何新
海南电网有限责任公司琼海供电局 海南琼海 571400
摘要：[目的]为了落实《海南智能电网建设方案（2019-2021年）》要求，全面提升海南电网自动化、智能化水平；[方法] 海南电网公司结合南方电网“数字南网”、“五者三商”新战略，开展推进博鳌乐城智能配电网综合示范区建设；[结果]从可靠自愈、智慧运维、智慧城市和环境融合等方面出发，在设计上保障了客户的可靠用电、提高了电网自身的运维效率，服务了智慧城市新体验；[结论]建设方案将推动海南省域智能电网建设提供发展经验借鉴。
关键词：智能配电网；可靠自愈；智慧运维；智慧城市；环境融合
中图分类号：TM72 文献标志码：A 文章编号：2095-8676(2017)04-0056-05
引言
传统能源的发展带来的生态环境破坏、全球气候变暖等问题日益突出。未来的能源体系将以清洁能源逐步替代化石能源、分布式能源逐步替代集中式能源为发展趋势。全球新一轮科技革命的兴起，5G等新一代通信技术的逐步商用，人工智能与大数据技术的逐步成熟，为电网集成先进信息技术，构建具有高度信息化、自动化、互动化等特征的安全、可靠、经济、高效智能配电网提供了基础[1-3]。
2018年12月14-15日，以“发展智能电网助推能源转型”为主题的南方电网智能电网发展论坛在海南博鳌举行，发展智能电网，对海南有特殊的重要意义[4]。《中共中央 国务院关于支持海南全面深化改革开放的指导意见》[5]要求海南要提高基础设施网络化智能化水平，推进电网主网架结构建设和城乡电网智能化升级改造，开展智能电网、微电网等示范项目建设。南方电网公司编制了《海南智能电网建设方案》，提出在2019—2021年投资200亿元基本建成省域智能电网，全面提升海南电网自动化、智能化水平。
为落实《海南智能电网建设方案（2019-2021年）》要求[6]，加快推进博鳌乐城低碳智慧能源与智能电网综合示范区建设，打造高可靠性智能电网示范区，为海南国家级智能电网建设做好示范与引领，在海南博鳌乐城国际医疗旅游先行区已入驻大部分企业的#8和#9单元地块规划区域实施博鳌乐城智能电网综合示范区一期建设工程项目。
本文将分别从项目概况、可靠自愈、智慧运维、智慧城市和环境融合方面对博鳌乐城智能配电网综合示范区建设方案进行阐述。
1项目概况
海南博鳌乐城国际医疗旅游先行区于2013年2月28日经国务院批准设立，是我国第一家以国际医疗旅游服务、低碳生态社区和国际组织聚集为主要内容的国家级开发园区。博鳌乐城智能电网综合示范区一期建设工程重点在先行区#8、#9号地块实施网架建设与完善、智能运维、配电自动化、智慧路灯、光储充一体化充电站、以及数字电网平台展示等多方面应用与示范，使先行区#8、#9号地块智能电网建设初显成效。
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2可靠自愈
2.1中压网架设计原则及方案
依据海南博鳌乐城国际医疗旅游先行区智能电网专项规划要求，主干配环网组网架结构配置设计原则如下：
（1）应有具有一定的容量裕度，并设置合理数量的联络点，以利于经济运行和负荷转移。
（2）中压配电线路的供电距离应满足末端电压质量的要求。
（3）先行区配电网网架按照A和A+供电区域设计原则设置，配电网架满足本期供电要求，同时还应满足中、远期用户用电需求。
（4）所有先行区内医疗用户企业以及政府机构等重点用户，均配置双电源供电，部分大用户以及重点用户采用专线供电。
（5）根据已入驻及达成入驻协议的企业用电负荷需求，先行区本期建设2座10kV开闭所。大用户远期考虑10kV开闭所专线直供，小容量用户考虑由环网柜转供。
乐城国际医疗先行区是一个负荷发展较稳定、负荷密度较高的供电区域，因此本期采用电缆网“两供一备”单环网接线模式。
电缆网“两供一备”单环网接线模式供电可靠性高，线路利用率最高可达 67%，可满足N-1 安全准则；并采用智能分布式馈线自动化技术，实现环网组故障点自动隔离，自动转供电。
本期新建线路全部采用电力电缆，根据报装用户负荷情况以及用户企业地理位置，建设两组“两供一备”单环网，为已入驻和准备入驻企业提供双电源供电。
2.2智能分布式馈线自动化[7]
以“故障自动隔离，网架自愈重构”的新“二自”模式为建设方针，对本期乐城国际医疗旅游专区中压配电自动化建设以“智能分布式-速动型”馈线自动化为目的，建设“智能型”配电自动化。而智能分布式功能要求体现在如下五个方面：
1) 在拓扑保护快速隔离故障点后，配电终端不依赖子站和主站智能快速地投入开环点，自主恢复对非故障区域供电。
2) 宜具备自适应配电网络运行方式改变功能；当环网某节点因故障或检修等原因退出时，装置应自动重建网络拓扑，并在不依赖主站或子站的情况下，既能实现网络拓扑保护的选择性快速故障隔离，也能快速恢复非故障区域供电。
3) 具备异常处理功能，在通信中断、开关拒动等异常情况时，应闭锁相关回路FA功能；并自动切换到后备馈线自动化模式；
4) 具备故障处理过程自动生成FA动作信息功能，动作信息以SOE方式上报配电自动化主站；
5) 具备FA投退功能，可通过硬压板或者软压板方式投退FA功能。
3智慧运维
3.1配网通信
配电通信网络建设应结合地区配电网规模及应用需求，与配电网运行管理体制相适应，采用安全、可靠、开放、成熟、先进的技术，统筹利用专网通信和公网通信，满足配电自动化、计量采集等各类业务对通信通道的要求，提高配电网供电质量和运行管理水平。
应南方电网2017年发布《南方电网“十三五”智能电网发展规划研究报告》，大力强调智能电网建设要求，以及实现智能管理配电房，本期配网通信采用光通信方案。
配电通信网以地区供电局为单位建设，采用骨干层、接入层的分层结构，如图所示。本期站点属于接入层：
1）接入层采用光纤直连接入地区传输网，应配置二层网络设备；
2）接入层在已有可用光纤通道和方便铺设光纤的地方优先考虑光纤通信方式，采用无线5G公网通信作为辅助通信方式。
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3.2智能配电房在线监测
配电房智能化监测系统实现配电房内设备状态的实时监控、配电环境变化的实时监控及自我调节，并与相关应用系统进行信息集成，从而支持开展基于状态的差异化精益运维，有效减少运维人力需求和提升运维效率。
配电房智能化即建立一套智能配电室监测系统，实现对配电设备运行状态、配电站室安防及运行环境的综合智能检测。
1）实现配电设备运行状态的在线监测
以智能配电一体化综合处理终端为核心，通过接入开关柜、变压器、电缆和低压设备本体的监测装置和新增传感器（局放、振动、电气量等传感器），实现对配电设备运行状态的 在线监测。
2）实现设备运行环境的在线监控及自我调节
以智能配电一体化综合处理终端为核心，通过接入配电房、户外低压配电箱、电缆沟井、强电井等设施的监测传感器和控制器（温湿度、有害气体），实现对设备环境的在线监控，从而有效提升配电网运行环境的安全性和可靠性。
3）实现人身安全与火灾风险防控
通过应用智能门禁、视频、烟感、气体灭火器等装置，实现人身房安全与消防的防控。
3.3配网光缆在线监测
本工程在乐城站等3个站点部署分布式光纤测温设备，并在海南中调建设一套监测平台，将光纤测温设备以及该站点出线电力管沟的环境温度，纳入到实时集中的监测维护当中。系统连接示意图如图3所示。
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系统可实现以下功能:
1）实现对工作光纤的温度监测，对待测区域的温度进行 7×24 小时的实时监控，及时发现并定位过热点，同时配合监测平台能精确定位光缆过热点距离，保障及时、快速抢修及维护，提高电力管廊的安全；
2）设置多级定温报警，并且可以根据现场环境情况进行修正；为避免误报发生，在设定定温报警的同时，还可以设定温升速率报警，或定温和差温结合报警等多种报警模式；
3）根据系统平台提供多元化预警功能，监测平台可与现有管控系统进行对接，并整合的现行光缆拓扑、管廊信息在地图界面上综合呈现，实现综合监视的定制化、可视化，提供便捷化的呈现监控调度功能；
4）以该系统和相关接口作为基础和标准，当条件允许时能够在此基础上继续接入其他资源、业务平台及模块，进行多维度业务整合。
4智慧城市
光储充智慧停车场是智慧城市的体现之一。本项目在停车场建设一套光伏、储能及充电桩一体化系统项目应用。项目的建设内容包括：光伏发电系统、储能系统、充电桩系统、智能一体化站综合监控及能量管理系统、环境安防综合监测装置等。集成了自动化、信息化、智能化、互动化等多种新技术，是微电网跨技术领域、多系统协调集成的综合示范项目应用。
4.1系统架构
光储充一体化站系统结构可设计站层为10kV高压并网型/低压交直流混合型微电网，微电网母线通过进线开关接入10kV/0.4kV 的低压侧母线，支持并网/离网运行。储能系统、光伏发电系统和一体化直流充电机（60kW双向充电机）在同一直流母线上，然后通过光储一体机（双向变流器）接入0.4kV交流母线；液冷柔性充电堆系统（300kW）直接接入0.4KV交流母线。整套系统通过一体化能量管理系统综合协调控制运行，系统构架图如图4所示：
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图4 光储充一体化系统构架图
Fig. 4 Architecture of optical storage and charging integrated system
4.2系统方案
本方案为博鳌乐城国际医疗先行区社会停车场建设车棚光伏、储能装置、一体式双向DC/DC充电桩、液冷柔性充电系统为一体的交直流混合母线的光储充一体化充电站。
一体化站系统所包含的高低压柜、变压器、储能系统等全部集成于高防护等级的预制舱内。所有置于外部环境的设备均采用多次喷涂工艺，包含环氧富锌底漆、高固体份改性环氧漆、聚氨酯面漆三层漆面，进行有效的防锈、防腐蚀处理。一体化站所使用的设备、电力电子功率模块、控制板等进行特殊化处理。各系统内容如下：
1）储能系统采用564.48kWh磷酸铁锂电池，250kW额定输出功率，可持续供电2h以上，通过2个电池柜（含7路电池支路）与模块化PCS设备直接连接，避免电池柜之间的环流，当其中一路电池或PCS模块出现问题时，不影响储能装置的整体运行，保障系统的工作稳定性。储能站中的辅助系统包括UPS不间断电源系统、消防系统、温控系统、照明系统、监控系统等。
2）光伏系统采用185块135W铜铟镓硒薄膜组件，总功率24.975kW，采用滑轨式安装系统，安装在钢结构停车车棚顶部，具有美观、大方且防雨、防风等特点。车棚面积约180平方米，支持10辆充电车位，且所有钢结构件采用喷塑工艺、多次喷涂，包含环氧富锌底漆、高固体份改性环氧漆、聚氨酯面漆三层漆面，进行有效的防锈、防腐蚀处理。
3）充电桩系统采用1台300kW液冷充电堆和5台60kw一体式双向DC/DC充电桩。其中液冷充电桩采用分体式结构，由1台300kW的整流柜和5台单枪充电终端组成，采用柔性充电策略，每台充电终端功率范围0-150kW， 5台充电终端并发充电时，每个充电终端功率均分≥60kW；一体式直流充电桩采用双向DC\DC充电技术，每台充电桩功率≥60kW。
4）配置光储充一体化就地监控及能量管理机1套。EMS能量管理系统、动力源充电云系统和环境监测系统接入一体化管理系统，就地监控对微电网内部的分布式发电、储能装置和负荷状态进行实时综合监控，在微电网并网运行、离网运行和状态切换时，根据电源和负荷特性，对内部的分布式发电、储能装置和负荷能量进行优化控制，实现智能微电网的安全稳定运行，提高微电网的能源利用效率。支持就地监控及大屏幕展示。
5）本站设置一套环境监测系统，可实时测量停车场的气象条件，包括：风速、风向、辐照、温度等环境参数；硬件包含：风速传感器，风向传感器，日照辐射表，测温探头，控制盒及支架；采集环境数据可通过RS485通讯读取；实时将数据传送到监控系统，实时记录环境数据，并通过数据库，可储存停车场历史数据。
6）本站设置一套视频监测系统，可实时、全方位监视本一体化站范围内的所有设备运行状态、综合环境、停车位状态、充电桩状态等实时情景。硬件包含：高清视频球机，控制盒及支架等。实时将采集视频数据传送到一体化站控监控系统，实时循环录制环境，并通过数据库，可储存停车场历史数据（至少7天数据）。
5环境融合
根据先行区整体规划风格，提升户外电力设施外观与周边环境的融合度，建筑造型采用亚热带田园风格的设计手法，营造出淡雅、内敛的建筑气质，力求让建筑融入环境，成为整体环境的有机组成部分。
5.1开闭所建筑
本期新建的2座期智能化开闭所建筑风格为“山水田园”主题概念，实景效果如下图示。
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5.2智慧路灯
本期工程在文博街新增停车场建设5杆智慧路灯，其中3杆普通智慧路灯建设在文博街路边，2杆高档智慧路灯建设在停车场内。本项目智慧灯杆根据本地特色设计，具有较强的辨识度和标志性，能成为博鳌乐城的一大特色亮点，同时与博鳌乐城整体规划相融合。灯具造型简约、经济、实用、美观，便于安装和后期维护，注重绿色环保理念，各项指标符合国家现行的相关规范和标准执行。智慧路灯文博街建设效果图如图6所示。
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6结论
博鳌乐城智能电网在设计上保障了客户的可靠用电、提高了电网自身的运维效率，服务了智慧城市新体验，同时融入城市环境景观，充分体现了南方电网公司“以保障电网安全、提高运营效率、降低管理成本、改善客户服务、综合创造价值“的数字电网转型基本任务，引领这海南智能电网发展的方向。
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