電氣工程及其自動化視域下的堅強智能電網(wǎng)建設(shè)

董頂 鄭全新 向漢江

[摘 要]本文從堅強智能電網(wǎng)概念的提出，分析智能電網(wǎng)的先進性，堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)涵，我國堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)容等四個方面，以電氣工程及其自動化的視角，論述了堅強智能電網(wǎng)的概念、先進性、內(nèi)涵以及其建設(shè)的內(nèi)容和要求。

[關(guān)鍵詞]安全;可靠;優(yōu)質(zhì);經(jīng)濟

[中圖分類號]TM63 [文獻標(biāo)識碼]A

隨著社會生產(chǎn)力的不斷提高和能源發(fā)展方式的不斷轉(zhuǎn)變，電能在能源體系中已躍居中心地位，成為能源發(fā)展戰(zhàn)略的核心。在節(jié)能、環(huán)保、清潔、高效的能源發(fā)展理念下，保障電力能源安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地發(fā)展成為保障國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然要求，因此必須重視和加快堅強智能電網(wǎng)建設(shè)步伐。

1 堅強智能電網(wǎng)概念的提出

智能電網(wǎng)即電網(wǎng)的智能化，也稱 “電網(wǎng)2.0”，最早源自于美國，其核心含義是電網(wǎng)的數(shù)字化、信息化、自動化與互動化，雖然美國科學(xué)家從電網(wǎng)建設(shè)的總體目標(biāo)和要求等方面對智能電網(wǎng)進行了概述，但迄今為止，國際上還沒有關(guān)于智能電網(wǎng)的統(tǒng)一的確定的定義。

2009年5月，“特高壓輸電技術(shù)國際會議”在北京召開，來自21個國家和地區(qū)的代表參加會議，深入探討了電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新趨勢。我國國家電網(wǎng)公司在研究美國能源部、歐洲技術(shù)論壇、中國科學(xué)院電工研究所、中國電力科學(xué)研究院等方面資料的基礎(chǔ)上，在此次會議上提出了“堅強智能電網(wǎng)”這一概念，即：

以物理電網(wǎng)作為電能傳輸?shù)幕A(chǔ)，以互聯(lián)的通信平臺作為支撐，具備信息化、互動化和自動化的，包括發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、用電環(huán)節(jié)和電力調(diào)度環(huán)節(jié)的，覆蓋特高壓、超高壓、高壓等所有電壓等級的，能實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的一體化高度融合的現(xiàn)代化電力傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2 智能電網(wǎng)的先進性

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)綜合應(yīng)于電網(wǎng)，先進的檢測、控制、顯示、指示和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電網(wǎng)技術(shù)高度集成，自動化程度更高，其先進性表現(xiàn)為：

一是提高電能供應(yīng)的可靠性。電力系統(tǒng)可靠性包含安全性和裕度兩方面。安全性指不因系統(tǒng)故障而失控或大面積停電。裕度指電力系統(tǒng)有足夠大的容量，能保證電能的充裕供給。傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、自控技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度融合，可適時獲取電網(wǎng)的全景信息，能發(fā)現(xiàn)或預(yù)見電網(wǎng)的故障，有效避免大范圍停電;配電自動化、智能調(diào)度、抽水儲能、廠網(wǎng)互聯(lián)等技術(shù)的應(yīng)用，有效地提高了電力運行控制的靈活性，保證電力供應(yīng)的裕度。

二是提高電能的轉(zhuǎn)換效率。電能的轉(zhuǎn)換是指其他形式能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換。現(xiàn)今其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的方式有：水力發(fā)電、火力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等。堅強的電網(wǎng)物理基礎(chǔ)體系、技術(shù)支撐體系，智能應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，使得智能電網(wǎng)能適應(yīng)水能、太陽能、風(fēng)能等各種清潔能源轉(zhuǎn)化為電能與并網(wǎng)傳輸，有效提高其他形式能源轉(zhuǎn)化為電能的效率。

三是提高電能的利用率。一方面智能電網(wǎng)可根據(jù)負(fù)荷變化，動態(tài)調(diào)整輸配電變壓設(shè)備的數(shù)量和容量;另一方面智能電網(wǎng)可自動提高負(fù)荷端功率因素，使無功功率就地平衡，降低無功負(fù)荷在電網(wǎng)中傳輸造成的線損，提高電能利用率;最后，智能電網(wǎng)可減少電能輸送的層次，提高電壓等級，減少線損率，提高電能的利用率。

四是提高電能的質(zhì)量。電能質(zhì)量對用電設(shè)備影響很大，電壓波動、頻率不穩(wěn)定對精加工企業(yè)的影響尤為突出，因此提高電能質(zhì)量是提供優(yōu)質(zhì)電能的重要內(nèi)容。智能電網(wǎng)可通過系統(tǒng)內(nèi)部的自動計算、檢測、分析和控制設(shè)備提供的信息，調(diào)整接線方式、增減變壓器臺數(shù)、啟停功率補償器，減小系統(tǒng)阻抗，抑制電壓波動和頻率變化。

3 堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)涵

電能作為一種清潔的優(yōu)質(zhì)二次能源，是在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)條件下最容易實現(xiàn)與其他形式能之間相互轉(zhuǎn)換化的能源形式。隨著其在建筑業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)技術(shù)和人民生活等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電已成為人類生活密不可分的重要能源，電力工業(yè)也就成為世界各國國民經(jīng)濟的支柱，控制一個國家的經(jīng)濟命脈，成為各國經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的先進行業(yè)和重點。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)使電能在其生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)化與應(yīng)用過程中，測量、調(diào)度、控制等環(huán)節(jié)更為便捷，自動化程度顯著提高，能順利、方便地實現(xiàn)發(fā)電量用電量之間的動態(tài)平衡，具有其他形式能源不可替代的優(yōu)良性能。

隨著國際能源結(jié)構(gòu)向多元化、清潔化方向發(fā)展，以清潔能源和智能電網(wǎng)為主要特征的電力能源正在全球迅速推進。為解決能源問題，在發(fā)展經(jīng)濟的同時減少對環(huán)境的破壞和影響，以合理的經(jīng)濟發(fā)展方式應(yīng)對氣候變化，保證為人民的生產(chǎn)和生活提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的電力供應(yīng)，最大限度地滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展對電力多樣化的需求，我國《十三五電力發(fā)展規(guī)劃》提出：“建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)”，開啟了堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的新征程。

4 我國堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)容

根據(jù)智能電網(wǎng)的概念可以看出，智能電網(wǎng)建設(shè)以提高電能生產(chǎn)、傳輸和應(yīng)用等環(huán)節(jié)的安全性、可靠性、優(yōu)質(zhì)性、經(jīng)濟性能為目標(biāo)，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)（主要包括：電氣測量技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信信息技術(shù)、控制工程技術(shù)等）與物理電網(wǎng)有機地高度集成，以實現(xiàn)電力能源的優(yōu)化配置，最大限度地滿足不同電力用戶需求的，高度自動化的電能傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。依據(jù)自動化程度不同，智能電網(wǎng)一般部分或同時具備下列特征：能自動檢測指示電網(wǎng)中電氣設(shè)備的運行狀態(tài);能自動控制電網(wǎng)中電氣設(shè)備的狀態(tài);能自動適應(yīng)并實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)自愈;能自動優(yōu)化并調(diào)節(jié)電力生產(chǎn)與電力需求的平衡。智能電網(wǎng)系統(tǒng)包括智能發(fā)電網(wǎng)、智能輸電網(wǎng)、智能變電站、智能配電網(wǎng)、智能用電網(wǎng)、智能交互終端等物理結(jié)構(gòu)。堅強智能電網(wǎng)中“智能”主要表示測量體系、電力輸送、配電運行和資產(chǎn)管理等方面的智能化。

我國堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的內(nèi)容可以從以下幾方面來理解。一是智能電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)：以十三五電力發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，建設(shè)三橫三縱特高壓骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，形成有機統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)體系。二是圍繞技術(shù)和管理兩條主線進行建設(shè)，技術(shù)上實現(xiàn)信息化、自動化、互動化，管理上體現(xiàn)集約化、集團化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化。三是形成四個體系：電網(wǎng)物理基礎(chǔ)體系、智能應(yīng)用體系、技術(shù)支撐體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。四是覆蓋六大環(huán)節(jié)，即發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、用電環(huán)節(jié)和電力調(diào)度環(huán)節(jié)。五是滿足五個基本要求：電網(wǎng)物理基礎(chǔ)堅強可靠，即具有堅強網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，強大的電能輸送力，安全可靠的供應(yīng)力;電力工業(yè)經(jīng)濟高效，即電網(wǎng)運行與輸送效率高，運營成本低，能源與資產(chǎn)利用效率高;電源結(jié)構(gòu)清潔環(huán)保，即提高清潔能源和可再生能源在電能消費終端中的占比;電網(wǎng)建設(shè)理念透明化，即實現(xiàn)發(fā)電端、電網(wǎng)和用電端之間的信息共享;運行調(diào)節(jié)友好互動，即能兼容各類用戶和電源的接入和退出，促進電力用戶和發(fā)電廠主動參與電網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

發(fā)展清潔能源，提高電力能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)化輸送和利用效率，提高電能利用的靈活性和兼容性是電力能源發(fā)展的必由之路，電氣工程技術(shù)人員務(wù)必認(rèn)清形勢，穩(wěn)步推進電網(wǎng)發(fā)展向信息化自動化互動化方向發(fā)展，切實加強堅強智能電網(wǎng)建設(shè)。

[參考文獻]

[1] 王偉，屠幼萍.高電壓技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.