關(guān)于智能電網(wǎng)配電技術(shù)及其設(shè)備的研究

郭永坤，郭 波，趙太強(qiáng)

（臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 臨沂 276017）

0 引 言

智能電網(wǎng)因能更好地實(shí)現(xiàn)能源的高效安全利用，已成為世界電網(wǎng)發(fā)展的新方向。搭建智能電網(wǎng)系統(tǒng)，助力可持續(xù)發(fā)展也是當(dāng)下國(guó)際電力工業(yè)的共同追求。智能電網(wǎng)具有更安全、更兼容以及更經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)。作為一種重要的科技創(chuàng)新，發(fā)展智能電網(wǎng)對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)的建設(shè)與改造都極具現(xiàn)實(shí)意義。但在實(shí)踐中，由于各國(guó)發(fā)展程度、電網(wǎng)發(fā)展水平、資源條件以及原動(dòng)力不同，因此在智能電網(wǎng)發(fā)展方面的目標(biāo)和重心也有所區(qū)別。

1 智能電網(wǎng)概念及其建設(shè)原動(dòng)力介紹

1.1 智能電網(wǎng)的概念介紹

智能電網(wǎng)的概念是歐洲委員會(huì)在2005年提出的。其是以應(yīng)用集成、高速的雙向通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合傳感測(cè)量技術(shù)和設(shè)備技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)與手段而建立的現(xiàn)代化電網(wǎng)系統(tǒng)，性能明顯優(yōu)于其他電網(wǎng)，可以全面覆蓋電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力流和信息流的高度融合[1]。我國(guó)國(guó)網(wǎng)公司于2008年開(kāi)始關(guān)注世界電網(wǎng)智能化發(fā)展問(wèn)題，并嘗試?yán)矛F(xiàn)代化信息和通信等技術(shù)建立自動(dòng)化與信息化智能電網(wǎng)系統(tǒng)。智能電網(wǎng)運(yùn)行架構(gòu)如圖1所示。

1.2 智能電網(wǎng)原動(dòng)力介紹

智能電網(wǎng)的原動(dòng)力主要體現(xiàn)在以下4點(diǎn)。一是實(shí)現(xiàn)事故擾動(dòng)情況下大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低大規(guī)模停電的風(fēng)險(xiǎn)和增強(qiáng)災(zāi)難性事件后的快速恢復(fù)能力。二是實(shí)現(xiàn)大量分布式電源的無(wú)縫接入和充分利用。三是高級(jí)市場(chǎng)化與需求側(cè)管理。我國(guó)配電資產(chǎn)利用率處于較低水平，與我國(guó)社會(huì)對(duì)能源的大量需求產(chǎn)生矛盾，由此應(yīng)通過(guò)建設(shè)智能電網(wǎng)的方式來(lái)縮小負(fù)荷曲線峰谷差，保持用電穩(wěn)定[2]。四是滿足數(shù)字化社會(huì)對(duì)電網(wǎng)供電的高可靠性、高質(zhì)量以及高效率的要求。

2 智能電網(wǎng)配電技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 微網(wǎng)技術(shù)

微網(wǎng)技術(shù)以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合控制、儲(chǔ)能以及保護(hù)裝置，其有并網(wǎng)和自治兩種模式，靠近用戶終端負(fù)荷。智能配電網(wǎng)可支持大量分布式能源的分散接入，應(yīng)用該技術(shù)能夠在中低壓層面達(dá)到高效靈活地運(yùn)用分布式發(fā)電技術(shù)，從而合理解決數(shù)量多和形式復(fù)雜的分布式電源在運(yùn)行中產(chǎn)生的問(wèn)題。另外，它能夠進(jìn)行能量管理且可以對(duì)功率進(jìn)行局部?jī)?yōu)化并維持平衡，從而可方便系統(tǒng)人員的調(diào)度操作，最重要的是獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)下的微網(wǎng)能夠在外部電網(wǎng)無(wú)法使用的情況下持續(xù)不斷地向關(guān)鍵負(fù)荷供電，更好地保證了用電安全[3]。

2.2 分布式能源技術(shù)

分布式能源技術(shù)有分布式儲(chǔ)能和分布式發(fā)電兩種[4]。前者涉及超導(dǎo)電池儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能以及飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能裝置，后者涉及燃料電池技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)以及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)等。對(duì)比傳統(tǒng)發(fā)電單元來(lái)說(shuō)，分布式電源體現(xiàn)出諸多不同，詳情如表1所示。

表1 分布式電源與傳統(tǒng)發(fā)電單元的區(qū)別

由表1可知，對(duì)比傳統(tǒng)發(fā)電單元來(lái)看，分布式電源除了發(fā)電方便和更節(jié)省成本之外還能夠降低對(duì)環(huán)境的危害，更好地契合了能源開(kāi)發(fā)利用要求。但由于在中、低壓配電網(wǎng)運(yùn)行分布式電源不同于以往配電系統(tǒng)的單向潮流，所以要同時(shí)匹配合適的保護(hù)方案、儀表以及電壓控制讓其形成雙向的潮流控制。高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)可將分布式電源集成至電網(wǎng)并維護(hù)其穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

2.3 配用電互動(dòng)技術(shù)

用戶是智能電網(wǎng)的使用者和參與者，用戶以購(gòu)買(mǎi)和使用電能等方式協(xié)調(diào)維持電力系統(tǒng)供需平衡，維系供電的安全穩(wěn)定。隨著新技術(shù)的應(yīng)用以及電價(jià)和用電信息的改變，用戶將與電網(wǎng)深入互動(dòng)，分布式電源的應(yīng)用也一定會(huì)引發(fā)用戶用電行為和模式的重大變化，智能電網(wǎng)可提高用戶響應(yīng)的積極性，在各種激勵(lì)措施的鼓勵(lì)下（低峰優(yōu)惠、分時(shí)電價(jià)等），用戶的消費(fèi)方式會(huì)大有不同，從而可以協(xié)調(diào)用電峰谷期，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并達(dá)到節(jié)能減排的效果[6]。

2.4 電動(dòng)汽車(chē)充換電站

在智能電網(wǎng)的應(yīng)用不斷深入的同時(shí)，車(chē)輛到電網(wǎng)（Vehicle-to-Grid，V2G）這一課題也受到高度關(guān)注[7]。有數(shù)據(jù)表明，乘用車(chē)只有10%的時(shí)間是處于行駛狀態(tài)，V2G可闡釋電動(dòng)汽車(chē)停駛期間接入電網(wǎng)后二者進(jìn)行能量和信息的交互的內(nèi)在聯(lián)系。儲(chǔ)能設(shè)備車(chē)載電池在電網(wǎng)負(fù)荷低水平狀態(tài)下自動(dòng)充電，根據(jù)續(xù)駛里程的要求，將部分能量在負(fù)荷高峰期送往電網(wǎng)，基于智能電網(wǎng)體系實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)?；瘧?yīng)用，可起到協(xié)調(diào)電網(wǎng)負(fù)荷并可作為調(diào)節(jié)用電峰谷，或在緊急情況下作為備用電源來(lái)使用。

3 智能電網(wǎng)配電設(shè)備及其標(biāo)準(zhǔn)

3.1 智能電網(wǎng)配電設(shè)備

智能電網(wǎng)配電設(shè)備在發(fā)電環(huán)節(jié)多指微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、地?zé)岚l(fā)電設(shè)備、生物質(zhì)能發(fā)電設(shè)備等現(xiàn)代化發(fā)電設(shè)備以及能夠維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)字化保護(hù)繼電器和分接頭變化器等智能保護(hù)與控制設(shè)備，另外還涉及蓄電池和超級(jí)電容器等能量?jī)?chǔ)備與轉(zhuǎn)換設(shè)備。輸配電環(huán)節(jié)即柔性交流輸電系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的智能化建設(shè)，其中的設(shè)備包括固態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)備和固態(tài)斷路器設(shè)備等[8]。此外，變電環(huán)節(jié)以電子變壓器設(shè)備為主，能夠大大提高智能電網(wǎng)設(shè)備的建設(shè)質(zhì)量，維護(hù)智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 智能電網(wǎng)的電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

智能電網(wǎng)電力設(shè)備的應(yīng)用首先應(yīng)保證安全性，將安全理念落實(shí)到設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸以及使用的各個(gè)環(huán)節(jié)，歸納分析影響安全的因素，并據(jù)此制定有效的安全預(yù)案。例如，對(duì)于一些安全隱患較大的設(shè)備應(yīng)安排專(zhuān)人進(jìn)行管理，讓無(wú)關(guān)人員遠(yuǎn)離設(shè)備。穩(wěn)定也是智能電網(wǎng)建設(shè)在設(shè)備方面的一個(gè)重要要求，在實(shí)踐期間應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備定期進(jìn)行維護(hù)，做好設(shè)備的壽命管理工作，選用智能化設(shè)備，盡量減少人為干預(yù)。此外設(shè)備的選擇和使用應(yīng)堅(jiān)決遵照環(huán)保要求，秉承環(huán)保原則[9]。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)當(dāng)參照《智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃》（2011年修訂版）中的標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和執(zhí)行[10]。

4 結(jié) 論

智能電網(wǎng)具備電力和信息的雙向流動(dòng)性特征，基于此可建立具有高自動(dòng)化水平和分布廣泛的能量交互網(wǎng)，進(jìn)而便捷高效地進(jìn)行信息交互，且在設(shè)備層次上還能達(dá)到近乎瞬時(shí)的供需平衡。對(duì)比其他電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。我國(guó)對(duì)于智能電網(wǎng)的建設(shè)非常重視，所以為推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展步伐，應(yīng)當(dāng)持續(xù)不斷地研究智能電網(wǎng)中的電力設(shè)備與電力技術(shù)，從而保證智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使其為社會(huì)進(jìn)步提供更大的支持。