智能電網(wǎng)解析

雷吉雨

摘 要：電網(wǎng)是現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分，智能電網(wǎng)是一個基于自動化、數(shù)字化的發(fā)電、輸電和配用電系統(tǒng)構(gòu)成的集合。追溯智能電網(wǎng)發(fā)展的歷史，初步給出了智能電網(wǎng)的定義，并對智能電網(wǎng)的構(gòu)成及其基本功能、基礎(chǔ)應(yīng)用及高級應(yīng)用作出一定的探討和解析。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能配電網(wǎng)；智能電能表；控制策略

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

從概念提出到工程實踐探索，智能電網(wǎng)經(jīng)歷了由論壇、技術(shù)路線再到政府企業(yè)推動等一系列發(fā)展歷程，這些可以從國內(nèi)外的發(fā)展概況大致尋覓到一些蹤跡。

智能電網(wǎng)概念的提出源自于美國。為升級其老化的電網(wǎng)，提升電網(wǎng)的安全性、可靠性，并提高用電方效率，節(jié)省用電支出，美國的研究機(jī)構(gòu)于2001年提出智能電網(wǎng)的概念，又在2009年將其確立為國家戰(zhàn)略，并相繼成立了智能電網(wǎng)聯(lián)盟和其他組織。在政府、電力企業(yè)和制造企業(yè)共同推廣下，Xcel公司建設(shè)了世界上第一個以智能計量為基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)城市—— 博爾德（Boulder），逐步開展智能電網(wǎng)的工程實踐和示范應(yīng)用。美國專注發(fā)展智能電網(wǎng)的配電和配電側(cè)，注意電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的更新和升級，同時促進(jìn)可再生能源和分布式電源接入的發(fā)展。

歐洲智能電網(wǎng)主要是在分布式能源系統(tǒng)和可再生能源的大規(guī)模利用的基礎(chǔ)上建立的。2004年設(shè)立了智能電網(wǎng)技術(shù)論壇，從環(huán)境友好的視角著手，倡導(dǎo)并積極推動分布式電源，尤其是光伏發(fā)電的應(yīng)用。

在世界其他國家都在積極建設(shè)智能電網(wǎng)的同時，中國也在積極推動著智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。 在“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上，我國國務(wù)院副總理張德江表示，已將智能電網(wǎng)發(fā)展納入到我國國家能源戰(zhàn)略的規(guī)劃中。同年8月，國家電網(wǎng)公司啟動了一項研究，以開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、智能化規(guī)劃編制、重大項目和試點研究測試中心建設(shè)工程化研究等一系列工作。中國南方電網(wǎng)公司和其他一些地方電力公司還開展智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)理論研究，基于集中抄表系統(tǒng)試點和饋線自動化的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究、開發(fā)及小規(guī)模示范應(yīng)用。

國家電網(wǎng)公司明確提出：智能電網(wǎng)是以特（超）高壓為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以通信信息平臺為支撐，具有互動化、信息化、自動化特征，涵蓋電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電、配電、輸電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。

在2011年，國家電網(wǎng)公司建成智能電網(wǎng)綜合示范工程——天津濱海新區(qū)“中新生態(tài)城”。南方電網(wǎng)公司正在啟動建設(shè)橫琴島智慧城市項目。

1 智能電網(wǎng)

1.1 智能電網(wǎng)的概念

目前為止，針對智能電網(wǎng)這一概念，分別從不同的角度分類和功能進(jìn)行描述，出現(xiàn)了各種版本，尚未給出一個確切而嚴(yán)格的定義。一般而言，智能電網(wǎng)是集成了電力系統(tǒng)中計算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用。從智能電網(wǎng)的混合動力控制理論出發(fā)，協(xié)同、有效和可靠的方式來實現(xiàn)所有的電網(wǎng)運行，具有自愈功能；能夠快速響應(yīng)電力市場的業(yè)務(wù)需求；通過構(gòu)建一個統(tǒng)一的通信架構(gòu)平臺，實現(xiàn)實時、全面、準(zhǔn)確的信息采集。

對于智能電網(wǎng)，堅強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)可以為其提供物理支持，而各種集成高級應(yīng)用功能可為其可視化軟件支持，準(zhǔn)許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入和微網(wǎng)運行。

智能配電網(wǎng)以配電網(wǎng)高級自動化的先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的測量和傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息和通信等技術(shù)的應(yīng)用和集成為媒介，采用智能開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備，經(jīng)由堅強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持，以及各種集成高級應(yīng)用功能的可視化軟件支持，準(zhǔn)許可再生能源和分布式發(fā)電微電網(wǎng)操作單元大量接入和微網(wǎng)運行，促使不同類型的電力用戶主動參與到電網(wǎng)互動中來，進(jìn)而使在正常工作狀態(tài)下配電網(wǎng)的全面監(jiān)控、保護(hù)、控制、優(yōu)化和非正常運行狀態(tài)下的自愈控制成為可能，最終為電力用戶提供安全、可靠、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的電力供應(yīng)及其他附加服務(wù)。

1.2 建設(shè)智能電網(wǎng)的重要意義

優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全供應(yīng)；優(yōu)化資源，提高電網(wǎng)資源配置能力；提升系統(tǒng)的清潔能源接納能力；推動節(jié)能減排，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)。

2 智能電網(wǎng)的系統(tǒng)組成

2.1 應(yīng)用系統(tǒng)

智能電網(wǎng)的系統(tǒng)組成主要包括智能調(diào)度自動化系統(tǒng)、智能變電站自動化系統(tǒng)和智能配電自動化系統(tǒng)。調(diào)度自動化是集成自動化的一部分，由遙控裝置和調(diào)度主站系統(tǒng)組成，用于監(jiān)視整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)。通過對主站、廠站端、通信三大通信組件的調(diào)度實現(xiàn)自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的調(diào)度。其作用包括：實現(xiàn)電網(wǎng)的安全運行監(jiān)控，實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，實現(xiàn)安全分析和事故處理的狀態(tài)。

智能變電站自動化系統(tǒng)由智能變壓器、智能開關(guān)等設(shè)備和各種繼電保護(hù)裝置、自動重合閘裝置、低頻自動減負(fù)荷裝置、備用電源自投裝置、遙控裝置等組成；其綜合了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)了全變電站主要設(shè)備和輸、配電線路自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機(jī)保護(hù)，以及通訊和調(diào)度等綜合自動化系統(tǒng)，集保護(hù)、測量、控制、調(diào)節(jié)、通信、調(diào)度于一體。

智能配電網(wǎng)絡(luò)主要是由主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端的組成，采用分布網(wǎng)絡(luò)，智能模塊和設(shè)備，并結(jié)合了地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。在正常情況下，使得配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化運行得以實現(xiàn)；而在故障情況下，保證快速定位、隔離、恢復(fù)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移等功能得以實現(xiàn)，為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力，為電力企業(yè)提供便捷、高效的管理平臺和渠道，從而實現(xiàn)電力企業(yè)管理者、電力用戶、系統(tǒng)運行操作的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

智能電網(wǎng)需要先進(jìn)的技術(shù)支撐，其主要技術(shù)組成包括：智能化通信技術(shù)；智能化量測技術(shù)；智能化控制技術(shù)；智能調(diào)度技術(shù)；智能化設(shè)備技術(shù)。

2.2 基本功能與目標(biāo)

智能電網(wǎng)作為一種先進(jìn)的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網(wǎng)建設(shè)，提高控制水平，在電網(wǎng)受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質(zhì)量：電能質(zhì)量的三項主要指標(biāo)是電壓、頻率和波形。通過系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎(chǔ)上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的優(yōu)化；

降低網(wǎng)損：主要利用新的技術(shù)和設(shè)備，減輕設(shè)備磨損，采用調(diào)整經(jīng)營模式的途徑以降低網(wǎng)損，通過合理控制調(diào)度初級能源的轉(zhuǎn)換效率；

環(huán)保：采用技術(shù)手段來開發(fā)并加大風(fēng)電，太陽能發(fā)電能新能源接入電網(wǎng)的比例，以節(jié)省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環(huán)境的破壞等。

2.3 智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用及高級應(yīng)用

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用包括：傳統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度運維功能及其初步提升等；高級應(yīng)用包括智能調(diào)度、智能控制、優(yōu)化運行等，還包括一些定制化的應(yīng)用。

2.4 智能配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與通信平臺

配電網(wǎng)特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環(huán)境與調(diào)度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網(wǎng)側(cè)的分支與分段開關(guān)，理想狀態(tài)如圖1所示，與配電網(wǎng)主網(wǎng)架重合。結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架完善的配電網(wǎng)主體和安全經(jīng)濟(jì)、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)。

圖 1 理想的通信與網(wǎng)架示意圖

通信平臺是智能配電網(wǎng)的信息通道，可以采用無源光纖等構(gòu)建主環(huán)，利用有線、載波、光纖、無線、公網(wǎng)相結(jié)合的多種通信方式的整合應(yīng)用來構(gòu)建分支線路與區(qū)域。

3 結(jié) 語

智能電網(wǎng)從基礎(chǔ)研究的概念提出到關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(fā)，再到智能電網(wǎng)的引入，直至當(dāng)前登陸的示范應(yīng)用，都是一個不斷發(fā)展的過程。智能電網(wǎng)的內(nèi)涵和外延，伴隨著新材料、新技術(shù)的開發(fā)和利用都將不斷發(fā)生變化。

智能電網(wǎng)這一宏偉的目標(biāo)并不能單純依靠幾個具體的項目建設(shè)來實現(xiàn)?？v觀歷史可以看出，推動工業(yè)革命發(fā)展的力量是能源的發(fā)展，從蒸汽機(jī)時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網(wǎng)技術(shù)可以更加靈活有效的控制需求來實現(xiàn)電源系統(tǒng)。

綜上所述，今后智能電網(wǎng)和電力人追求的目標(biāo)和關(guān)注的重點應(yīng)該是：通過不斷研發(fā)改進(jìn)各種關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)的電網(wǎng)自愈，故障的隔離和網(wǎng)絡(luò)的重組，進(jìn)而完成對電網(wǎng)的快速反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]肖世杰.構(gòu)建中國智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（9）：1-4. f

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[3]苗新，張逸飛，劉津.智能電網(wǎng)的中國之路[J].國家電網(wǎng)，2009（7）：54-56.

[4]鄭宏.談國外智能電網(wǎng)研究對建設(shè)中國智能電網(wǎng)的影響[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2009（10）：53-54.

[5]何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2010.

智能電網(wǎng)作為一種先進(jìn)的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網(wǎng)建設(shè)，提高控制水平，在電網(wǎng)受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質(zhì)量：電能質(zhì)量的三項主要指標(biāo)是電壓、頻率和波形。通過系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎(chǔ)上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的優(yōu)化；

降低網(wǎng)損：主要利用新的技術(shù)和設(shè)備，減輕設(shè)備磨損，采用調(diào)整經(jīng)營模式的途徑以降低網(wǎng)損，通過合理控制調(diào)度初級能源的轉(zhuǎn)換效率；

環(huán)保：采用技術(shù)手段來開發(fā)并加大風(fēng)電，太陽能發(fā)電能新能源接入電網(wǎng)的比例，以節(jié)省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環(huán)境的破壞等。

2.3 智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用及高級應(yīng)用

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用包括：傳統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度運維功能及其初步提升等；高級應(yīng)用包括智能調(diào)度、智能控制、優(yōu)化運行等，還包括一些定制化的應(yīng)用。

2.4 智能配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與通信平臺

配電網(wǎng)特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環(huán)境與調(diào)度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網(wǎng)側(cè)的分支與分段開關(guān)，理想狀態(tài)如圖1所示，與配電網(wǎng)主網(wǎng)架重合。結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架完善的配電網(wǎng)主體和安全經(jīng)濟(jì)、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)。

圖 1 理想的通信與網(wǎng)架示意圖

通信平臺是智能配電網(wǎng)的信息通道，可以采用無源光纖等構(gòu)建主環(huán)，利用有線、載波、光纖、無線、公網(wǎng)相結(jié)合的多種通信方式的整合應(yīng)用來構(gòu)建分支線路與區(qū)域。

3 結(jié) 語

智能電網(wǎng)從基礎(chǔ)研究的概念提出到關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(fā)，再到智能電網(wǎng)的引入，直至當(dāng)前登陸的示范應(yīng)用，都是一個不斷發(fā)展的過程。智能電網(wǎng)的內(nèi)涵和外延，伴隨著新材料、新技術(shù)的開發(fā)和利用都將不斷發(fā)生變化。

智能電網(wǎng)這一宏偉的目標(biāo)并不能單純依靠幾個具體的項目建設(shè)來實現(xiàn)?？v觀歷史可以看出，推動工業(yè)革命發(fā)展的力量是能源的發(fā)展，從蒸汽機(jī)時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網(wǎng)技術(shù)可以更加靈活有效的控制需求來實現(xiàn)電源系統(tǒng)。

綜上所述，今后智能電網(wǎng)和電力人追求的目標(biāo)和關(guān)注的重點應(yīng)該是：通過不斷研發(fā)改進(jìn)各種關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)的電網(wǎng)自愈，故障的隔離和網(wǎng)絡(luò)的重組，進(jìn)而完成對電網(wǎng)的快速反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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[5]何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2010.

智能電網(wǎng)作為一種先進(jìn)的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網(wǎng)建設(shè)，提高控制水平，在電網(wǎng)受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質(zhì)量：電能質(zhì)量的三項主要指標(biāo)是電壓、頻率和波形。通過系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎(chǔ)上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的優(yōu)化；

降低網(wǎng)損：主要利用新的技術(shù)和設(shè)備，減輕設(shè)備磨損，采用調(diào)整經(jīng)營模式的途徑以降低網(wǎng)損，通過合理控制調(diào)度初級能源的轉(zhuǎn)換效率；

環(huán)保：采用技術(shù)手段來開發(fā)并加大風(fēng)電，太陽能發(fā)電能新能源接入電網(wǎng)的比例，以節(jié)省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環(huán)境的破壞等。

2.3 智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用及高級應(yīng)用

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用包括：傳統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度運維功能及其初步提升等；高級應(yīng)用包括智能調(diào)度、智能控制、優(yōu)化運行等，還包括一些定制化的應(yīng)用。

2.4 智能配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與通信平臺

配電網(wǎng)特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環(huán)境與調(diào)度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網(wǎng)側(cè)的分支與分段開關(guān)，理想狀態(tài)如圖1所示，與配電網(wǎng)主網(wǎng)架重合。結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架完善的配電網(wǎng)主體和安全經(jīng)濟(jì)、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)。

圖 1 理想的通信與網(wǎng)架示意圖

通信平臺是智能配電網(wǎng)的信息通道，可以采用無源光纖等構(gòu)建主環(huán)，利用有線、載波、光纖、無線、公網(wǎng)相結(jié)合的多種通信方式的整合應(yīng)用來構(gòu)建分支線路與區(qū)域。

3 結(jié) 語

智能電網(wǎng)從基礎(chǔ)研究的概念提出到關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(fā)，再到智能電網(wǎng)的引入，直至當(dāng)前登陸的示范應(yīng)用，都是一個不斷發(fā)展的過程。智能電網(wǎng)的內(nèi)涵和外延，伴隨著新材料、新技術(shù)的開發(fā)和利用都將不斷發(fā)生變化。

智能電網(wǎng)這一宏偉的目標(biāo)并不能單純依靠幾個具體的項目建設(shè)來實現(xiàn)?？v觀歷史可以看出，推動工業(yè)革命發(fā)展的力量是能源的發(fā)展，從蒸汽機(jī)時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網(wǎng)技術(shù)可以更加靈活有效的控制需求來實現(xiàn)電源系統(tǒng)。

綜上所述，今后智能電網(wǎng)和電力人追求的目標(biāo)和關(guān)注的重點應(yīng)該是：通過不斷研發(fā)改進(jìn)各種關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)的電網(wǎng)自愈，故障的隔離和網(wǎng)絡(luò)的重組，進(jìn)而完成對電網(wǎng)的快速反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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