建設(shè)信息時(shí)代的智能電網(wǎng)

徐進(jìn)

摘要：智能電網(wǎng)是電力行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的方向，其是由全球電力企業(yè)和電力研究機(jī)構(gòu)提出來(lái)的，其目的是為了應(yīng)對(duì)電力行業(yè)面臨工業(yè)化向信息化轉(zhuǎn)變的新挑戰(zhàn)，應(yīng)對(duì)全球環(huán)境能源危機(jī)的問(wèn)題。智能電網(wǎng)是一種智能交流，它把電力系統(tǒng)作為對(duì)象，從輸配電到用戶(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都使用最新的控制技術(shù)、管理技術(shù)和信息技術(shù)，運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)電力生產(chǎn)、傳輸和使用進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。本文對(duì)智能電網(wǎng)的特征、發(fā)展、研究現(xiàn)狀和建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行了介紹，對(duì)建設(shè)過(guò)程中所需的先進(jìn)技術(shù)和可能遇到的阻礙進(jìn)行了分析，對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)用戶(hù)側(cè)和輸配電網(wǎng)側(cè)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);智能電表;電網(wǎng)通信技術(shù)

隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化信息時(shí)代的到來(lái)，電力行業(yè)面臨著新的時(shí)代挑戰(zhàn)。在過(guò)去，電網(wǎng)建設(shè)使用的技術(shù)一直跟不上其他工業(yè)的先進(jìn)步伐。通信技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的供電服務(wù)提出了更高的質(zhì)量要求。當(dāng)前電網(wǎng)的利用系數(shù)低浪費(fèi)了很多的固定資產(chǎn)投入，提高投資建設(shè)的利用率是電力企業(yè)的重要目標(biāo)。為了解決上述電力行業(yè)面臨的諸多問(wèn)題，智能電網(wǎng)便應(yīng)用而生。智能電網(wǎng)是一種技術(shù)總稱(chēng)，是現(xiàn)代化、智能化的電力網(wǎng)絡(luò)，本文對(duì)信息時(shí)代智能電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)行了分析和介紹。

1.智能電網(wǎng)概述

1.1 智能電網(wǎng)的定義和特征

當(dāng)前對(duì)智能電網(wǎng)雖然沒(méi)有具體的定義，但智能電網(wǎng)在電力用戶(hù)峰荷的時(shí)間段里可以?xún)?yōu)化其用電量、實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行方式、達(dá)到節(jié)約能源的作用已經(jīng)被人們所熟知。智能電網(wǎng)統(tǒng)是傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的智能升級(jí)，其能夠使系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、保證系統(tǒng)的安全、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、處理分布式電源產(chǎn)生的并網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題。

1.2 智能電網(wǎng)的發(fā)展歷程

智能電網(wǎng)的發(fā)展是從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始的逐漸發(fā)展的。2001年意大利電力公司改造并安裝了智能電表。到2005年，坎貝爾發(fā)明的無(wú)線(xiàn)控制器。2006年，IBM公司、全球電力科研機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)在防止大面積停電和快速恢復(fù)供電等方面做出很大貢獻(xiàn)。2008年美國(guó)科羅拉多州的波爾德通過(guò)建立新測(cè)量系統(tǒng)，升級(jí)變電站，支持電源并網(wǎng)運(yùn)行，來(lái)實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)的智能化。同年9月，Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明開(kāi)發(fā)新能源為美國(guó)建立智能電網(wǎng)。2009年2月，我國(guó)專(zhuān)家組在北京驗(yàn)收了華北電網(wǎng)公司安全防御和發(fā)電控制系統(tǒng)的智能電網(wǎng)項(xiàng)目[1]。

1.3智能電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀和相關(guān)政策

各個(gè)國(guó)家為電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展采取相關(guān)政策和計(jì)劃。艾塞爾能源計(jì)劃將幫助美國(guó)第一個(gè)智能電網(wǎng)城市Boulder的智能電網(wǎng)成為高速、實(shí)時(shí)具有智能變電站和用戶(hù)能量控制系統(tǒng)的雙向通信系統(tǒng)。美國(guó)政府將建立智能電網(wǎng)研究組和聯(lián)邦智能電網(wǎng)課題組，計(jì)劃在未來(lái)三年建成一個(gè)新的電力智能網(wǎng)。歐洲也提出了歐洲技術(shù)綱領(lǐng)（ETP）等相似計(jì)劃，研究重點(diǎn)是分布式發(fā)電和微電網(wǎng)。2009年1月，我國(guó)財(cái)政部和科技部發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣管理暫行辦法》，2月，國(guó)家電網(wǎng)公司提出以“深化兩個(gè)轉(zhuǎn)變，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的中國(guó)智能電網(wǎng)”為主題的發(fā)展目標(biāo)。

2.建設(shè)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和障礙

2.1關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)采用的技術(shù)主要有集成通信技術(shù)、傳感器和計(jì)量技術(shù)、高級(jí)交互界面和決策技術(shù)、高級(jí)控制技術(shù)以及其它高級(jí)應(yīng)用技術(shù)。

2.2建設(shè)智能電網(wǎng)的主要阻礙

建設(shè)智能電網(wǎng)有以下阻礙。第一，電力公司需要考慮智能設(shè)備的投資和收益。第二，用戶(hù)的用電情況和模式等隱私在AMI向用戶(hù)提供實(shí)時(shí)電價(jià)的時(shí)候被記錄下來(lái)，因此容易導(dǎo)致用戶(hù)隱私泄露。第三，建設(shè)智能電網(wǎng)需要解決有關(guān)規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)的制定的問(wèn)題。最后，電力公司需提高自身短時(shí)間改變商業(yè)運(yùn)作模式和系統(tǒng)運(yùn)行模式的能力。

3.用戶(hù)側(cè)智能電網(wǎng)的建設(shè)

3.1智能電表

智能電表是智能電網(wǎng)建設(shè)的起動(dòng)項(xiàng)目和重要基礎(chǔ)設(shè)備，其安裝在用戶(hù)處，用于采集數(shù)據(jù)、雙向通信、停電監(jiān)測(cè)、竊電監(jiān)測(cè)、控制用戶(hù)設(shè)備、遠(yuǎn)程維護(hù)升級(jí)。其連續(xù)通信功能可以當(dāng)做需求側(cè)管理的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)需求側(cè)的實(shí)時(shí)管理操作，還可以用于電力系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 AMI

AMI作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，其組成部分包括智能電表、通信系統(tǒng)和電表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。智能電表按照需求和已經(jīng)設(shè)定的方式，通過(guò)多種通信設(shè)備來(lái)測(cè)量、收集和分析用戶(hù)的用電數(shù)據(jù)。用戶(hù)可以利用分布式電源裝置自由選擇用電時(shí)間，積極參與電網(wǎng)運(yùn)行的控制。

4.智能輸配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

4.1智能控制中心

智能控制中心是整個(gè)智能電網(wǎng)的核心，結(jié)合智能化的EMS、DMS、SCADA、虛擬電廠(chǎng)（virtual power plant，VPP）等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和交易與調(diào)度、快速安全穩(wěn)定分析等功能。在研究的過(guò)程中，將不同級(jí)別控制中心的需求和權(quán)責(zé)作為依據(jù)，將分層分區(qū)作為原則，有針對(duì)性對(duì)國(guó)家各個(gè)省、市和地方的控制中心功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2智能輸配電網(wǎng)

智能輸電網(wǎng)是電力傳輸通道，是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提，輸電網(wǎng)關(guān)系著發(fā)電和用電的供需平衡。當(dāng)前，輸電網(wǎng)存在很多的問(wèn)題，而且伴隨輸電電壓等級(jí)的升高電磁環(huán)境很容易影響輸電走廊的生態(tài)平衡。建設(shè)輸電網(wǎng)智能化可以從潮流控制技術(shù)、降低輸電損耗、設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障隔離這三個(gè)方面進(jìn)行[2]。

智能配電網(wǎng)直接面向用戶(hù)，可以對(duì)用戶(hù)的供電質(zhì)量起到控制和保障的作用。目前配電網(wǎng)的自動(dòng)化程度遠(yuǎn)低，能源損耗高，配電系統(tǒng)是用戶(hù)停電的主要原因，所以配電網(wǎng)智能化成為建設(shè)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。智能配電網(wǎng)以現(xiàn)代測(cè)控、通信和信息為技術(shù)基礎(chǔ)是配電自動(dòng)化的升級(jí)。有所區(qū)別的是智能電網(wǎng)允許分布式電源的接入和微網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，注重系統(tǒng)接口的開(kāi)放性、一致性，而且一次、二次設(shè)備是否協(xié)調(diào)也屬于一個(gè)重要要求。除了上述智能技術(shù)，IP通信網(wǎng)絡(luò)、VPP和定制電力等技術(shù)也是建設(shè)智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

4.3智能變電站

智能變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)中重要的電力設(shè)施。智能變電站以高度集成化、數(shù)字化、信息化和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化為方向，在綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行提高和發(fā)展。變電站集成化先進(jìn)的集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)使保護(hù)和測(cè)控裝置更加小型集成化，通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理能力更強(qiáng)。智能變壓器可以利用監(jiān)視和斷路器監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視分析變壓器油中氣體、有載分接開(kāi)關(guān)和記錄斷路器動(dòng)作次數(shù)、絕緣油的絕緣情況等。智能變電站的數(shù)字化平臺(tái)能夠自治運(yùn)行，同時(shí)，智能開(kāi)關(guān)設(shè)備以及智能裝置的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也加快了智能變電站的數(shù)字化[3]。

智能變電站的局域網(wǎng)和自動(dòng)恢復(fù)能力的通信網(wǎng)絡(luò)要求智能變電站不能中斷數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，需要有容納有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)用的平臺(tái)。用智能傳感器和智能控制回路連接變電站層、間隔層和過(guò)程層，從而使智能變電站通信標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成統(tǒng)一。全球定位系統(tǒng)的PMU在電力系統(tǒng)的廣泛大量運(yùn)用，形成了電網(wǎng)的WAMS。WAMS通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)，為廣域電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的在線(xiàn)同步測(cè)量、相量數(shù)據(jù)的匯總和電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定性在線(xiàn)同步監(jiān)測(cè)創(chuàng)造了條件。變電站用PMU取代傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程終端單元（CRT）、通過(guò)GPS信號(hào)獲得的測(cè)量參數(shù)都有高精度的時(shí)間戳。在智能感應(yīng)器和智能測(cè)量單元中使用一些計(jì)算功能和可視化水平的數(shù)據(jù)管理可以減少通信數(shù)據(jù)的流量。

5.結(jié)語(yǔ)

智能電網(wǎng)是以高級(jí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能仿真技術(shù)、高級(jí)計(jì)算技術(shù)結(jié)合智能分析工具和友好的可視化方法，將電網(wǎng)建設(shè)成為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展、安全、穩(wěn)定、堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)，因此做好信息時(shí)代的智能電網(wǎng)建設(shè)工作具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭釗. 基于信息時(shí)代的智能電網(wǎng)建設(shè)要點(diǎn)分析[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā).2013（18）

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