淺談智能電網(wǎng)技術(shù)

楊偉甜

摘 要：電力基礎(chǔ)設(shè)施是在19世紀和20世紀被設(shè)計的，它們是基于當時的科技并用于處理當時的需求的。然而當今，對于這個逐漸老化的基礎(chǔ)設(shè)施的需求在不斷增長，這只能通過對于負荷需求的預(yù)測和電力調(diào)度的控制來實現(xiàn)，這些都是智能電網(wǎng)有望實現(xiàn)的。因此，理想的智能電網(wǎng)被設(shè)計去重新調(diào)整這些問題。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；技術(shù)；分析

中圖分類號：D630 文獻標識碼：A

一、使用智能電網(wǎng)的理由

1 能源浪費

電力必須在產(chǎn)生的時候立即被使用，而消費者已經(jīng)習慣于在需要時就能使用電力。當今，這種結(jié)合要求電力公司在任何時候能夠產(chǎn)生足夠的電力來滿足電力需求。由于很難獲知準確的需求數(shù)據(jù)，電力公司需要產(chǎn)生多余需求的電力來防止意外的用電高峰并保證服務(wù)質(zhì)量。在這套供求系統(tǒng)中，當需求被高估時，造成電力的浪費，而在需求被低估時，會造成斷電。

2 可靠性

除了浪費之外，電網(wǎng)的可靠性可能會受到許多因素的影響。具體來講，電力供應(yīng)的電壓下降可能會引起電壓起伏及閃爍，而環(huán)境因素，從樹木倒下到雷暴和颶風會造成斷電。盡管這些可靠性問題多數(shù)發(fā)生在局部范圍，他們還是可能會引發(fā)更大的問題，影響到更廣泛的區(qū)域。

3 可再生能源

傳統(tǒng)的發(fā)電方式依靠無盡的、對環(huán)境沒有負面影響的能源。在這樣的情況下，中心化的、依靠無窮無盡的傳統(tǒng)能源的發(fā)電方式表現(xiàn)的很有優(yōu)勢。然而，有限的資源和對環(huán)境影響的關(guān)注正在驅(qū)使發(fā)電使用更加清潔和可再生的能源，比如風能和太陽能。不幸的是，這些清潔、可再生的能源在本地化和持續(xù)性方面有自己的問題。例如，太陽能電廠如果被建立在佛羅里達州，它就能夠產(chǎn)生大量的電力；然而，如果它被建立在南極洲，那它產(chǎn)生的電力就變得微不足道了。除此之外，當前的太陽能電廠在夜間和碰到諸如雷暴和颶風這類天氣的時候，都會停止發(fā)電，這時就需要使用替代能源來發(fā)電以滿足需求。綜上所述，當前的電網(wǎng)不能很好地適應(yīng)可再生能源。

二、智能電網(wǎng)概念

智能電網(wǎng)并不是一個單獨的設(shè)備、應(yīng)用、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，甚至不是一個單獨的理念。對于什么是智能電網(wǎng)這個問題，并沒有一個統(tǒng)一的官方定義。然而，各種各樣的組織，如美國能源部，北美電力可靠性公司，和智能電網(wǎng)技術(shù)平臺，給出的各自定義中，都遵循了一個主題：智能電網(wǎng)利用通信技術(shù)和信息技術(shù)來優(yōu)化從供應(yīng)者到消費者的電力傳輸和配電。下圖說明了智能電網(wǎng)的基本概念。除此之外，智能電網(wǎng)不是一個靜態(tài)的概念。它會隨著當今科技的泛著和新科技的產(chǎn)生而不斷發(fā)展。這些技術(shù)的類型、配置和實現(xiàn)，以及對相關(guān)信息的獲取、傳播和使用是實現(xiàn)智能電網(wǎng)安全和本書的主要關(guān)注方向。

三、智能電網(wǎng)的組件

為了達到預(yù)期的可靠、有效和使用清潔能源的配電，智能電網(wǎng)利用了多種科技。根據(jù)美國能源部的描述，以下技術(shù)被認為是關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域：

（1）集成雙向通信技術(shù)；（2）先進設(shè)備技術(shù)；（3）先進控制技術(shù)；（4）參數(shù)測量技術(shù)；（5）決策支持技術(shù)。

四、智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用分析

1 集成雙向通信技術(shù)

雙向通信使得操作者能實時地監(jiān)控和操作電網(wǎng)的組件。這種通信提升了操作者操縱電網(wǎng)的能力。例如，在現(xiàn)在的電網(wǎng)中，操作者不能發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)斷電，除非收到了消費者的提示，通常是通過電話聯(lián)系到消費者支持中心。在智能電網(wǎng)中，操作者能夠在沒有任何消費者提示的情況下檢測并處理問題，這樣就能更快地解決問題并降低操作成本。為了達到這種效果，智能電網(wǎng)的組件需要具有雙向通信能力。不同的智能電網(wǎng)實現(xiàn)會利用不同的技術(shù)，但是它們都需要底層的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。當前的智能電網(wǎng)利用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被用于自動抄表系統(tǒng)部署中，如本章前面在“自動抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)”部分所述。

2 先進設(shè)備技術(shù)

先進設(shè)備技術(shù)包括的范圍有超導(dǎo)設(shè)備、容錯設(shè)備、超額電力存儲設(shè)備、智能設(shè)備和診斷設(shè)備。這些技術(shù)積極的決定了電網(wǎng)的電學性質(zhì)。例如，太陽能電廠白天產(chǎn)生的超額電力可以被存儲在電力存儲設(shè)備中，等到了夜晚，太陽能電廠不再能發(fā)電時，再被取出使用。所謂的智能設(shè)備能夠向消費者和電力供應(yīng)者提供有用的消費回饋來實現(xiàn)更好的能源管理。盡管以上提到的列表看起來好像列出了一組分散的多種類的科技設(shè)備，這個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域列表中的智能電網(wǎng)組件能提供相對于當前使用的電網(wǎng)的獨一無二的優(yōu)勢。

3 先進控制

技術(shù)利用在本章“集成雙向通信”部分提到的雙向通信組件，先進控制技術(shù)允許操作者（人或機器）來操控各種各樣的智能電網(wǎng)組件。具體來講，先進控制技術(shù)使得高級數(shù)據(jù)收集、診斷和維護成為了可能。例如，操作者可以遠程的識別問題并安裝補丁，這樣一來就節(jié)省派遣技術(shù)人員到現(xiàn)場花費的時間和其他成本。

4 參數(shù)測量技術(shù)

新的參數(shù)測量技術(shù)為智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性、健康度和安全功能提供支持。這些科技中最常見的是智能儀表。一個智能儀表監(jiān)控使用數(shù)據(jù)并向電力公司、消費者和第三方服務(wù)提供商提供使用細節(jié)。依靠智能儀表和基礎(chǔ)設(shè)施，智能儀表可以被用來實現(xiàn)其他的管理功能，如電力中斷提醒和遠程停止服務(wù)。

5 決策支持技術(shù)

人類和機器使用不同的語言，因此，重要的信息可能在轉(zhuǎn)換中丟失。對于智能電網(wǎng)，由于其自身特點，它可以在一個很短的時問幀內(nèi)收集對于個人來說非常復(fù)雜和非常龐大的信息。人機界面需要必須使用一種高效的手段來簡化數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析，從而使得操作者和管理者能夠快速地做出決策。人機界面可以被描述為用戶與機器交互的方式。根據(jù)國際電工技術(shù)委員會（IEC）的描述，一個系統(tǒng)的成功與否通常依賴于它的人機界面能否有效獲得用戶的認可。

6 智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

掌握消息的消費者是明智的。這是促使智能電網(wǎng)向消費者提供實時使用數(shù)據(jù)的背后原因。應(yīng)用程序會向消費者提供實時的使用數(shù)據(jù)和價格以及削減消費者電力賬單的建議，比如在夜晚非用電高峰期運行洗碗機，而不是在下午居民都下班和放學時候運行。應(yīng)用程序盡量用普適的方法提供這些信息，以確保消費者總是準確地知道他們在使用多少電力和電力的價格。

參考文獻

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