淺析智能電網(wǎng)及核心技術(shù)

劉偉

（大同供電分公司左云支公司，山西 左云 37100）

由于世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展對(duì)能源的依賴(lài)性，造成當(dāng)今世界能源危機(jī)、資源緊張、環(huán)境日趨惡化，使人類(lèi)的生存與發(fā)展面臨著前所未有的壓力與挑戰(zhàn)。如何在有限的資源中尋求一個(gè)新的支點(diǎn)，尋求一條環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)能夠協(xié)調(diào)發(fā)展的道路，讓人類(lèi)在發(fā)展自我的過(guò)程中保持與自然的和諧，這是全人類(lèi)共同的責(zé)任。面對(duì)這一課題，科學(xué)家們提出了智能電網(wǎng)的研究及建設(shè)，由此，積極發(fā)展智能電網(wǎng)已成為當(dāng)今世界電力發(fā)展的新趨勢(shì)。

一、智能電網(wǎng)的內(nèi)涵

智能電網(wǎng)（smart power grids），是利用傳感器連接更多的資產(chǎn)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電、配電、輸電、供電等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并把獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析挖掘，達(dá)到優(yōu)化管理整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行、降低成本、提高效率、節(jié)能降損、實(shí)現(xiàn)環(huán)境清潔和友好的目的。智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。

中國(guó)式的智能電網(wǎng)，首先要滿(mǎn)足電力負(fù)荷的需求，在前期要保證輸電、變電的智能化建設(shè)，要保證供電安全可靠性，要滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)意義和節(jié)能，最后要保證電能質(zhì)量和可再生能源的接入。

二、智能電網(wǎng)的特點(diǎn)

1、自愈。自愈性是指電網(wǎng)維持自身穩(wěn)定運(yùn)行、評(píng)估薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)對(duì)緊急狀態(tài)的能力，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的主要功能。SG能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)、分析電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患；在盡量少的人工干預(yù)下，快速隔離故障、自我恢復(fù)，最小化或避免用戶(hù)的供電中斷，避免大面積停電事故的發(fā)生。

2、安全。安全性是指電網(wǎng)抵御外部破壞的能力，SG能更好地對(duì)人為或自然發(fā)生的擾動(dòng)做出辨識(shí)與反應(yīng)，有效抵御自然災(zāi)害、外力破壞和計(jì)算機(jī)攻擊等不同情況對(duì)電力系統(tǒng)的攻擊傷害，保證人身、設(shè)備和電網(wǎng)的安全。

3、兼容。支持風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源的正確、合理的接入，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(mǎn)足用戶(hù)多樣化的電力需求。

4、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)。

5、高效。高效運(yùn)營(yíng)和管理是指電網(wǎng)提高設(shè)備利用率、減少線損、降低運(yùn)營(yíng)成本的能力。SG能夠優(yōu)化資源配置，降低運(yùn)行維護(hù)成本和投資，提高設(shè)備傳輸容量和利用率；在不同區(qū)域問(wèn)進(jìn)行及時(shí)調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口；支持電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求，實(shí)行動(dòng)態(tài)的浮動(dòng)電價(jià)制度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

6、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。

三、智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1、參數(shù)量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。

對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系（WAMS）、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲(chǔ)存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

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

要形成集成的通信系統(tǒng)，一方面要通過(guò)各種載體實(shí)現(xiàn)更多信息和應(yīng)用的連接和集成，使數(shù)據(jù)在發(fā)電、輸電、配電和用戶(hù)等不同主體及各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)之間高速傳遞。通信技術(shù)的研究主要包括：通信方式的多樣化，合理使用互聯(lián)網(wǎng)、光纖、衛(wèi)星、無(wú)線、第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3rdgeneration，3G)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等通信方式；精確的數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)和同步能力；重視電磁兼容，降低對(duì)外部的輻射和電磁干擾；提高抵御外部通信干擾的能力。除此之外，還需要發(fā)展和實(shí)施被使用者、供應(yīng)商和其他主體廣泛接受的通信標(biāo)準(zhǔn)。目前，只在配電站自動(dòng)化等有限領(lǐng)域建立了通信標(biāo)準(zhǔn)，而需求側(cè)響應(yīng)、電力線通信等的通信標(biāo)準(zhǔn)正在研究中，標(biāo)準(zhǔn)化工作還需要繼續(xù)加強(qiáng)。

3、高級(jí)讀表體系和需求側(cè)管理

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。

4、智能調(diào)度技術(shù)

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，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)。

現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)面臨著許多問(wèn)題，包括非自動(dòng)、信息的雜亂、控制過(guò)程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策困難等。為適應(yīng)大電網(wǎng)、特高壓以及智能電網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行管理要求，實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)的科學(xué)決策、電網(wǎng)運(yùn)行的高效管理、電網(wǎng)異常及事故的快速響應(yīng)，必須對(duì)智能調(diào)度加以分析研究。

5、高級(jí)電力電子技術(shù)

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(mǎn)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、靜止同步補(bǔ)償器、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。

6、分布式能源接入技術(shù)

分布式電源（DER）的種類(lèi)很多，包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏電源、燃料電池和儲(chǔ)能裝置（如飛輪、超級(jí)電容器、超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)、液流電池和鈉硫蓄電池等）。一般來(lái)說(shuō)，其容量從1kW到10MW。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，因此得到廣泛采用。

結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備和高級(jí)元器件等為基礎(chǔ)，引入通信、自動(dòng)控制和其他信息技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造，將能源資源的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)換、發(fā)電、輸電、配電、供電以及各種用電、用能設(shè)備信息化、聯(lián)網(wǎng)化和智能化整合，解決各種能源資源之間的優(yōu)化平衡、各種電源轉(zhuǎn)換之間的優(yōu)化平衡、各種能源需求之間的優(yōu)化平衡，從而提高能源資源的利用效率、能源設(shè)備的使用效能、能源投資的經(jīng)濟(jì)效益以及節(jié)能減排的實(shí)際效果，最終達(dá)到電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加安全可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能減排這一根本目標(biāo)。

【1】韓曉平.《電力需求側(cè)管理》.2009年第2期.

【2】鄧慧瓊,李爭(zhēng),孫麗華,候桂祥.《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》.2009年第34期.