主要职责之一，就是将电压波动维持在约定范围内（即网络规章要求的约定目标的±
10%）。电压控制传统上由变压器执行，使用有载分接开关和电容器组将无功功率注入位于高压/中压配电站级
别的电网中。例如配电系统运营商（DSO）确定一个设定值，并根据负荷预测和生产曲线制定方案和范围
由于中压/低压电网大规模集成DER，电压管理现已成为DSO所面临的重要挑战。依据DSO的覆盖范围是城市或
农村，以及DER连接类型和密度的不同，情况可能有所不同。他们现在必须处理电网中一部分的电压上升，而
另一部分则下降的情况，或处理因天气状况而导致的意外DER行为。因此，DSO正在部署传感器（以监测馈线
沿路电压）、新的执行机构（能够在不同水平上调节电压）以及集中式或分布式智能设备和系统（以优化电压
控制），例如为中压/低压配电站配备调节配电变压器（智能变压器）和有载分接开关以及相关的控制器，从电
网沿线的多个低压监测点接收信息。请见图2
图2智能变压器调节电压
4. 优化设施并减少实地访问
在降低资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）方面，公用事业单位正面临着越来越大的压力。拥有大量高
价资产的配电单位寻求各种方法来优化现有资产使用、延长寿命，并降低运营和管理成本。考虑到支持更高
DER比例所需的变革，这种压力也更为明显
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