太平洋西北国家实验室的高级配电管理系统
本文是“先进能源”系列论文，探讨了不断演变的配电运营板块的各个关键方面，以及定义未来成功电力公用事业所需的变革。来自国家实验室和能源输送行业的作者们将展示他们在实施解决方案方面的经验，同时使我们能够看到定义未来电网运营的新兴技术和概念架构。
几年前，一群经验丰富的配电系统运营商和来自美国头部公用事业公司的工程师聚集在休斯敦CenterPoint Energy公司的会议室中，参加了由能源部赞助的“经验之声”，讨论如何应用新技术，改善配网运营。
能源部代表参观CenterPoint Energy的技术中心，2015年4月。
他们通过实施与评估新的电网技术，就如何更好地集成其系统和数据以改变其配电业务交换了看法。特别是一些已经开始采购和部署高级配电管理系统（ADMS）的公用事业公司分享了他们的经验和教训。这些技术获得了美国“复苏与再投资法案（ARRA）”智能电网投资基金的资助。
高级配网管理系统（ADMS）是一个统称，它包含一个集成的软件平台，以支持广泛的配网管理和优化应用。ADMS包含许多功能，这些功能可以实现停电管理和响应，同时还可以优化配电网的性能。因此，在讨论中出现的共同话题是，实现高级配电管理功能是一项复杂、耗时且昂贵的工作，尤其是不同系统和数据源的集成。
ADMS=DMS+OMS，以及ADMS与其它系统的交互。图片来源：Austin Energy
从过去的五年快进到今天，对高级配网管理需求的驱动力正在加速。客户对优质服务的期望比以往更高，电力公司在提供安全、可靠和负担得起的电源方面面临着一系列挑战。分布式能源（例如屋顶太阳能和电动汽车）的普及率不断提高，这给配电系统运营商带来了新的运营和规划难题。配网运营商必须在电力供需之间保持连续的平衡，确保电能质量并在双向潮流、负载波动加剧和电网边缘生态系统快速变化的情况下保护昂贵的设备。更加复杂的是，电网运营商正在管理越来越多的智能设备以及它们产生的大量数据。
要在这种新常态下取得成功，就需要无处不在的传感和通信，以监视整个输配电领域一直到客户侧（也称为电表背后的系统BTM）的电网状况。运营商还需要通过系统、分析和算法的组合架构来管理这些领域，这些架构基于智能和控制以最好地支持用例需求。使用当今使用的常规方法和机制无法完成许多工作。作为一个行业，我们需要利用诸如物联网（IoT）、云和人工智能/机器学习（AI / ML）之类的新技术，同时仍要保持系统的安全性和完整性，并保护客户的隐私。简而言之，它需要大规模的智能协调控制。
译者短评：数字化转型是一个过程，并不是目标。配网的数字化——其目的仍然是：更高的可靠性、弹性，使用更多的清洁能源、协调控制不同类型的灵活性资源。因此，不同国家、不同地区的电力公用事业完全不需要考虑相同的ADMS，应该根据自身的特点和配网发展的现状决定优先采用哪些功能。
具体转型的幅度还需要重新考虑配网规划和运营规程。这种新规程应包括一个不断更新且准确的电力系统网络模型（区分已建成和已运行），用于交换数据的标准化应用程序接口（API），以及高级应用以利用丰富的数据和真实完善的模型。它还要求采用新的控制规程，基于最佳架构（集中式、分散式或分布式）的集成解决特定问题。此类增值应用程序包括诸如需求预测、电压无功优化（VVO）、威胁/入侵检测、损害评估以及在电网边缘提高的态势感知能力。
每个公用事业公司都以自己的方式转向ADMS，但是，共同的考虑因素和挑战决定了会采用哪种战略，这些因素和挑战包括：
·公用事业的类型：IOU（投资者拥有的公用事业）、市政公用事业和合作社都具有不同级别的资源，其人力资源的能力也不同（IT和电力系统）。其实大家也在努力解决不同的问题。例如，IOU可能管理多个地区、具有庞大客户群，会首先寻求解决通用的问题。另一方面，市政公用事业和合作社（尤其是较小的合作社）可能有更具体的问题，需要针对某个点的解决方案。
·微电网：仍然是一种不常见的资产，一些微电网由公用事业公司拥有，而另一些则由第三方拥有。但是，在美国大陆，微网大部分时间仍与电网连接。因此，必须针对两种不同的操作方案对它们进行管理——一种用于电网连接，另一种用于孤岛运行。
·多维问题：以VVO为例，解决方案不仅取决于引起电压无功问题的电网现状，而且还取决于确定问题根源时，可用于解决根本问题的控制措施。因此，一种算法解决方案可能无法解决所有VVO问题，或无法每次都成功。
·网状或辐射状配网：解决方案将需要考虑其管理的配网类型，因为网状配置具有多个路径，因此解决同一问题有多个选项。但是，辐射状配网的可用选项有限，由于馈线之间的交叉连接较少（或没有）。
·分布式能源DER的渗透：在某些公用事业领域中，很大一部分负载波动率和随之而来的可变性是由增加基于逆变器的资源造成的。因此，公用事业公司不同的DER高渗透率会对ADMS的规划有着显着不同。
尽管每个公用事业都将具有独特的ADMS应用组合，但是从时间、成本和资源的角度来看，每个公用事业部署定制解决方案以集成海量配网边缘设备的想法是不可持续的。作为一个行业，我们需要在合理的情况下进行标准化，以经济有效地集成不断增长的多样性DER、边缘设备和数据流。例如，标准化的API使应用程序能够相互通信和交换数据，这是重要的一步，它将简化部署和集成，而又不损害公用事业公司根据其最紧迫的需求定制其ADMS解决方案的灵活性。这种方法在其他行业中非常普遍，典型的例子是使用USB协议可以在计算机与几乎所有的虚拟设备之间进行通信。
