智能微電網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用

(中北大學(xué) 山西 太原 030051)

由于21世紀(jì)人類社會(huì)普遍共識(shí)：發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)生態(tài)文明、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念要求。能源革命的人任務(wù)自然的顯現(xiàn)出來(lái)，而這一任務(wù)要求著我們應(yīng)該做到：恰當(dāng)?shù)姆峙淠茉?、?chuàng)新發(fā)展新式能源、維護(hù)能源穩(wěn)定問題、適應(yīng)對(duì)各式環(huán)境的變換、符合國(guó)家的環(huán)保要求。而當(dāng)今的電力網(wǎng)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電這一系列的環(huán)節(jié)有機(jī)的結(jié)合在一起形成，一次發(fā)電側(cè)和二次用電側(cè)組成的集合。

一、智能微電網(wǎng)的概念

由EPRI對(duì)智能電網(wǎng)的定義：一個(gè)由眾多自動(dòng)化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)有效和可靠的方式實(shí)現(xiàn)所有的智網(wǎng)運(yùn)作，具有自愈功能，處理緊急情況；快速反應(yīng)電力系統(tǒng)和用戶需電側(cè)的要求；局有機(jī)械智能的輸電結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)快速、有效、便捷的信息流，為二次側(cè)用戶提供適合、安全的電力能源供給。

二、智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)

(一)傳感與測(cè)試技術(shù)

智能電網(wǎng)技術(shù)的信息基礎(chǔ)，從信息的技術(shù)上講，應(yīng)該是集計(jì)算機(jī)、能源、測(cè)控、傳感器、儀器等高新產(chǎn)業(yè)的共同作用，也是電力電子技術(shù)，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、測(cè)控傳感技術(shù)、電力安全技術(shù)的組合，對(duì)于新式發(fā)電輸電配電結(jié)構(gòu)有著革命性的推動(dòng)影響。智能電網(wǎng)的傳感與測(cè)量技術(shù)也是由先進(jìn)的傳感技術(shù)、相角測(cè)量單元、廣域測(cè)量系統(tǒng)、智能電表與智能家電的有機(jī)合成。而先進(jìn)的傳感技術(shù)依賴著不同的傳感器：電流傳感器、電壓傳感器、超高頻傳感器、風(fēng)速傳感器。由于發(fā)電側(cè)的電壓電流都是非常大的，一般的電表根本無(wú)法承受，所以在一次側(cè)的電壓電流的測(cè)量就需要互感器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而智能電網(wǎng)要求的互感器也不僅僅需要其高低壓的完全隔離、體積小重量輕、無(wú)鐵芯不存在磁飽和問題，更需要適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要。

(二)相角測(cè)量單元

對(duì)于海量的數(shù)據(jù)，由于電力調(diào)度人員不能觀察，我們可以采用相角測(cè)量單元進(jìn)行支路電流的準(zhǔn)確計(jì)算，如正弦交流電路，已知兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓相角(時(shí)間正選波零時(shí)刻的角度)，但是計(jì)算支路電流也需要對(duì)時(shí)間的精度要求非常高，不然會(huì)引起不同大小的誤差。而PMU通過對(duì)電網(wǎng)的時(shí)時(shí)定位和精確計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)在輸電過程中不同處的信息測(cè)量和數(shù)據(jù)同步采集，以極大的降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)配電的穩(wěn)定水平和傳輸能力。

如下圖是PUM的一般結(jié)構(gòu)。

圖一 相角測(cè)量單元

(三)廣域測(cè)量系統(tǒng)。

由PUM子站、調(diào)度主站和國(guó)家電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)組成。采用相角測(cè)量技術(shù)，通過GPS的精準(zhǔn)定位功能，再由調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)智能電網(wǎng)的時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理。監(jiān)控模塊對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)視哥管理；運(yùn)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序，及時(shí)有效的運(yùn)行和處理電網(wǎng)故障時(shí)的參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)在PUM布點(diǎn)數(shù)目較多的情況下，可利用子站的數(shù)據(jù)分析定位和分辨系統(tǒng)故障和器件的損壞部分。人員通過調(diào)度站的工具，可以抓取顯示界面電網(wǎng)任意區(qū)域的動(dòng)態(tài)圖像，對(duì)實(shí)地圖像的畫面進(jìn)行遠(yuǎn)距離的分析和勘察。

(四)智能電表與智能家電

傳統(tǒng)的人工抄表純?cè)谥簲?shù)據(jù)不夠精確，不能提供用戶的需求量，浪費(fèi)大量的時(shí)間，于是這要求智能電網(wǎng)對(duì)電表和家電的智能化也有了更高的要求。當(dāng)今的智能電表有著能耗低：采用低耗的電器器件，每個(gè)電表的消耗大概只有0.5W左右，而在用戶過多的時(shí)候采用集中式電表，消耗便更低；功能強(qiáng)大：采用先進(jìn)的電子技術(shù)，半自動(dòng)化采集HHU紅外感應(yīng)抄表，可以連接入網(wǎng)，將用戶的信息就地側(cè)取，再就地傳送實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的精準(zhǔn)測(cè)量，再通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制管理對(duì)于電網(wǎng)中用戶側(cè)的用電量的時(shí)時(shí)分析可以做出對(duì)于不同參數(shù)的修改，來(lái)滿足不同的要求。

三、智能電網(wǎng)的電力安全

(一)視頻監(jiān)控的防護(hù)

運(yùn)用微計(jì)算機(jī)視覺和結(jié)構(gòu)的智能視頻識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)，可以在當(dāng)前的抓拍視頻中智能的觀察處理、計(jì)算分析，篩選出其中關(guān)鍵有效的信息。智慧電力解決方案可以使得分部分散的電力電網(wǎng)進(jìn)行集中的處理，在最快的時(shí)間感知安全問題，提出實(shí)際的操作方案和大局統(tǒng)籌管理，可以在問題出現(xiàn)前進(jìn)行有效的預(yù)防，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題提前做出預(yù)選方案；在問題出現(xiàn)后，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)和已經(jīng)提出的方案中篩選，找出最便捷和可執(zhí)行的方案，或者對(duì)問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的分析在做出有效處理；在問題解決后，按照人工智能的技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建立，收錄此種問題的情況，以便下次問題出現(xiàn)時(shí)可以盡快的二次處理。

(二)虛擬專用網(wǎng)技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)中框架的安全處理，在子站的控制機(jī)和主站的控制系統(tǒng)之間建立一種內(nèi)部的虛擬通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有外網(wǎng)需要或者試圖進(jìn)入兩者之間時(shí)，必須通過子站或者總站的網(wǎng)絡(luò)允許，否者會(huì)被拒絕入網(wǎng)，于是這種技術(shù)在智能電網(wǎng)的營(yíng)運(yùn)可以保障在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的安全性。在建立VPN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，站內(nèi)人員如果需要對(duì)某個(gè)電網(wǎng)的子站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，就要求對(duì)于不同的子站有著不同的軟硬件的配備。

(三)綜合評(píng)估的診斷

根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的各種信息的采集，調(diào)用運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)性能指標(biāo)、閾值界限，進(jìn)行在線遠(yuǎn)程處理。如評(píng)估某個(gè)變壓器的繞組溫度，分析其壽命的用度和老化，在其未發(fā)生故障前進(jìn)行危險(xiǎn)的排除。根據(jù)電網(wǎng)中各個(gè)器件的負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合電壓電流的特性曲線，在緊急時(shí)刻進(jìn)行過載保護(hù)，以降低風(fēng)險(xiǎn)損失。