智能電網(wǎng)中的電力設(shè)計(jì)技術(shù)闡述與探究

中國(guó)電建集團(tuán)河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 李 凱 許 聰

在電力行業(yè)快速持續(xù)性發(fā)展的過(guò)程中，智能電網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展并成為未來(lái)整個(gè)電力行業(yè)改革與發(fā)展的最新方向，智能電網(wǎng)的重視程度日益增大。智能電網(wǎng)在持續(xù)不斷的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中形成了一系列的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為智能化、自動(dòng)化、信息化以及數(shù)字化等。在此過(guò)程當(dāng)中，電力設(shè)計(jì)技術(shù)成為智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵手段。在智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中對(duì)電力技術(shù)進(jìn)行集中研究與討論，是促進(jìn)智能電網(wǎng)快速發(fā)展的重要手段之一。

本文即針對(duì)智能電網(wǎng)中的相關(guān)電力設(shè)計(jì)技術(shù)展開(kāi)集中分析與探討，希望能夠引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。首先研究智能電網(wǎng)的基本含義，并給出智能電網(wǎng)的幾大關(guān)鍵特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)之上，從柔性交流輸電技術(shù)、高速通信技術(shù)以及超導(dǎo)電力技術(shù)這三個(gè)方面入手，對(duì)電力設(shè)計(jì)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析與探討，希望能夠通過(guò)相關(guān)分析，進(jìn)一步提高電力設(shè)計(jì)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用質(zhì)量與水平，僅供參考。

1 智能電網(wǎng)及其特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是指以物理電網(wǎng)所構(gòu)建環(huán)境為依托，將一系列現(xiàn)代化的技術(shù)結(jié)合，所形成的電網(wǎng)構(gòu)建技術(shù)體系。例如，將控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的以及傳感測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，打造智能化的供電系統(tǒng)[1]。相較于傳統(tǒng)意義上的供電系統(tǒng)而言，這種供電網(wǎng)絡(luò)能夠體現(xiàn)環(huán)保、兼容、自愈以及可靠等方面的特征與優(yōu)勢(shì)，將上述技術(shù)相結(jié)合，能夠推動(dòng)電網(wǎng)信息化、自動(dòng)化以及數(shù)字化的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的核心。尤其是在新時(shí)代發(fā)展背景下，智能電網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展成為電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的必然方向與趨勢(shì)，在電力行業(yè)發(fā)展過(guò)程中具備前所未有的發(fā)展空間與機(jī)遇[2]。

具體而言，智能電網(wǎng)具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：第一，自愈性。在自愈性的作用下，智能電網(wǎng)的運(yùn)行將更具備秩序性與穩(wěn)定性；第二，互動(dòng)性。在互動(dòng)性的作用下，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能的合理安排與使用，促進(jìn)電能使用效率與水平的提升，盡可能避免用電損失以及資源浪費(fèi)的問(wèn)題；第三，兼容性[3]。在兼容性的作用下，智能電網(wǎng)的應(yīng)用范圍與空間將呈現(xiàn)出明顯的擴(kuò)大與提升趨勢(shì)；第四，節(jié)能性。在節(jié)能性的作用下，智能電網(wǎng)在送電偶成中能夠節(jié)約1/10左右電能，對(duì)避免電能浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展有重要意義。

介于上述特點(diǎn)，在智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不斷需要與相關(guān)規(guī)劃方案相適宜，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)盡可能滿足新能源建設(shè)以及電力負(fù)荷的發(fā)展需求，除此以外還需要與輸配電環(huán)節(jié)各項(xiàng)規(guī)程以及技術(shù)原則要求相匹配。因此，在智能電網(wǎng)的建設(shè)期間，需要不斷引入先進(jìn)的電力設(shè)計(jì)技術(shù)，基于對(duì)智能設(shè)備的投入與應(yīng)用，構(gòu)建具有自愈功能的配電網(wǎng)，并積極介入一系列新型能源，從而面向社會(huì)提供穩(wěn)定、可靠、環(huán)保且可持續(xù)的電力能源作為支持[4]。

2 柔性交流輸電技術(shù)

柔性交流輸電的系統(tǒng)是目前智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中最主流的發(fā)展方向與趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)電力電子系統(tǒng)與現(xiàn)代控制系統(tǒng)的融合，可以在促進(jìn)電網(wǎng)輸送能力提升的同時(shí)降低系統(tǒng)損耗，并且促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升，更對(duì)電網(wǎng)線路的潮流調(diào)控有相當(dāng)重要的作用。

2.1 基本思路

基于柔性交流輸電技術(shù)的智能電網(wǎng)建設(shè)，應(yīng)當(dāng)形成以下三個(gè)方面的基本思路：從智能電網(wǎng)發(fā)電的層面上來(lái)看，必須嚴(yán)格遵循智能化要求，最大限度促進(jìn)電網(wǎng)發(fā)電全自動(dòng)化、智能化水平的提升，并通過(guò)科學(xué)的調(diào)度管理，確保電網(wǎng)智能化鏈接以及自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制的順利實(shí)現(xiàn)；第二，從智能電網(wǎng)輸電的層面上來(lái)看，應(yīng)當(dāng)基于對(duì)柔性交流輸電技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)輸供電系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化運(yùn)行，并搭載該系統(tǒng)確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與高效性；第三，從智能電網(wǎng)用電的層面上來(lái)看，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建高度智能化的電網(wǎng)供電用電互動(dòng)渠道，通過(guò)該渠道促進(jìn)電網(wǎng)用電服務(wù)水平的提升，提高用電系統(tǒng)故障檢測(cè)檢修系統(tǒng)的智能化水平[5]。

2.2 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

具體來(lái)說(shuō)，柔性交流輸電技術(shù)支持智能電網(wǎng)具備如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：

2.2.1 支持電網(wǎng)自愈

電網(wǎng)故障狀態(tài)下，基于柔性交流輸電技術(shù)支持的智能電網(wǎng)可以引導(dǎo)自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并在程序輔助下診斷得到故障類型以及具體發(fā)生位置，然后對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)隔離與修復(fù)，盡可能避免因故障影響智能電網(wǎng)所造成的大面積停電事故。在此過(guò)程中，故障自動(dòng)恢復(fù)功能實(shí)現(xiàn)就需要以柔性交流輸電技術(shù)的應(yīng)用為依托，在電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，柔性交流輸電技術(shù)能夠通過(guò)內(nèi)部控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)潮流的精準(zhǔn)控制，通過(guò)實(shí)時(shí)性自動(dòng)化無(wú)功補(bǔ)償支持電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)調(diào)節(jié)并網(wǎng)狀態(tài)下的電網(wǎng)起伏電壓水平，以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，預(yù)防故障發(fā)生。

在故障發(fā)生后，柔性交流輸電系統(tǒng)可利用自身開(kāi)關(guān)裝置快速控制整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)，在診斷故障類型與準(zhǔn)確定位的基礎(chǔ)之上，對(duì)故障進(jìn)行控制隔離，并通過(guò)串聯(lián)補(bǔ)償裝置的方式實(shí)現(xiàn)故障短路保護(hù)與故障切除，以免電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)受影響。

2.2.2 支持交互電網(wǎng)

(1)和國(guó)外商業(yè)銀行相比,商業(yè)銀行對(duì)不良貸款管理的方法較少，嚴(yán)重影響了不良貸款的處置效率。銀行處置不良貸款,常常選擇以資抵債，但各種抵貸資產(chǎn)的處置變現(xiàn)效率低下，難以實(shí)施到位，有時(shí)押而不抵現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時(shí)也加大了風(fēng)險(xiǎn)。

電網(wǎng)的交互性的是指的系統(tǒng)運(yùn)行電力市場(chǎng)批發(fā)、零售的銜接關(guān)系達(dá)到緊密、無(wú)縫的狀態(tài)，支持電力交易市場(chǎng)相關(guān)交易行為的有效開(kāi)展，這對(duì)于資源優(yōu)化配置而言具備重要意義。柔性交流輸電系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)控制器裝置的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)潮流的控制，并在電網(wǎng)阻塞狀態(tài)下進(jìn)行可靠有效的管理，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性控制功能不斷能夠促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性水平的提升，同時(shí)還能夠密切電網(wǎng)的互聯(lián)關(guān)系，實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行資源，在交互電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中促進(jìn)電能的充分利用，提升資源利用率。

3 高速通信技術(shù)

智能電網(wǎng)作為當(dāng)前技術(shù)條件支持下電網(wǎng)運(yùn)行的主流發(fā)展方向與模式，其發(fā)展速度是相當(dāng)快的。通信技術(shù)作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，在智能電網(wǎng)運(yùn)行期間發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在用電設(shè)備采集、電力設(shè)備無(wú)人檢測(cè)、及分布式能源介入等一系列業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下，電網(wǎng)設(shè)備以及電網(wǎng)終端用戶增長(zhǎng)速度是相當(dāng)快的，如何確保通信技術(shù)的快速、實(shí)時(shí)、高效以及穩(wěn)定成為智能電網(wǎng)建設(shè)人員集中思考的問(wèn)題之一。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中對(duì)高速通信技術(shù)的應(yīng)用可以概括為以下幾個(gè)方面。

3.1 WLAN以及WiFi技術(shù)

WLAN即無(wú)線以太網(wǎng)，面向終端用戶所提供的通信服務(wù)具有低延遲性的特點(diǎn)，且可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，基于IEEE 802.11的WLAN采用了擴(kuò)頻技術(shù)，因此用戶可以占用相同的頻段，而彼此之間的干擾最小。WiFi（802.11b）以DSSS調(diào)制在2.4GHz上運(yùn)行，可提供11Mbps的最大數(shù)據(jù)速率，延遲為3.2～17ms，在多進(jìn)多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）的方案下可以獲得高達(dá)600Mbps的數(shù)據(jù)速率。WiFi技術(shù)的主要特征是現(xiàn)有的廣泛支持，幾乎所有新的電子設(shè)備，無(wú)論是計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、游戲機(jī)還是外圍設(shè)備，都具備WiFi技術(shù)。

在智能電網(wǎng)的應(yīng)用中，WiFi的優(yōu)勢(shì)在于高數(shù)據(jù)速率、IP支持、廣泛的可用性和可擴(kuò)展性，但是安全方面的問(wèn)題依舊是挑戰(zhàn)。WLAN、WiFi更適合數(shù)據(jù)速率要求相對(duì)較低且干擾環(huán)境較低的應(yīng)用，常用于基于以太網(wǎng)的通信的可互操作的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。對(duì)比一些藍(lán)牙、Zigbee技術(shù)，WLAN的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸性能優(yōu)勢(shì)更為突出。當(dāng)然，我們也需要充分認(rèn)識(shí)到，智能電網(wǎng)在應(yīng)用WLAN技術(shù)的過(guò)程中，仍然需要解決一定的技術(shù)問(wèn)題，如對(duì)電磁干擾問(wèn)題的處理，以及對(duì)其他無(wú)線設(shè)備干擾的處理，只有處理好上述問(wèn)題，才能夠使此項(xiàng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用更為可靠與有效。

3.2 WiMAX技術(shù)

作為高速無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)闊o(wú)線城域網(wǎng)設(shè)計(jì)提供IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)。作為DSL以及電纜之外的重要選擇，基于WIMAX技術(shù)具有低延遲性的特點(diǎn)，往返時(shí)間在100.0ms范圍內(nèi)，部署成本是非常低的。與前文中所提到的WLAN無(wú)線以太網(wǎng)技術(shù)相比，在智能電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中，WiMAX技術(shù)表現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的突出優(yōu)勢(shì)：

第一，基于無(wú)線技術(shù)的自動(dòng)抄表功能。WiMAX高速無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠適用于公用事業(yè)AMI網(wǎng)絡(luò)中的智能抄表功能需求，其覆蓋范圍廣，數(shù)據(jù)傳輸速率高。

第二，基于WiMAX高速無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的AMI能夠結(jié)合電力系統(tǒng)終端用戶的能源使用情況，面向用戶提供實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電力價(jià)格的實(shí)時(shí)定價(jià)功能。

當(dāng)然，在智能電網(wǎng)應(yīng)用范疇中，WiMAX高速無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也存在一定的應(yīng)用缺陷，如基站建造成本高、移動(dòng)特性差等，在WiMAX頻率高于10GHz的情況下對(duì)障礙物的穿越效果差，因此僅適合在工作頻率較低的情形下使用。

4 超導(dǎo)電力技術(shù)

將超導(dǎo)電力技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，一方面能夠促進(jìn)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的改善，另一方面能夠顯著提升電力系統(tǒng)對(duì)小干擾因素的穩(wěn)定性水平。

首先，從前者來(lái)講，智能電網(wǎng)自身特性基本可確保大電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全性，但在未來(lái)發(fā)展期間，智能電網(wǎng)能量流動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)出雙向性的特征，為最大限度控制電力系統(tǒng)所承受的擾動(dòng)與影響，就需要對(duì)新型技術(shù)與設(shè)備展開(kāi)研究，以更好的推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展。在此過(guò)程中，大型超導(dǎo)裝置反應(yīng)速度快，且能夠向電力系統(tǒng)投入無(wú)功電源或者有功電網(wǎng)，促進(jìn)系統(tǒng)有功備用率的提升，以達(dá)到應(yīng)對(duì)故障的目的。在此過(guò)程中，通過(guò)有功調(diào)節(jié)與無(wú)功調(diào)節(jié)的方式，方便系統(tǒng)對(duì)各種干擾因素進(jìn)行及時(shí)應(yīng)對(duì)，提高系統(tǒng)可控性。與傳統(tǒng)意義上的大電網(wǎng)穩(wěn)定裝置相比，超導(dǎo)電力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)過(guò)剩能量的回收，具有較快的響應(yīng)速度，對(duì)智能電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性水平的提升意義確切。

其次，從后者來(lái)講，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電和放電方面具有較大的速度，并可為系統(tǒng)提供有功功率或者無(wú)功功率，在添加阻尼控制器的條件下，可實(shí)時(shí)補(bǔ)償線路功率，避免系統(tǒng)振蕩。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，可增強(qiáng)超導(dǎo)電纜在輸電過(guò)程中的適用性。超導(dǎo)電纜的優(yōu)點(diǎn)為無(wú)污染、靈活、損耗低、傳輸大等特點(diǎn)，可有效緩解當(dāng)前的電能傳輸問(wèn)題。在超導(dǎo)情況下，超導(dǎo)電纜的阻抗較小，因此應(yīng)用超導(dǎo)電纜技術(shù)，可使互聯(lián)系統(tǒng)之間具有更為緊密的電氣聯(lián)系，最終保障電網(wǎng)對(duì)于小干擾具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

在智能電網(wǎng)建設(shè)期間，對(duì)電力設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用與研究被擺在非常關(guān)鍵的位置上，電力設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量效果在很大程度上對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)情況以及運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。電力行業(yè)必須加大對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究與投入力度，以更好的推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展速度的加快與發(fā)展質(zhì)量的提升。

在這一背景下，本文對(duì)智能電網(wǎng)中的電力設(shè)計(jì)技術(shù)展開(kāi)分析與探討，首先研究智能電網(wǎng)的基本含義，并給出智能電網(wǎng)的幾大關(guān)鍵特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)之上，從柔性交流輸電技術(shù)、高速通信技術(shù)以及超導(dǎo)電力技術(shù)這三個(gè)方面入手，對(duì)電力設(shè)計(jì)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析與探討，希望能夠通過(guò)相關(guān)分析進(jìn)一步提高電力設(shè)計(jì)技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用質(zhì)量與水平，值得引起業(yè)內(nèi)人士的參考與關(guān)注。