數(shù)字化電網(wǎng)關鍵技術的研究

【摘要】電力作為國家的支柱能源和經(jīng)濟命脈，在國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。在中國，為適應國民經(jīng)濟騰飛和資源、環(huán)境壓力，電網(wǎng)技術正朝著高電壓、大容量、跨區(qū)域、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級電網(wǎng)為分區(qū)的中國特色電網(wǎng)的形成，基于節(jié)能減排目的的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電資源數(shù)量的不斷增加，電力網(wǎng)絡與電力市場、用戶之間的協(xié)調(diào)和交換越加緊密，電能質(zhì)量水平要求逐漸提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡以及控制措施已經(jīng)難以支持如此多的發(fā)展要求。針對目前電網(wǎng)在抵御風險方面的脆弱性，新能源接入和應用方面的局限性，世界電力科研機構和較大的公司都開展了對新一代電網(wǎng)的研究，相繼提出了“先進電網(wǎng)”、“智能電網(wǎng)”的藍圖。中國的電力專家們提出了建設數(shù)字化電網(wǎng)，最近提出了統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的概念。

【關鍵詞】數(shù)字化電網(wǎng)；信息建模；面向服務對象構架

一、研究背景

電力作為國家的支柱能源和經(jīng)濟命脈，在國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。在中國，為適應國民經(jīng)濟騰飛和資源、環(huán)境壓力，電網(wǎng)技術正朝著高電壓、大容量、跨區(qū)域、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級電網(wǎng)為分區(qū)的中國特色電網(wǎng)的形成，基于節(jié)能減排目的的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電資源數(shù)量的不斷增加，電力網(wǎng)絡與電力市場、用戶之間的協(xié)調(diào)和交換越加緊密，電能質(zhì)量水平要求逐漸提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡以及控制措施已經(jīng)難以支持如此多的發(fā)展要求。

針對電力系統(tǒng)發(fā)展面臨著的這些挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)被認為是有效的解決方案，開放的信息系統(tǒng)和共享的信息模式是智能電網(wǎng)的基礎。我國已于2009年5月提出發(fā)展統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的設想，實現(xiàn)對傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級換代以及電網(wǎng)運行、控制新思路的改革，同時也為中國電力市場的真正形成打下良好的基礎。統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)發(fā)展思路是，從中國國情出發(fā)，以社會用戶服務需求為導向，以先進信息、通信和控制技術為手段，以滿足經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展為目標，以堅強網(wǎng)架為基礎，以信息平臺為支撐，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務流”的高度一體化融合，構建貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度全部環(huán)節(jié)和全電壓等級的電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展體系。

電力系統(tǒng)在不斷發(fā)展壯大的同時，面臨著許多問題和矛盾，例如，經(jīng)濟發(fā)展與電力建設之間的矛盾，能源分布與負荷分布之間的矛盾，電網(wǎng)復雜度增加與控制技術之間的矛盾，電能質(zhì)量與用戶要求之間的矛盾，電力發(fā)展與環(huán)境惡化之間的矛盾，建設投資大與已有資源利用不充分之間的矛盾，等等。這些矛盾在全球范圍內(nèi)具有普遍性。從近年來國內(nèi)外大停電事故來看，現(xiàn)有的技術手段和應對策略不足以解決所有問題，電力工業(yè)巫須一種突破。在此背景下，智能電網(wǎng)被確定為電力工業(yè)下一階段的建設目標。智能電網(wǎng)以安全可靠、經(jīng)濟高效、節(jié)能環(huán)保為運行目標，有自愈、兼容、堅強、開放，以及支持電力市場和互動化等特征，能夠有效地解決當前電力工業(yè)發(fā)展遇到的問題。

二、研究意義

目前智能電網(wǎng)還處于初期研究階段，由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動因素不同，不同國家的電網(wǎng)企業(yè)和組織都在以自己的方式對智能電網(wǎng)進行理解、研究和實踐，各國智能電網(wǎng)發(fā)展的思路、路徑和重點各不相同。因此，國際上尚無統(tǒng)一而明確的定義。各國對智能電網(wǎng)的定義、特征、功能、結構、基本工作原理、關鍵技術等方面目前還處在認知和探索階段。智能電網(wǎng)是對電網(wǎng)未來發(fā)展的一種愿景，也更接近于一種未來電網(wǎng)先進技術的總體框架，而不是一種具有廣泛接受的規(guī)范的特定名詞，其涵蓋的內(nèi)容從傳統(tǒng)的一次、二次設備，直至超導、智能化等高科技領域。短期內(nèi)所能夠進行的是在智能電網(wǎng)愿景和技術框架下，結合本國、本地區(qū)電網(wǎng)實際需求，對相關的技術進行研究、試點、推廣和普及。實現(xiàn)電力流的合理分布是智能電網(wǎng)的最終目標。要實現(xiàn)這一目標，需要一個對物理電網(wǎng)運行進行調(diào)控的神經(jīng)中樞系統(tǒng)和大腦。神經(jīng)中樞系統(tǒng)傳遞的是信息，涉及的是信息的流動，包括了信息的采集、傳輸、處理、挖掘、分配和展示等各個環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為一個高度自動化的信息處理過程。為信息流提供通道的基礎設施也十分重要，它是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的技術保證和一系列技術規(guī)范的總稱，而不是一種具有廣泛接受的規(guī)范的特定名詞。智能電網(wǎng)的智能性必須通過先進的管理信息系統(tǒng)、數(shù)字化通信網(wǎng)絡和智能硬件設備實現(xiàn)。因此，在傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程，需要一個較為長期的發(fā)展建設過程，廣泛認為，數(shù)字化是智能電網(wǎng)的重要特征和發(fā)展基礎。

我國在數(shù)字化電網(wǎng)進行了大量前瞻性研究。1999年清華大學提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”理念，揭開了數(shù)字電網(wǎng)研究工作序幕；2005年國家電網(wǎng)公司實施“SG186”工程，開始進行數(shù)字化電網(wǎng)和數(shù)字化變電站的框架研究和示范工程建設；同年，南方電網(wǎng)公司委托清華大學開展“數(shù)字南方電網(wǎng)”研究；2006年，上海市電力公司提出“數(shù)字化供電系統(tǒng)”研究和實踐。因此，構建基于信息標準化、集成化技術的數(shù)字化電網(wǎng)體系是建設智能電網(wǎng)的基礎，數(shù)字化電網(wǎng)則是智能電網(wǎng)的一個重要組成部分和初級階段。

為了實現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)，需要大量的基礎性研究成果作為支撐，尤其需要實現(xiàn)其信息建模的標準化，實現(xiàn)信息集成，應用集成并確保其信息安全。因此，積極開展數(shù)字化電網(wǎng)研究工作具有重要意義。

三、研究現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)之前，數(shù)字電力系統(tǒng)的概念已在被正式提出，DPS被定義為：某一實際運行的電力系統(tǒng)的物理結構、物理特性、技術性能、經(jīng)濟管理、環(huán)保指標、人員狀況、科教活動等數(shù)字地、形象化地、實時地描述與再現(xiàn)。DPS包括從電力系統(tǒng)的物理結構、運行狀態(tài)、運行效率、自動裝置的動作特性，到電力企業(yè)的運營策略、管理模式、人員信息、市場信息以及影響電力系統(tǒng)安全的特殊自然環(huán)境等各方面的信息，實現(xiàn)科學的管理和決策、實時安全穩(wěn)定性評估與改善、經(jīng)濟運行策略制定和實行、緊急控制和最適解列方案的實施、快速恢復策略的制定以及科學研究和系統(tǒng)規(guī)劃設計等功能?？梢钥吹?，該文對DPS的闡述主要集中于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行方面的角度。

【參考文獻】

[1] 張維民， 等. 信息系統(tǒng)建模[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2002.

[2] 張維民， 等. 信息系統(tǒng)建模技術與應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 18（4）：211-214.

[3] 黃宏斌， 鄧 蘇， 馬麗麗， 等. 面向語義的元數(shù)據(jù)模型及OWL表示[J].計算機工程與科學， 2007，29（l）：105-109.

【作者簡介】

張為（1988—），男，湖北大悟人，湖北工業(yè)大學電氣與電子工程學院電氣工程專業(yè)2013級碩士研究生，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動化。