打造智能電網(wǎng)促進節(jié)能降耗

侯爽（大慶油田電力集團供電公司）

智能電網(wǎng)是一個相對靈活的電力產(chǎn)銷用一體化網(wǎng)絡(luò)，它將輸配用電以及能源與蓄能終端的電氣設(shè)備和用能設(shè)備聯(lián)系在一起，根據(jù)用電數(shù)量、頻率等的不同需求而變化。智能電網(wǎng)覆蓋了從發(fā)電到終端用戶的整個能源轉(zhuǎn)換鏈，具有很高的透明度和靈活性，能夠滿足日益增加的能源需求和供電需求。

1 智能電網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)涉及到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，它以現(xiàn)代輸配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，建立在高速和集成雙向通信的網(wǎng)絡(luò)平臺上，綜合應(yīng)用先進的信息與通信技術(shù)、傳感和監(jiān)測技術(shù)、高級電力電子技術(shù)、高級仿真控制技術(shù)等，進行實時監(jiān)控、防護和互動。具有自愈性、互動性、安全性、優(yōu)質(zhì)性、高效性、兼容性、市場化和多元化等特點，用以實現(xiàn)電網(wǎng)的高效運行和可持續(xù)發(fā)展[1]。

1.1 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)是堅強、靈活的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。為了滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對電力的需求，構(gòu)建電力“高速公路”，增加經(jīng)濟輸電距離、減少輸電損耗、提高輸送容量、節(jié)省工程投資、保護生態(tài)環(huán)境勢在必行。隨著互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性越來越重要，對主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計要求也越來越高[1]。只有靈活的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)才能應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害性事件對電網(wǎng)安全的影響。

1.2 傳感與監(jiān)測技術(shù)

智能電網(wǎng)通過使用先進的傳感器來獲取電網(wǎng)中電氣設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的機械振動聲波，通過聲音傳感器對聲音進行采集，再通過數(shù)據(jù)采集器對聲音進行處理，然后由總控制器、通訊轉(zhuǎn)換器和變電站主機進行故障的判別，最后由集控站主機實現(xiàn)系統(tǒng)工作模式選擇、系統(tǒng)參數(shù)修改、監(jiān)聽設(shè)備、錄制及存儲音頻文件和監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器狀態(tài)等功能。當系統(tǒng)啟動時，進入到監(jiān)控模式和監(jiān)聽模式，在監(jiān)控模式中，對采集到的電氣設(shè)備音頻信號進行處理，并分析音頻信號的特征量并進行提取，然后判斷電氣設(shè)備的故障類型并發(fā)送報警信號。同時在監(jiān)聽模式下，繪制出當前音頻的數(shù)據(jù)波形圖和頻譜幅度圖后，進行音頻的錄制和存儲，以此來監(jiān)測和評估電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與電氣設(shè)備的狀態(tài)。

在智能電網(wǎng)的配電環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)的電磁表計和讀取系統(tǒng)已被雙向通信的智能表計所取代，用于記錄和測量電氣設(shè)備和電網(wǎng)設(shè)置參數(shù)，聯(lián)絡(luò)中心控制服務(wù)器以及分布式負荷，并提供能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)，更好地做出針對性的用電方案。智能電表還能夠接通或切斷負荷，提高了電力供應(yīng)的安全性和可靠性。

在智能電網(wǎng)的輸電環(huán)節(jié)，輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和廣域測量系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠構(gòu)建綜合優(yōu)化體系，讓智能電網(wǎng)實時地獲取全網(wǎng)內(nèi)各種狀態(tài)信息并實現(xiàn)共享，且能夠優(yōu)化升級電氣設(shè)備的運行和檢修方式，從而提高利用效益。廣域測量系統(tǒng)是在同步向量測量技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測、控制和分析，具有異地同步測量向量精度高、反應(yīng)快速、高速通信的優(yōu)點。

1.3 信息與通信技術(shù)

打造智能電網(wǎng)，利用雙向通信技術(shù)建立一個互動的、實時的、動態(tài)的信息和電力交互網(wǎng)絡(luò)，信息通信技術(shù)是智能電網(wǎng)最基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)[2]。通過確立統(tǒng)一的管理模式，按照統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，突破各基層單位間的信息隔離狀態(tài)，建立多部門信息溝通與共享機制，避免重復(fù)建設(shè)和信息孤島等問題。進一步拓展應(yīng)用范圍，從主站端到廠站端，從基層單位到公司調(diào)度，根據(jù)具體情況和需求作出針對性的調(diào)整。在功能上要滿足對大量數(shù)據(jù)的采集、存儲、實時監(jiān)控和分析處理，形成有效的預(yù)警和管控機制，從而全面提升信息通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中節(jié)能降耗的應(yīng)用水平。主要技術(shù)包括無線通信技術(shù)、電力寬頻通信技術(shù)和其他通信技術(shù)[3]。

1.4 高級電力電子設(shè)備

在智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、配電和用電的過程中，電力電子技術(shù)發(fā)揮著重要作用。DSP 全數(shù)字控制技術(shù)、全控型大功率電力電子器件和各種新型的高性能多電平大功率變流器，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)應(yīng)用的電力電子裝置的使用中占有很大比重。但仍存在弊端：DSP 全數(shù)字控制技術(shù)水平還處于初級階段；大功率變流器制造技術(shù)、系統(tǒng)控制軟件和應(yīng)用系統(tǒng)控制技術(shù)水平較低等。

2 智能電網(wǎng)與節(jié)能降耗

2.1 優(yōu)化調(diào)度模式

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)的核心體現(xiàn)，智能調(diào)度是打造堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵，是電網(wǎng)運行控制的中樞。智能調(diào)度應(yīng)有強大的智能安全預(yù)警系統(tǒng)，并能夠全方位、實時準確地采集數(shù)據(jù)信息。當系統(tǒng)故障時，還能夠快速判斷故障點，提供故障恢復(fù)決策，利用音頻、視頻等可視化技術(shù)，將電網(wǎng)運行的實時狀態(tài)準確直觀地上傳給集控中心。實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化調(diào)度必須以持續(xù)供電和電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行為前提，以節(jié)能環(huán)保為目標，實施優(yōu)化調(diào)度。

智能電網(wǎng)節(jié)能優(yōu)化調(diào)度模式在電網(wǎng)處于正常狀態(tài)下，指導(dǎo)電網(wǎng)相關(guān)人員決策和動作；當電力系統(tǒng)異常時，能夠自動切換至故障診斷和恢復(fù)的模式下，解決電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的電能質(zhì)量、設(shè)備故障等問題。節(jié)能優(yōu)化調(diào)度模式用于支持分布式智能體、電壓優(yōu)化控制和降損分析系統(tǒng)中。分布式智能體能夠在本地快速響應(yīng)，減輕了中心控制系統(tǒng)和操作人員的負擔，是自適應(yīng)、自我學(xué)習(xí)、自我修復(fù)以及半自動控制系統(tǒng)。智能調(diào)度的應(yīng)用主要基于本地自動化、智能化和分布控制，如SCADA、狀態(tài)維修、配網(wǎng)自動化、變電站自動化等等[3]。

基于標準化平臺的電網(wǎng)調(diào)度自動化集成系統(tǒng)open3000，是一個覆蓋了各變電所的全局性智能調(diào)度平臺。它集合了能量管理系統(tǒng)、配網(wǎng)管理系統(tǒng)、廣域測量系統(tǒng)和公共信息平臺系統(tǒng)。在無人值班變電站的建立過程中，通過使用open3000 系統(tǒng)中的SCADA 和FES 實現(xiàn)新建廠站端的接入。其中，SCADA 是架構(gòu)在統(tǒng)一支撐平臺上的應(yīng)用子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)完整的、高性能的實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與計算、統(tǒng)計考核、控制和調(diào)節(jié)、人工操作、事件和報警處理、事故追憶及反演等功能。而FES 作為系統(tǒng)中實時數(shù)據(jù)輸入、輸出的中心，主要承擔了集控中心與所屬各廠站之間、各個上下級調(diào)度中心之間、其他系統(tǒng)之間及與調(diào)度中心的后臺系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)信息處理任務(wù)。主要實現(xiàn)信息交換、命令傳遞、規(guī)約的組織和解釋、通道的編碼與解碼等功能。

2.2 降低綜合線損

2.2.1 電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化

規(guī)劃合理的電網(wǎng)，建設(shè)節(jié)能低耗、環(huán)保優(yōu)質(zhì)的配電網(wǎng)[4]。利用智能調(diào)度系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)和負荷監(jiān)控系統(tǒng)等方法來加強線損管理。例如，利用智能調(diào)度系統(tǒng)繪制各變電站的經(jīng)濟運行曲線，做出日報、月報和年報進行對比和分析，從而保證主變的經(jīng)濟運行，使變電站保持最佳運行狀態(tài)。

2.2.2 選用降損節(jié)能變壓器

在電網(wǎng)損耗中，變壓器損耗一般占30%～60%，因此，降低變壓器損耗是至關(guān)重要的。提高變壓器利用率，把閑置的變壓器從高壓側(cè)斷開，減少功率損耗。變壓器容量越大，所用無功功率也越大，所以根據(jù)年用電損耗率和用電負荷選擇變壓器的容量。

比較傳統(tǒng)變壓器和先進非晶體合金變壓器，非晶體合金變壓器固定損耗降低約70%。因此，隨著新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)綜合考慮性能優(yōu)良的高效節(jié)能變壓器[5]。

2.2.3 優(yōu)化無功配置

為了降損節(jié)能、提高供電質(zhì)量，供電企業(yè)首先要做好無功補償。因為，當線路輸送的有功功率不變時，輸送的無功功率越多，線損越高，為了使負荷向系統(tǒng)吸收的無功功率減小，需要提高功率因數(shù)，降低線損。首先，可以考慮安裝無功補償裝置，它是最常用、最有效的提高功率因數(shù)，節(jié)能降損的裝置。當進行無功補償時，若配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)相結(jié)合，則以配電網(wǎng)補償為主；若分散與集中相結(jié)合，則以分散補償為主；若降損和調(diào)壓相結(jié)合，則以降損補償為主；若供電部門和用戶相結(jié)合，則以就地平衡為主。然后，還可以采用合理選用異步電動機容量的方式來降損。由公式Q=Q0+( Qe-Q0)( P Pe)2=Q0+( Qe-Q0)k2可以看出，由于空載無功Q0的影響，有功負荷下降時，無功功率Q 不能成比例地下降，導(dǎo)致輕載時功率因數(shù)明顯下降。因此，選擇電容器容量時，應(yīng)使電動機經(jīng)濟出力接近負載功率，避免能源浪費。因此，在全網(wǎng)內(nèi)選擇使用無功補償優(yōu)化配置模塊，完成技術(shù)改造，以解決無功補償容量、電網(wǎng)規(guī)劃、無功補償?shù)攸c計算等問題。該模塊以投資最小、網(wǎng)損最小為目的，將變電站功率和母線電壓互為制約，并將分接頭配合高中低典型負荷和調(diào)壓來計算出結(jié)果，根據(jù)此結(jié)果解決電容器的分組問題。

在電壓滿足合格條件的基礎(chǔ)上，無功電壓的優(yōu)化將以離散設(shè)備動作次數(shù)最少和網(wǎng)損最小為既定目標。根據(jù)電壓、功率因數(shù)和支路功率的影響，優(yōu)化無功潮流，并制定出有載調(diào)壓分接頭、發(fā)電機設(shè)備和無功補償設(shè)備的調(diào)節(jié)策略。利用SCADA 的遙控和遙調(diào)功能對設(shè)備進行閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)電壓和無功的智能化調(diào)度。

3 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，大力研究發(fā)展智能電網(wǎng)已經(jīng)成為趨勢。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，全面推進發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度6 個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、信息化、自動化，使電網(wǎng)始終安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效運行。

[1]陳樹勇,宋書芳,李蘭欣,等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2009(8):1-7．

[2]崔旭.智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與節(jié)能潛力研究[J].科技經(jīng)濟市場,2012(6):9-11．

[3]鄧輝,李建.節(jié)能減排背景下智能電網(wǎng)的建設(shè)[J].機電工程,2011(8):1019-1024.

[4]陳雁高,王鵬,余淑娟.供配電系統(tǒng)設(shè)計中的幾種節(jié)能方式[J].四川水利發(fā)電,2008(6):56-58.

[5]余衛(wèi)國,熊幼京,周新風(fēng),等.電力網(wǎng)技術(shù)線損分析及降損對策[J].電網(wǎng)技術(shù),2006(18):54-57．