智能配電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展綜述

梁奎 王鵬

摘 要：智能電網(wǎng)是國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)智能電網(wǎng)的含義及其特點(diǎn)進(jìn)行闡述。不僅對(duì)國(guó)外智能電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)情況的總結(jié)，而且對(duì)我國(guó)電網(wǎng)進(jìn)行智能化建設(shè)而需要突破的技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；通信測(cè)量；控制；突破

智能電網(wǎng)的建設(shè)以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為基礎(chǔ)，為了滿(mǎn)足社會(huì)需求，并且是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，更是綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的必然結(jié)果。在國(guó)際電力技術(shù)論壇中智能電網(wǎng)這一全新的概念一經(jīng)提出，便被世界各國(guó)的電力行業(yè)精英關(guān)注。到目前為止現(xiàn)已經(jīng)有非常多的國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行智能電網(wǎng)方面的理論研究，并且在理論基礎(chǔ)的支持下，有相當(dāng)多的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大規(guī)模的建設(shè)智能電網(wǎng)，也已經(jīng)取得了很多成果和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

1 智能電網(wǎng)概念

1.1智能電網(wǎng)目標(biāo)

電網(wǎng)可靠運(yùn)行。電網(wǎng)安全運(yùn)行。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。環(huán)境友好。

1.2 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 通信技術(shù)

實(shí)時(shí)、高速、雙向的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。高速、雙向通信系統(tǒng)將智能化表計(jì)、智能化電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)以及用戶(hù)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)進(jìn)行管理，這樣就提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和資產(chǎn)利用率，增強(qiáng)電網(wǎng)抵御攻擊的能力，從而提升的電網(wǎng)價(jià)值。

1.2.2 量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)也是智能電網(wǎng)的重要組成之一。為了獲得電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，我們必須首先通過(guò)科學(xué)先進(jìn)的自動(dòng)化參數(shù)量測(cè)技術(shù)，然后將這些能夠反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的信息用計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換，最終得到能夠在智能電網(wǎng)各部門(mén)間輕松流通的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息能夠比較簡(jiǎn)單、完善的評(píng)估電網(wǎng)系統(tǒng)中電氣設(shè)備的運(yùn)行情況以及電網(wǎng)的安全性高低，通過(guò)遠(yuǎn)程控制對(duì)智能化表計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的讀取，還能根據(jù)數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)阻塞和故障，從而改善、消除電網(wǎng)運(yùn)行中的問(wèn)題和方便電網(wǎng)與用戶(hù)的互通等。

1.2.3 控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵之一。先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中通過(guò)分析、診斷、預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)，從而以合理的動(dòng)作以防止電網(wǎng)供電中斷以及保證電能質(zhì)量的穩(wěn)定性等方面的控制技術(shù)。先進(jìn)控制技術(shù)主要包括多閉環(huán)自動(dòng)化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)判斷和決策技術(shù)、高速數(shù)據(jù)解析和高速計(jì)算分析技術(shù)以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)搜集和動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)等。這些先進(jìn)的技術(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，然后技術(shù)人員根據(jù)數(shù)據(jù)判斷電網(wǎng)潛在的、現(xiàn)有的問(wèn)題并對(duì)其進(jìn)行處理。從而使電網(wǎng)運(yùn)行安全、高效、穩(wěn)定和環(huán)保的狀態(tài)。

2 智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破點(diǎn)

2.1 分布式能源的智能管理系統(tǒng)

分布式能源的智能管理系統(tǒng)：用戶(hù)側(cè)的能源綜合分配利用系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)主要包括分布式能源（DG）和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，同時(shí)還包含負(fù)荷側(cè)能量管理系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（CHP）。其中，分布式電源涵蓋風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、潮汐能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電等，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的能源則涵蓋內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、燃料電池、蓄電池等。然而當(dāng)在電網(wǎng)中加入大量的分布式能源后，由于電網(wǎng)中的能量形式、功率流向、信息流通量的大量改變，那么要進(jìn)行電網(wǎng)的控制將變的非常復(fù)雜。那么這就需要完成分布式能源的優(yōu)化管理、改善接入標(biāo)準(zhǔn)。為了解決對(duì)輸電成本高、對(duì)電能質(zhì)量要求高的集中電力用戶(hù)區(qū)域的供電成本高的問(wèn)題，我們可以先將分布式能源以微網(wǎng)的形式的接入大電網(wǎng)，然后再由大電網(wǎng)對(duì)這些區(qū)域供電，以此提高電網(wǎng)的供電可靠性，提高分布式電源利用效率等。

2.2 高度集成的通信系統(tǒng)

為了清楚完善的掌握電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，我們必須掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以此確保電網(wǎng)供電安全可靠性。如果智能電網(wǎng)具有實(shí)時(shí)、高效、雙向的快速的數(shù)字化通訊系統(tǒng)，就可以減少故障甚至是防止事故的發(fā)生。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的各種信息將其轉(zhuǎn)變成通信設(shè)備中的數(shù)字信息，然后將數(shù)字信息在各種量測(cè)裝置、控制設(shè)備和決策元件之間進(jìn)行相互流通，最終確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)的通信系統(tǒng)應(yīng)該具備3個(gè)關(guān)鍵能力：開(kāi)放式的數(shù)據(jù)流通、完善合理的通訊標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)與智能化設(shè)備之間通訊網(wǎng)絡(luò)的高度集成。

2.3 高級(jí)的智能化儀表體系和需求側(cè)管理

在智能電網(wǎng)中為了讓電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)部門(mén)和用戶(hù)之間交流以及對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，無(wú)論是發(fā)電側(cè)還是用戶(hù)側(cè)，都必須要有智能化的數(shù)字儀表，通過(guò)這些數(shù)字儀表，還可以實(shí)時(shí)變化的電價(jià)進(jìn)行計(jì)量，從而根據(jù)負(fù)載優(yōu)化電網(wǎng)中的電能分配。但是形成高級(jí)的智能化數(shù)字儀表系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：

2.3.1 為了讓電網(wǎng)運(yùn)行管理人員能夠準(zhǔn)備無(wú)誤的掌握電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)情況，以便使電網(wǎng)能夠更加安全穩(wěn)定的提供高質(zhì)量的電能，那么必須及時(shí)的、實(shí)時(shí)的獲取電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)信息。

2.3.2 用戶(hù)端的智能化儀表將根據(jù)電網(wǎng)中各部門(mén)之間的流動(dòng)數(shù)據(jù)信息，對(duì)電能實(shí)行實(shí)時(shí)計(jì)價(jià)，不同負(fù)載情況時(shí)有不同的電價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)載的優(yōu)化分配，這將減少用戶(hù)的支出，同時(shí)還能提高對(duì)電能資源的合理效率，從而實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)真正的互動(dòng)管理。

2.3.3 根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，迅速的檢測(cè)判斷系統(tǒng)故障，并且能夠遠(yuǎn)程控制設(shè)備開(kāi)斷以解除故障。

2.3.4 根據(jù)電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的運(yùn)行情況，評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)水平，從而減少電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的資源耗費(fèi)，降低電力電子設(shè)備損耗，降低線(xiàn)路維護(hù)、運(yùn)營(yíng)成本，減少電能的損耗以及降低對(duì)環(huán)境的污染。

2.4 先進(jìn)的監(jiān)控軟件和輔助決策體系

應(yīng)用智能電網(wǎng)中的先進(jìn)監(jiān)控軟件能夠全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)電網(wǎng)線(xiàn)路中所有的節(jié)點(diǎn)電壓、電流、相位角、功率因數(shù)、功率流向等數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)應(yīng)用合理的計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法，搜集和分析電網(wǎng)中的大量信息，得到電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而給出輔助決策，然后電網(wǎng)管理者根據(jù)決策做出合理的處置動(dòng)作，從而使電網(wǎng)在全面的監(jiān)控下健康穩(wěn)定的運(yùn)行。先進(jìn)科學(xué)的軟件監(jiān)控系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)的主要研究目標(biāo)是將集中方式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與分布式的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互結(jié)合，以達(dá)到相輔相成的作用，研究?jī)?nèi)容還包括美觀方便的可視化界面、合理的故障解決方案、科學(xué)的運(yùn)行控制方式、預(yù)測(cè)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的能力等方面。

2.5 新型的電網(wǎng)元件技術(shù)

新型的電網(wǎng)元件技術(shù)是我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展硬件方面的一個(gè)必須突破的關(guān)鍵性技術(shù)?，F(xiàn)階段新型的、納米級(jí)材料、以及先進(jìn)科學(xué)的數(shù)字化技術(shù)，根據(jù)智能電網(wǎng)在硬件方面的發(fā)展需求，為其量身設(shè)計(jì)、制造新一代的能夠符合智能電網(wǎng)要求的電力電子設(shè)備，新型的電力電子設(shè)備一經(jīng)應(yīng)用就要能夠極大的增加電網(wǎng)輸電能力、增強(qiáng)電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性以及及時(shí)、實(shí)時(shí)的檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然世界各國(guó)的電網(wǎng)能源組成和用戶(hù)情況大不相同，并且各國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)、建設(shè)情況也不一樣。但是各國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的重視程度都很高。

我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展起步比較晚，所以我們要在滿(mǎn)足用戶(hù)的基本用電的基礎(chǔ)上來(lái)發(fā)展智能電網(wǎng)，提高電網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)的能力。

智能電網(wǎng)的受益者是國(guó)家、用戶(hù)、發(fā)電商等。智能電網(wǎng)的應(yīng)用能夠起到節(jié)能減排的效果，因此發(fā)展智能電網(wǎng)可以節(jié)約能源，提高能源利用率，是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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[2]楊獎(jiǎng)利，毛昭元.智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)備研發(fā)方向需求分析.中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)智能電網(wǎng)工作委員會(huì).

[3]王月愛(ài).關(guān)于智能電網(wǎng)大戰(zhàn)的技術(shù)突破及智能變電站的探討.科學(xué)之友.

作者簡(jiǎn)介：梁奎，西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，碩士研究生，從事電力系統(tǒng)。