輸配電網(wǎng)智能化調(diào)控與可再生能源融合研究

張書(shū)維

（江蘇蘇星資產(chǎn)管理有限公司）

0 引言

全球能源轉(zhuǎn)型對(duì)電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。本文旨在系統(tǒng)研究智能化調(diào)控技術(shù)及其與可再生能源的融合方法，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)［1-2］的高效、安全運(yùn)行。過(guò)往研究通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)、分布式控制等手段探討了電網(wǎng)調(diào)控和可再生能源的融入，本文基于這些工作進(jìn)行深化研究。本文首先介紹電網(wǎng)的智能化調(diào)控技術(shù)，然后探討可再生能源的融入技術(shù)，接著分析二者的融合挑戰(zhàn)與協(xié)同策略，并最后總結(jié)全文和展望未來(lái)的研究方向。

1 輸配電網(wǎng)的智能化調(diào)控

1.1 智能化調(diào)控的需要與意義

近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大與復(fù)雜性的加劇，智能化調(diào)控技術(shù)逐漸顯現(xiàn)其重要性。智能化調(diào)控主要針對(duì)提升電力系統(tǒng)的可靠性、增強(qiáng)供電質(zhì)量和提高經(jīng)濟(jì)效益。

提升電力系統(tǒng)的可靠性：智能化調(diào)控技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警并調(diào)控潛在故障，以此提升電力系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)使用預(yù)測(cè)性維護(hù)和自動(dòng)化故障隔離與服務(wù)恢復(fù)（FDIR）功能，可以避免長(zhǎng)時(shí)間停電事件，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

增強(qiáng)供電質(zhì)量：智能化調(diào)控能夠進(jìn)行精細(xì)化管理，調(diào)整配電網(wǎng)以?xún)?yōu)化負(fù)荷曲線，消減峰谷差距，進(jìn)而提高供電質(zhì)量。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化負(fù)荷平衡和電壓控制，可以有效地減少電網(wǎng)損耗。

提高經(jīng)濟(jì)效益：通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化，智能化調(diào)控能夠提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 智能化調(diào)控的技術(shù)研究

人工智能及其相關(guān)技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)，已成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化調(diào)控的重要技術(shù)手段。這些技術(shù)能夠?qū)Υ罅侩娏ο到y(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)潛在故障，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。

深度學(xué)習(xí)：深度學(xué)習(xí)的特點(diǎn)在于可以從大量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并提取出有價(jià)值的特征，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。這使得我們能夠在潛在故障發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)其跡象，及時(shí)進(jìn)行預(yù)防或修復(fù)，降低故障發(fā)生的可能性。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)：強(qiáng)化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)在于其能夠根據(jù)與環(huán)境的交互反饋進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而進(jìn)行最優(yōu)決策。在電力系統(tǒng)智能化調(diào)控中，強(qiáng)化學(xué)習(xí)可以用于自動(dòng)化調(diào)度，通過(guò)對(duì)大量歷史調(diào)度數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，使得系統(tǒng)能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下作出最優(yōu)的調(diào)度決策，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率節(jié)約成本。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，分布式控制在電力系統(tǒng)智能化調(diào)控中的作用越來(lái)越重要。

分布式控制：分布式控制系統(tǒng)能夠分布在電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化管理，提高了電網(wǎng)的容錯(cuò)性。通過(guò)將控制功能分布在各節(jié)點(diǎn)，可以減少單一控制中心的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性。

通信技術(shù)：在實(shí)現(xiàn)分布式控制的過(guò)程中，先進(jìn)的通信技術(shù)如5G、IoT等起著至關(guān)重要的作用。它們能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)間的高速、低延遲、高可靠性的數(shù)據(jù)交換，為實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)控提供技術(shù)保障。

2 可再生能源的融合

2.1 可再生能源在電網(wǎng)中的角色

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，電力供應(yīng)主要依賴(lài)于燃煤、燃?xì)獾然茉础Ｈ欢?，這種能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大變化。越來(lái)越多的證據(jù)表明，由于氣候變化和環(huán)境污染等全球性問(wèn)題，我們需要尋找更加可持續(xù)、環(huán)保的能源供應(yīng)方式。在這一背景下，可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等）開(kāi)始在電力系統(tǒng)中扮演越來(lái)越重要的角色。

不僅如此，可再生能源還能滿(mǎn)足提供電力系統(tǒng)所需能源的多樣性，減輕對(duì)某一特定能源的依賴(lài)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。然而，這也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，如資源分布的地域性、可利用資源的季節(jié)性和日變性等，使得電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)控變得更為復(fù)雜。

2.2 可再生能源融合技術(shù)

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，能源存儲(chǔ)技術(shù)是解決方案的重要方式。當(dāng)可再生能源產(chǎn)出充足時(shí)，能源可以被儲(chǔ)存起來(lái)；而當(dāng)可再生能源產(chǎn)出不足時(shí)，可以釋放儲(chǔ)存的能源以滿(mǎn)足電網(wǎng)的需求。通過(guò)這種方式，能源存儲(chǔ)系統(tǒng)可以對(duì)可再生能源的不穩(wěn)定性進(jìn)行有效的緩沖，增加電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。當(dāng)前的能源存儲(chǔ)技術(shù)包括但不限于化學(xué)電池 （如鋰離子電池、鈉硫電池等）、超級(jí)電容器、飛輪存儲(chǔ)、壓縮空氣能源存儲(chǔ)等。

靈活電網(wǎng)技術(shù)也是可再生能源融合的關(guān)鍵工具之一。它采用先進(jìn)的通信和控制技術(shù)，使電網(wǎng)能夠快速、靈活地應(yīng)對(duì)電力需求和供應(yīng)的變化，尤其是由于可再生能源的波動(dòng)性所引起的變化。靈活電網(wǎng)技術(shù)的核心包括：需求響應(yīng)、分布式發(fā)電、電力電子設(shè)備以及各種形式的能源存儲(chǔ)等。

3 輸配電網(wǎng)智能化調(diào)控與可再生能源的融合

3.1 融合的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

電力系統(tǒng)的智能［3-5］化調(diào)控與可再生能源的融合提出了新的挑戰(zhàn)，但也呈現(xiàn)出巨大的潛力。高滲透的可再生能源增加了電網(wǎng)的復(fù)雜性和不確定性，可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，風(fēng)能和太陽(yáng)能的生產(chǎn)量具有顯著的時(shí)間和空間變異性，不同于傳統(tǒng)的可調(diào)度能源。然而，借助先進(jìn)的數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能技術(shù)，可以通過(guò)精確預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)調(diào)度來(lái)最大限度地利用這些可再生資源。此外，分布式生成和儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署也提供了彈性和韌性，可以提高系統(tǒng)對(duì)極端天氣事件或設(shè)備故障的適應(yīng)性。

3.2 智能化調(diào)控和可再生能源的協(xié)同策略

要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行，智能化調(diào)控與可再生能源的融合顯得尤為關(guān)鍵。這其中涉及的主要策略有以下幾點(diǎn)，如下表所示：

表 輸配電網(wǎng)智能化調(diào)控和可再生能源的協(xié)同策略

通過(guò)以上策略，我們可以更好地實(shí)現(xiàn)輸配電網(wǎng)的智能化調(diào)控與可再生能源的融合，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，推動(dòng)能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

3.3 實(shí)際應(yīng)用案例

南澳大利亞州是一個(gè)成功實(shí)施智能化調(diào)控與可再生能源融合的典型案例。這個(gè)地區(qū)安裝了由特斯拉公司生產(chǎn)的全球最大的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，容量達(dá)到129MW·h，極大地改善了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)有效地儲(chǔ)存過(guò)剩的可再生能源并在需要時(shí)釋放，該儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在風(fēng)能和太陽(yáng)能產(chǎn)出低于需求時(shí)提供穩(wěn)定的電力。此外，通過(guò)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和人工智能算法，該電力系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)可再生能源的產(chǎn)出，并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。

葡萄牙是另一個(gè)值得研究的案例。在2016年，葡萄牙電力系統(tǒng)可以連續(xù)四天全面依賴(lài)可再生能源。這在很大程度上得益于葡萄牙電力系統(tǒng)的智能化調(diào)控，其中包括先進(jìn)的風(fēng)能和太陽(yáng)能預(yù)測(cè)系統(tǒng)，以及靈活的電網(wǎng)操作。此外，葡萄牙電力系統(tǒng)通過(guò)采用需求響應(yīng)和實(shí)時(shí)定價(jià)策略，能夠靈活調(diào)整電力需求，從而適應(yīng)可再生能源的波動(dòng)性。

德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型政策是全球可再生能源融合和智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要范例。該政策通過(guò)實(shí)施大規(guī)模的可再生能源補(bǔ)貼，推動(dòng)了大量的太陽(yáng)能和風(fēng)能設(shè)備的安裝。此外，德國(guó)還積極推動(dòng)電網(wǎng)的現(xiàn)代化，包括智能電表的部署和電力系統(tǒng)的自動(dòng)化。這些措施使德國(guó)電力系統(tǒng)能夠有效地管理大量的可再生能源，并保持穩(wěn)定運(yùn)行。

以上實(shí)例表明，智能化調(diào)控與可再生能源的融合在全球范圍內(nèi)正在實(shí)現(xiàn)，并已經(jīng)取得了顯著的成果。然而，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的完全轉(zhuǎn)型仍需要面臨許多挑戰(zhàn)，包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策等方面的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這些成功案例的深入研究，我們可以更好地理解如何克服這些挑戰(zhàn)，并在全球范圍內(nèi)推廣這些成功的策略。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文深入研究了電力系統(tǒng)的智能化調(diào)控與可再生能源融合，探討了智能化調(diào)控策略，分析了可再生能源的融合技術(shù)，并提出了相關(guān)的協(xié)同策略。我們還列舉了實(shí)際應(yīng)用案例，驗(yàn)證了這些理論和策略的實(shí)際效用。盡管已有重要成果，但電力系統(tǒng)的智能化調(diào)控與可再生能源融合仍面臨挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步研究。未來(lái)的研究將探討優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)控策略，提高電網(wǎng)響應(yīng)速度，以及在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保間尋求平衡。我們期待更多實(shí)際應(yīng)用案例，以驗(yàn)證理論并提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。