智能電網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

楊錦云

（云南文山電力股份有限公司，云南 文山 663000）

引言

電網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，近年來(lái)，電網(wǎng)負(fù)荷快速增長(zhǎng)，大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)初步形成，電力市場(chǎng)運(yùn)行因素對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響H益顯現(xiàn)，加之受全球氣候變化的影響，極端氣候事件的出現(xiàn)會(huì)更加頻繁，冰災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、熱浪以及地質(zhì)災(zāi)害造成的影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重.這些都對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作提出了諸多新挑戰(zhàn)。

為了解決電力行業(yè)遇到的上述問(wèn)題.全球電力企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提出了“智能電網(wǎng)”的未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展理念，并積極推動(dòng)其建設(shè)和發(fā)展。但是截至目前，智能電網(wǎng)還處于初期研究階段，國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一而明確的定義。由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動(dòng)因素不同。不同國(guó)家的電網(wǎng)企業(yè)和組織都在以自己的方式來(lái)理解智能電網(wǎng)，對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行研究和實(shí)踐，各國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的思路、路徑和重點(diǎn)也各不相同。因此智能電網(wǎng)概念本身也在不斷發(fā)展、豐富和明晰中。作為倡導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)的美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)，對(duì)智能電網(wǎng)的定義是自愈、安全、集成、協(xié)同、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、交互。這個(gè)定義主要體現(xiàn)了美國(guó)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的3個(gè)重要要求：可靠性要求(自愈、安全、預(yù)測(cè))、經(jīng)濟(jì)與效益要求(優(yōu)化、協(xié)同、交互)、技術(shù)支撐要求(集成)。歐盟委員會(huì)對(duì)智能電網(wǎng)的定義內(nèi)容是：支持分布式和可再生能源的接人，更可靠安全電力供應(yīng)，面向服務(wù)的架構(gòu)，靈活的電網(wǎng)應(yīng)用，高級(jí)自動(dòng)化和分布式智能，負(fù)荷和電源的本地交互，以客戶(hù)為中心。從這個(gè)定義可以看出，歐盟國(guó)家主要反映了電網(wǎng)建設(shè)在對(duì)市場(chǎng)、能源和環(huán)境方面的要求，分布式電網(wǎng)則是歐盟電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，在智能電網(wǎng)建設(shè)中密切結(jié)合中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際情況，認(rèn)為智能電網(wǎng)就是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ) (中國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ))，將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和原有的輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它具有可充分滿足用戶(hù)對(duì)電力的需求和優(yōu)化資源配置、提高電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性、減小對(duì)環(huán)境的影響、保證電能質(zhì)量和減少電網(wǎng)的電能損耗等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。

1 智能電網(wǎng)的特點(diǎn)

盡管各國(guó)根據(jù)自身的國(guó)情對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)有著不同的重點(diǎn)和目標(biāo)，但是智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動(dòng)都是基于市場(chǎng)、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結(jié)為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。

1.1 自愈

自愈是智能電網(wǎng)的一個(gè)突出特征，也是電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要保證。它是指對(duì)于無(wú)論來(lái)自外部還是來(lái)自?xún)?nèi)部的對(duì)電網(wǎng)的損害，無(wú)需或僅需少量人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)中存在問(wèn)題元器件的隔離或使其恢復(fù)正常運(yùn)行，盡可能小地對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。通過(guò)進(jìn)行連續(xù)的評(píng)估自測(cè)。智能電網(wǎng)可以檢測(cè)、分析、響應(yīng)甚至恢復(fù)電力元件或局部網(wǎng)絡(luò)的異常運(yùn)行。

1.2 兼容

支持風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源的正確、合理的接人，適應(yīng)分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，做到“即插即用”，可以容納包含集中式發(fā)電在內(nèi)的多種不同類(lèi)型電源甚至是儲(chǔ)能裝置，滿足用戶(hù)多樣化的電力需求。

1.3 交互

電網(wǎng)在運(yùn)行中與用戶(hù)設(shè)備和行為進(jìn)行交互，將其視為電力系統(tǒng)的完整組成部分之一，可以促使電力用戶(hù)發(fā)揮積極作用，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)等多方面的收益，使需求側(cè)管理的功能更加完善，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)的交互和高效互動(dòng)。

1.4 協(xié)調(diào)

與批發(fā)電力市場(chǎng)甚至是零售電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，有效的市場(chǎng)設(shè)計(jì)可以提高電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和可靠性管理水平，電力系統(tǒng)管理能力的提升促進(jìn)電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)效率的提高。

1.5 高效

引人最先進(jìn)的信息和監(jiān)控技術(shù)。優(yōu)化設(shè)備和資源的使用效益，可以提高單個(gè)資產(chǎn)的利用效率，從整體上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和擴(kuò)容的優(yōu)化，降低其運(yùn)行維護(hù)成本和投資。

1.6 優(yōu)質(zhì)

在數(shù)字化、高科技占主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)模式下，電力用戶(hù)的電能質(zhì)量能夠得到有效保障，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的差別定價(jià)。

1.7 集成實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺(tái)和模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細(xì)化管理。

2 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 堅(jiān)強(qiáng)、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

堅(jiān)強(qiáng)、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是未來(lái)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。我國(guó)能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現(xiàn)狀所帶來(lái)的不利影響，我國(guó)制定了“西電東送”的政策，并開(kāi)展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送電等工程的實(shí)施建設(shè)。如何進(jìn)一步優(yōu)化特高壓和各級(jí)電網(wǎng)規(guī)劃成為需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、互聯(lián)大電網(wǎng)的形成.電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與脆弱性問(wèn)題越來(lái)越突出，對(duì)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)地提高了。只有靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)才能應(yīng)對(duì)冰災(zāi)、戰(zhàn)爭(zhēng)等突發(fā)災(zāi)害性事件對(duì)電網(wǎng)安全的影響

2.2 開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的能力：既包括識(shí)別故障早期征兆的預(yù)測(cè)能力，也包括對(duì)已經(jīng)發(fā)生的擾動(dòng)做出響應(yīng)的能力，其監(jiān)測(cè)范圍將大范圍擴(kuò)展、全方位覆蓋.為電網(wǎng)運(yùn)行、綜合管理等提供外延的應(yīng)用支撐，而不僅局限于對(duì)電網(wǎng)裝備的監(jiān)測(cè)。

2.3 高級(jí)讀表體系和需求仞l管理

智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對(duì)電網(wǎng)與用戶(hù)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)精確得知用戶(hù)的用電規(guī)律，從而對(duì)需求和供應(yīng)有一個(gè)更好的平衡。因此目前國(guó)外推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，一般以構(gòu)建高級(jí)量測(cè)體系為切人點(diǎn)。

高級(jí)讀表體系由安裝在用戶(hù)端的智能電表、位于電力公司內(nèi)的計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和連接它們的通信系統(tǒng)組成，近來(lái)，為了加強(qiáng)需求側(cè)管理，又將其延伸到用戶(hù)住宅內(nèi)的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(HAN)。這些智能電表能根據(jù)需要設(shè)定計(jì)量間隔，并具有雙向通信功能，支持遠(yuǎn)程設(shè)置、接通或斷開(kāi)、雙向計(jì)量、定時(shí)或隨機(jī)計(jì)量讀取。同時(shí)，高級(jí)讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)范圍的可觀性。不但可以使用戶(hù)參與實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)。而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諸如遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分時(shí)電價(jià)和用戶(hù)側(cè)管理等的更快和準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)，構(gòu)建智能化的用戶(hù)管理與服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)與用戶(hù)之問(wèn)基本的雙向互動(dòng)管理與服務(wù)功能以及營(yíng)銷(xiāo)管理的現(xiàn)代化運(yùn)行。隨著技術(shù)的發(fā)展.將來(lái)的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動(dòng)電力部門(mén)以其終端用戶(hù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行通信、運(yùn)行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號(hào)的整合。

2.4 智能調(diào)度技術(shù)和廣域防護(hù)系統(tǒng)

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，調(diào)度的智能化是對(duì)現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，是全面提升調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險(xiǎn)防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調(diào)控能力和公平友好市場(chǎng)調(diào)配能力的技術(shù)基礎(chǔ)。

調(diào)度智能化的最終目標(biāo)是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件保護(hù)和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復(fù)控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調(diào)度的核心是在線實(shí)時(shí)決策指揮，目標(biāo)是災(zāi)變防治，實(shí)現(xiàn)大面積連鎖故障的預(yù)防。

2.5 高級(jí)電力瞧子設(shè)備

電力電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的改善與控制，為用戶(hù)提供電能質(zhì)量滿足其特定需求的電力，同時(shí)它們也是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所以電力電子技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)應(yīng)用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓?fù)浜虳SP全數(shù)字控制技術(shù)，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)、智能電子裝置(IEDs)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、有源濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、故障電流限制器(FCL)以及高樂(lè)直流輸電(HVDC)所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統(tǒng)裝置 (如SVC和D-Statcom)等。

2.6 高級(jí)配電自動(dòng)化

高級(jí)的配電自動(dòng)化(ADA)將包含系統(tǒng)的監(jiān)視與控制、配電系統(tǒng)管理功能和與用戶(hù)的交互(如負(fù)荷管理、量測(cè)和實(shí)時(shí)定價(jià)等)。通過(guò)與智能電網(wǎng)的其他組成部分的協(xié)同運(yùn)行，ADA既可改善系統(tǒng)監(jiān)視、無(wú)功與電壓管理、降低網(wǎng)損和提高資產(chǎn)使用率，也可輔助優(yōu)化人員調(diào)度和維修作業(yè)安排等。

為此，ADA需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

(1)系統(tǒng)全部元件必須在一個(gè)開(kāi)放式的通信體系結(jié)構(gòu)內(nèi)并具有協(xié)同丁作能力。

(2)將使f}H經(jīng)由分布式計(jì)算的局部分布式控制。

(3)使用傳感器、通信系統(tǒng)和分布式的計(jì)算主體，對(duì)電力交換系統(tǒng)上的擾動(dòng)快速做出反應(yīng)，以使其影響最小化。

在局部分布式控制的概念中，在全配電系統(tǒng)層面上使用分布式的配電運(yùn)行中心和中央配電控制中心。中央配電控制中心將監(jiān)視全配電系統(tǒng) (包括遍布配電系統(tǒng)和其他局部代理的嵌入智能電力電子裝置)的微處理器，協(xié)調(diào)其分布式的控制能力。中央配電控制中心將同輸電層面的控制相協(xié)調(diào)，監(jiān)視全系統(tǒng)的潮流；它也負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)在配電層面上DER與在輸電層面上的大型發(fā)電機(jī)的電壓管理、無(wú)功管理、應(yīng)急處理和系統(tǒng)恢復(fù)等 而局部的配電運(yùn)行中心將控制局部系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化功能，如故障定位、隔離和服務(wù)恢復(fù)(FLIR)、多重網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)(MFR)、繼電保護(hù)再整定(RPR)和電壓／無(wú)功優(yōu)化控制(VVC)等。

2.7 可再生能源和分布式能源接入

分布式能源(DER)包括分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能，其中分布式發(fā)電技術(shù)包括：微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、燃料電池技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等；分布式儲(chǔ)能裝置包括蓄電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。配電網(wǎng)中的DER由于靠近負(fù)荷中心，降低了對(duì)電網(wǎng)擴(kuò)展的需要.并提高了供電可靠性，因此被廣泛采用。特別是有助于減輕溫室效應(yīng)的分布式可再生能源，在許多國(guó)家政府政策上的大力支持下，得到了迅速增長(zhǎng)。在我國(guó)，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠(yuǎn)地區(qū)大容量集中開(kāi)發(fā)，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，會(huì)對(duì)可靠供電造成沖擊，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)無(wú)法適應(yīng)可再生能源集中開(kāi)發(fā)和利用，這就需要解決風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)的間歇性、不確定性問(wèn)題，保證電力的大規(guī)模接入和遠(yuǎn)距離送，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰(zhàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)特色的智能電網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文介紹了智能電網(wǎng)的發(fā)展背景、定義和特征、應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，詳細(xì)討論了智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，希望可以對(duì)智能電網(wǎng)的了解和研究有所幫助。

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