湖南堅強智能電網(wǎng)建設(shè)初探

劉定國，趙永生

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

湖南堅強智能電網(wǎng)建設(shè)初探

劉定國，趙永生

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙 410007）

分析湖南電網(wǎng)面臨的形勢和湖南電網(wǎng)智能化建設(shè)的基礎(chǔ)?；诖耍ㄟ^規(guī)劃研究，提出湖南堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展總目標及分階段目標。最后對智能電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟社會效益進行簡要分析。

堅強智能電網(wǎng);總目標;分階段目標;經(jīng)濟社會效益

1 湖南電網(wǎng)智能化建設(shè)面臨的形勢

當前，湖南電網(wǎng)發(fā)展面臨新的形勢:一是電力需求快速增長，要求加快電網(wǎng)建設(shè)，不斷提高安全運行水平和供電質(zhì)量。同時，湖南電網(wǎng)主網(wǎng)架仍然薄弱，抵御嚴重自然災(zāi)害的能力亟需加強，城農(nóng)網(wǎng)供電水平有待進一步提高。二是湖南省能源資源相對匱乏，作為華中電網(wǎng)的主要受端電網(wǎng)之一，隨著我省工業(yè)的發(fā)展，用電缺額將逐漸增大。這就要求加快湖南電網(wǎng)技術(shù)升級，積極配合特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，很好地把湖南電網(wǎng)納入“三華”同步電網(wǎng)，以實現(xiàn)電力資源大范圍優(yōu)化配置。三是應(yīng)對氣候變化和能源變革，要求建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，推動能源資源的清潔高效利用。湖南省能源消費以煤為主，必須高度重視省內(nèi)煤炭儲量消耗速度過快及溫室氣體排放。大型電源基地 (如核電)和分布式電源(如風(fēng)電、太陽能)有機結(jié)合，大力發(fā)展可再生能源，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，促進節(jié)能減排。由于風(fēng)電、太陽能發(fā)電具有隨機性和間歇性的特征，水電具有明顯的季節(jié)性特征，客觀上要求加快建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，大幅提高電網(wǎng)交換能力和安全穩(wěn)定水平，適應(yīng)各類電源，尤其是可再生能源接入和送出需要。

2 湖南電網(wǎng)智能化建設(shè)基礎(chǔ)

為適應(yīng)湖南社會經(jīng)濟發(fā)展對湖南電網(wǎng)快速可持續(xù)發(fā)展的要求，近年來，湖南省電力公司深入開展了現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)運行管理的相關(guān)研究和實踐工作，部分項目已進入試點階段，特別是在電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)方面，大量科研成果已轉(zhuǎn)化并廣泛應(yīng)用到實際工程中，部分電網(wǎng)技術(shù)和裝備已處于國際領(lǐng)先水平，為建設(shè)堅強智能電網(wǎng)提供了堅實的技術(shù)支撐和設(shè)備保障，積累了豐富的工程實踐經(jīng)驗。

在發(fā)電環(huán)節(jié)，按照國家電網(wǎng)和華中電網(wǎng)的統(tǒng)一部署，完成了絕大部分接入220 kV及以上電網(wǎng)的發(fā)電機及其勵磁、調(diào)速系統(tǒng)的實測參數(shù)和建模以及PSS整定投入、一次調(diào)頻試驗投入工作;基本上實現(xiàn)了基于EMS數(shù)據(jù)的一次調(diào)頻監(jiān)控系統(tǒng);重要電廠均已實現(xiàn)AGC控制，省調(diào)直調(diào)電廠中已有半數(shù)電廠具備AVC功能;風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電等新能源裝機容量在逐步提升。

在輸電環(huán)節(jié)，已初步開展了輸電線路風(fēng)偏、弧垂、桿塔傾斜、故障測距等監(jiān)測工作;雷電定位系統(tǒng)覆蓋率理論上已達95%以上;輸電線路冰情監(jiān)測系統(tǒng)基本上覆蓋到了全省重點覆冰區(qū);110 kV及以上輸電線路已完全按照國家電網(wǎng)公司的要求全面開展了狀態(tài)檢修工作;靜止無功補償器 (SVC)等FACTS裝置在湖南電網(wǎng)也得到了應(yīng)用。

在變電環(huán)節(jié)，正在開展智能變電站試點工程的建設(shè)。在運變電站已經(jīng)廣泛采用變電站綜合自動化系統(tǒng)，大部分實現(xiàn)無人值班和集中運維;結(jié)合公司信息化SG186工程建設(shè)，正在開展資產(chǎn)全壽命周期管理體系建設(shè)，梳理制定了資產(chǎn)全壽命管理各環(huán)節(jié)的制度、標準，建立資產(chǎn)全壽命周期管理績效評估和持續(xù)改進的工作機制，初步形成符合公司發(fā)展戰(zhàn)略的資產(chǎn)全壽命成本管理業(yè)績考核體系;已初步開展變電站一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測試點工作。

在配電環(huán)節(jié)，編制的長沙河西麓谷先導(dǎo)區(qū)配網(wǎng)自動化試點方案已通過了國家電網(wǎng)公司的審查。全省配電自動化系統(tǒng)建設(shè)尚未開展，近年省內(nèi)已有部分地市局在城市配電網(wǎng)開展了前期探索工作;分布式電源發(fā)展和微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段。

在用電環(huán)節(jié)，已初步構(gòu)建了適應(yīng)新形勢發(fā)展要求的集約化營銷管理體系和標準化的營銷業(yè)務(wù)組織模式;穩(wěn)步推廣國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一建設(shè)的營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)了營銷業(yè)務(wù)的標準化應(yīng)用;通過近幾年建設(shè)客戶電能信息自動采集系統(tǒng)，自動采集覆蓋率逐年提高，目前，營銷口徑的專變覆蓋率已提前完成了國家電網(wǎng)公司“十一五”分解指標，用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模、集中度、運行效果在國家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)都處于前列。電動汽車充放電設(shè)施試點工程正在建設(shè)當中，預(yù)計2010年底將全省范圍內(nèi)將建成3座充電站、300個充電樁。

在調(diào)度環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)視和控制方面，已投運電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) (WAMS)一期工程，PMU已經(jīng)完成30多個布點;為建立健全電網(wǎng)穩(wěn)定管理機制，省調(diào)統(tǒng)一為各地調(diào)配備了開展電網(wǎng)穩(wěn)定計算分析的軟件和硬件，并建立了電網(wǎng)安全穩(wěn)定并行計算平臺;結(jié)合新EMS工程，2009年內(nèi)投運湖南電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定評估及預(yù)防控制系統(tǒng)(TSA)，實現(xiàn)電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定計算預(yù)防控制與決策等功能;在電網(wǎng)安全控制裝置方面，500 kV系統(tǒng)已經(jīng)全部采用微機穩(wěn)定控制裝置，220 kV系統(tǒng)中新建項目均采用微機穩(wěn)定控制裝置。在電網(wǎng)計算參數(shù)測試方面，省調(diào)開展了負荷特性調(diào)研項目，客觀分析和把握了電網(wǎng)的負荷特性。

在通信信息平臺建設(shè)環(huán)節(jié)，形成了以光纖通信為主，微波、載波等多種通信方式并存的通信網(wǎng)絡(luò)格局;以SG186工程為代表的國家電網(wǎng)信息化建設(shè)已取得階段性成果，ERP、營銷、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)已完成試點建設(shè)和推廣。

3 湖南堅強智能電網(wǎng)發(fā)展目標

3.1 總體發(fā)展目標

遵循國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略目標，并堅持國家電網(wǎng)公司“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設(shè)”的原則，根據(jù)湖南電網(wǎng)的特點和發(fā)展趨勢，湖南電網(wǎng)智能化建設(shè)的總體發(fā)展目標為:建設(shè)以特高壓和500 kV超高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅強，智能化技術(shù)涵蓋電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)，智能化水平國內(nèi)領(lǐng)先，同時又符合湖南實際的堅強智能電網(wǎng)。目標具體體現(xiàn)在以下方面:①提高資源優(yōu)化配置能力;②提升安全穩(wěn)定運行水平;③適應(yīng)并促進清潔能源發(fā)展;④實現(xiàn)高度智能化的電網(wǎng)調(diào)度;⑤實現(xiàn)電網(wǎng)管理信息化和精益化，滿足“三集五大”體系建設(shè)要求;⑥滿足電動汽車等新型用戶的電力服務(wù)需求;⑦實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)之間的透明開放和友好互動。

3.2 分階段發(fā)展目標

(1)規(guī)劃試點階段 (2009—2010年)目標

開展堅強智能電網(wǎng)規(guī)劃工作，完成湖南電網(wǎng)智能化規(guī)劃。就智能電網(wǎng)所包含的各個環(huán)節(jié)智能化建設(shè)內(nèi)容，開展關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性、共用性技術(shù)研究工作，加強基礎(chǔ)能力建設(shè)，進行技術(shù)和應(yīng)用試點，全面積累實踐經(jīng)驗，為下一階段建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

大力推進常規(guī)電源網(wǎng)廠協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，完成AGC和AVC功能升級，火電廠按計劃逐步實現(xiàn)全廠AGC控制，AVC實現(xiàn)電廠60%覆蓋，初步建成湖南省全網(wǎng)主力機組受控AVC體系;形成合理的機組調(diào)峰機制和評價指標體系。積極配合國家電網(wǎng)公司，做好建設(shè)陜北—長沙特高壓交流的前期工作;加強各級電網(wǎng)建設(shè)，進一步優(yōu)化區(qū)域骨干網(wǎng)架;開展輸電線路防災(zāi)實驗室的建設(shè)，完善輸電線路冰情狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，并開展其它環(huán)境參數(shù)和運行狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警的研究。建成110 kV智能變電站試點工程，并啟動220 kV智能變電站試點工程建設(shè);研究和推進變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的使用;推進500 kV變電站運行集約化;深入開展輸變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作;逐步開展資產(chǎn)全壽命周期管理工作。開展用電信息采集系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作，完成電動汽車充電設(shè)施試點工程。開展智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)和大電網(wǎng)運行監(jiān)控、安全預(yù)警及智能決策系統(tǒng)的研發(fā)和試點建設(shè)。建成SG186工程并開展深化應(yīng)用。

(2)全面建設(shè)階段 (2011—2015年)目標

滾動修訂完善電網(wǎng)智能化規(guī)劃，全面推進堅強智能電網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)智能化建設(shè)的協(xié)調(diào)有序快速推進;加快特高壓交直流電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用;電網(wǎng)運行和管理體制改革持續(xù)深化，基本滿足智能電網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)和運行的需要，“十二五”末電網(wǎng)智能化達到較高水平。

全面實現(xiàn)常規(guī)電源網(wǎng)廠協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，AVC實現(xiàn)電廠100%覆蓋，建成我省全網(wǎng)受控AVC體系，推廣應(yīng)用發(fā)電機組調(diào)峰性能評價指標。建成長沙特高壓1000 kV變電站，湖南電網(wǎng)緊密融入堅強的“三華”特高壓同步電網(wǎng)，完善輸電線路防災(zāi)實驗室的功能，全面推進輸電線路環(huán)境參數(shù)和運行狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警建設(shè)。全面推廣智能變電站的建設(shè)，推廣變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，全面完成500 kV變電站運行集約化，全面開展輸變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修工作，完成資產(chǎn)全壽命周期管理工作。完成省會長沙及部分地級城市的配電自動化系統(tǒng)建設(shè)。完成用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)，進一步推進電動汽車充電設(shè)施的建設(shè)。在部分地級城市完成雙向互動服務(wù)應(yīng)用?；窘ǔ芍悄茈娋W(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)、國家電網(wǎng)資源計劃系統(tǒng) (SG-ERP)。

(3)引領(lǐng)提升階段 (2016—2020年)目標

在全面建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展，進一步完善和提升堅強智能電網(wǎng)的綜合水平，引領(lǐng)智能電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展。到2020年基本建成湖南堅強智能電網(wǎng)。

常規(guī)機組快速調(diào)節(jié)和深度調(diào)峰等靈活運行技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，運行靈活性顯著提升，常規(guī)機組深度調(diào)峰的能力達到近50%。特高壓交直流工程的進一步推進，湖南電網(wǎng)緊密聯(lián)入“三華”同步電網(wǎng)。輸電線路防災(zāi)實驗室的功能全面完善和提升，全省主要輸電線路均實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)和運行狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警。全面實現(xiàn)變電站的智能化建設(shè)和改造。全面推廣使用變電設(shè)備綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。建立智能化設(shè)備的運行管理體系，在湖南省14個地級城市建成具有自愈、靈活、可調(diào)能力的智能配電網(wǎng)，雙向互動服務(wù)得到推廣。全面建成智能用電服務(wù)體系、公司系統(tǒng)一體化智能調(diào)度體系、國家電網(wǎng)資源計劃系統(tǒng) (SG-ERP)，信息化整體水平達到國際先進。

4 社會經(jīng)濟效益分析

智能電網(wǎng)的建設(shè)，將大大提高能源輸送效率，促進可再生能源的利用，減少污染物排放。此外，堅強智能電網(wǎng)將推動蓄能電池充放電技術(shù)的發(fā)展，從而加速電動汽車的發(fā)展，減少溫室氣體排放。初步分析，2020年湖南省全面建成智能電網(wǎng)后，提高輸電和終端使用效率減排CO2約1 700萬t，推動可再生和清潔能源開發(fā)利用減排CO2約3 400萬t，電動汽車應(yīng)用減排約30萬t。

堅強智能電網(wǎng)可以通過創(chuàng)新營銷策略實現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶的雙向互動，實現(xiàn)有效的“需求側(cè)響應(yīng)”，提高電能終端使用效率，促進用電側(cè)節(jié)能;通過引導(dǎo)用戶將高峰時段的用電負荷轉(zhuǎn)移到低谷時段，降低高峰負荷，提高用電負荷率，增加機組和輸變電設(shè)施的利用小時數(shù)，進而穩(wěn)定發(fā)電機組出力，降低火電機組發(fā)電煤耗，促進發(fā)電側(cè)節(jié)能;通過采用特高壓輸電技術(shù)、智能設(shè)備和優(yōu)化調(diào)度，提升電網(wǎng)輸送效率，降低電能輸送過程中的損失;提高跨區(qū)輸電能力，減少水電站棄水電量。

堅強智能電網(wǎng)建設(shè)將促進電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，大幅度提高可替代化石能源的比例，推動核電的快速發(fā)展，促進生物質(zhì)、風(fēng)電、太陽能等可再生能源的發(fā)展。初步分析，2020年湖南省全面建成智能電網(wǎng)后，全省每年可節(jié)約標準煤586萬t，替代標準煤1 208 萬 t。

發(fā)展堅強智能電網(wǎng)，可以使電力用戶、發(fā)電企業(yè)都取得更好的綜合經(jīng)濟效益。主要表現(xiàn)在:減少電力用戶電費支出，增加供電可靠性;提升輸電效率、減少運行維護和建設(shè)成本，降低電網(wǎng)企業(yè)的綜合運營成本;減少發(fā)電裝機投資，提升發(fā)電設(shè)備壽命，降低發(fā)電企業(yè)的綜合運營成本。同時，還可帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進經(jīng)濟增長、拉動社會勞動就業(yè)。堅強智能電網(wǎng)建設(shè)將有效帶動信息、通信、裝備制造、智能家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為占領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)制高點提供平臺，帶動社會經(jīng)濟發(fā)展。

5 結(jié)論

遵循國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一部署，建設(shè)好湖南堅強智能電網(wǎng)，將有效推動建立適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求的能源生產(chǎn)方式和消費方式，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源比重，推進產(chǎn)業(yè)升級，發(fā)展低碳經(jīng)濟;將有利于實現(xiàn)資源的高效利用與環(huán)境友好。一個“堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動”的堅強智能電網(wǎng)，將會為湖南經(jīng)濟的平穩(wěn)快速發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會做出貢獻。

〔1〕國家電網(wǎng)公司.統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)綜合研究報告〔R〕.2009.

〔2〕國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)智能化規(guī)劃總報告〔R〕.2010.

TM76

B

1008-0198(2011)03-0042-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.013

2010-10-09

劉定國(1979— )，男，湖南益陽人，碩士，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與分析、智能電網(wǎng)研究等工作。

趙永生(1964— )，男，高級工程師，副總工程師，主要從事繼電保護專業(yè)工作。