電力設(shè)計(jì)工作中智能電網(wǎng)的分析

郭師洋，杜興華

（山東天祥電力設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引 言

21 世紀(jì)以來，隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和可再生能源的迅速發(fā)展，電力行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。智能電網(wǎng)作為一種高效、可靠、環(huán)保的電網(wǎng)形式，逐漸成為全球電力行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。智能電網(wǎng)是建立在現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等基礎(chǔ)上的先進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)，具有高度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度，提高電力系統(tǒng)的可靠性、效率以及安全性，同時(shí)降低能源消耗，減少環(huán)境污染。因此，文章對(duì)電力設(shè)計(jì)工作中智能電網(wǎng)的應(yīng)用策略進(jìn)行分析與探討十分必要。

1 智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)是利用先進(jìn)的信息、通信和自動(dòng)化技術(shù)完成物理電網(wǎng)全面重構(gòu)的一種現(xiàn)代化電網(wǎng)，是電網(wǎng)發(fā)展的一種新形態(tài)，也是電網(wǎng)向更高水平發(fā)展的結(jié)果。工作過程中，通信技術(shù)能夠結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)完成工作效率的提升，具有極高的智能化及自動(dòng)化程度。智能電網(wǎng)具有高度的信息化、自動(dòng)化以及互動(dòng)化等特點(diǎn)，可以有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，支持分布式能源的接入和利用，提高能源利用效率，減少碳排放[1]。

智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行，需要采用多種先進(jìn)技術(shù)，包括傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及儲(chǔ)能技術(shù)等。傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的各種參數(shù)，為控制系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)支持；通信技術(shù)能夠幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的高效傳輸，確保控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)各種突發(fā)事件；計(jì)算機(jī)技術(shù)可以幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率；控制技術(shù)能夠確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠性；儲(chǔ)能技術(shù)能夠幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用，提高能源利用效率。最重要的是，智能電網(wǎng)可以為用戶提供更好的用電體驗(yàn)，提高用戶的滿意度。因此，智能電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展必然能推進(jìn)電力行業(yè)的整體建設(shè)速度，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力[2]。

2 電力設(shè)計(jì)工作中智能電網(wǎng)的應(yīng)用策略

2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化

智能電網(wǎng)可以通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等大量數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，對(duì)未來用電負(fù)荷進(jìn)行精確預(yù)測。負(fù)荷預(yù)測結(jié)果為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)，有助于優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、確定電網(wǎng)設(shè)備容量和布局，提高電網(wǎng)投資效益?？梢栽谝?guī)劃階段通過模擬不同場景和分析各種方案，以確定最佳的電網(wǎng)規(guī)劃方案，這包括輸電線路規(guī)劃、變電站選址、容量確定以及電網(wǎng)分層和分區(qū)等[3]。通過智能規(guī)劃，可以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。智能電網(wǎng)可以根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃要求，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選型，綜合分析設(shè)備技術(shù)參數(shù)、性能、成本等，以確定最符合電網(wǎng)要求和經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)備方案。此外，智能電網(wǎng)可以根據(jù)設(shè)備狀況，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方案。

智能電網(wǎng)能夠根據(jù)未來用電需求和電力行業(yè)的發(fā)展形勢進(jìn)行擴(kuò)展與升級(jí)，這可以進(jìn)一步提高電網(wǎng)擴(kuò)展和升級(jí)的效率，降低成本，提高電網(wǎng)的現(xiàn)代化水平。電力行業(yè)的工作人員可以對(duì)電源進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃，通過對(duì)電源的特性、成本、環(huán)保等因素的綜合分析，上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣智能電網(wǎng)可以為電源的規(guī)劃提供決策支持。不僅如此，通過對(duì)智能電網(wǎng)能耗數(shù)據(jù)的分析，還能夠探索出電力系統(tǒng)的節(jié)能潛力和減排方向，進(jìn)而優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式，以此來降低電網(wǎng)能耗。同時(shí)，智能電網(wǎng)可以引導(dǎo)用戶側(cè)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的綠色、低碳發(fā)展，促進(jìn)電網(wǎng)的高效、綠色和可持續(xù)發(fā)展[4]。

2.2 設(shè)備監(jiān)控與維護(hù)

智能電網(wǎng)可以通過各種傳感器、監(jiān)測設(shè)備和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)電力設(shè)備，這包括對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、性能參數(shù)、故障信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障隱患?；诖髷?shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，智能電網(wǎng)可以預(yù)測設(shè)備潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，并提前發(fā)出預(yù)警信息，以便維護(hù)人員及時(shí)采取措施，降低設(shè)備故障率。電網(wǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷也是智能電網(wǎng)的主要功能，通過實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和視頻信息，維護(hù)人員可以遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估、分析和診斷，提高維護(hù)效率，降低維護(hù)成本。通過自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的自動(dòng)維護(hù)。例如，智能電網(wǎng)會(huì)根據(jù)設(shè)備狀況，自動(dòng)觸發(fā)維護(hù)指令，進(jìn)行設(shè)備更換、維修等操作，提高維護(hù)準(zhǔn)確性和效率。此外，應(yīng)當(dāng)利用監(jiān)控功能去評(píng)估設(shè)備性能，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方案，提高設(shè)備的使用壽命和資產(chǎn)利用率，可以優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)備的供應(yīng)鏈管理，基于實(shí)時(shí)設(shè)備和備件需求預(yù)測，自動(dòng)發(fā)起采購訂單、跟蹤物流信息、安排設(shè)備倉儲(chǔ)等，提高供應(yīng)鏈管理的效率，降低庫存成本[5]。

2.3 提高能源效率

提高能源效率對(duì)于電力設(shè)計(jì)工作有著十分重要的意義。智能電網(wǎng)的合理利用，可以為用戶提供個(gè)性化的能源管理方案。通過對(duì)用戶用電數(shù)據(jù)的分析，能夠第一時(shí)間尋找到具體的節(jié)能方向，并且做出相應(yīng)的計(jì)劃，為用戶提供節(jié)能建議和方案，幫助用戶降低能耗，還可以通過需求側(cè)管理，引導(dǎo)用戶合理用電，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的供需平衡。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，智能電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)調(diào)整電價(jià)，降低峰值負(fù)荷，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。承擔(dān)起對(duì)電網(wǎng)能源消耗進(jìn)行監(jiān)控的職責(zé)，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能調(diào)度，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，降低電網(wǎng)的整體能耗，并且能夠應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以儲(chǔ)存多余的電能；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以釋放電能，滿足用電需求，降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷[6]。

2.4 促進(jìn)分布式能源的利用

促進(jìn)分布式能源的利用是智能電網(wǎng)在電力設(shè)計(jì)工作中的重要應(yīng)用策略之一，智能電網(wǎng)可以為分布式能源提供接入支持，幫助其安全穩(wěn)定地接入電網(wǎng)。對(duì)分布式能源的容量、位置、類型等因素進(jìn)行全面分析，以確保分布式能源與電網(wǎng)的有效整合。儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源的調(diào)度和利用。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在分布式能源充足時(shí)儲(chǔ)存多余能量，在需求高峰期釋放能量，提高分布式能源的利用率。微電網(wǎng)和分布式能源的有效管理對(duì)于電力系統(tǒng)而言非常關(guān)鍵。通過分布式能源的合理利用和調(diào)度，可以降低對(duì)化石燃料的依賴，減少碳排放。通過需求側(cè)管理，能夠引導(dǎo)用戶合理用電，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的供需平衡，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，并且智能電網(wǎng)可以根據(jù)電網(wǎng)能源消耗狀況，對(duì)分布式能源進(jìn)行智能調(diào)度，包括調(diào)整分布式能源的出力、儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略等，以提高分布式能源的利用率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展讓智能化理念深入人心，如今智能理念可以對(duì)于一些節(jié)能設(shè)施進(jìn)行全面的宣傳，并與電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行互動(dòng)，鼓勵(lì)用戶使用分布式能源充電，有助于提高分布式能源的利用率，降低電動(dòng)汽車充電成本[7]。

2.5 提高電能質(zhì)量

首先，智能電網(wǎng)可以對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，包括電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、諧波污染等。通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，能夠及時(shí)找出存在的問題和潛在的風(fēng)險(xiǎn)，以便相關(guān)工作人員采取措施改善電能質(zhì)量。其次，智能電網(wǎng)可以進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，通過安裝并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)等設(shè)備，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性。最后，可以通過自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的自動(dòng)化調(diào)整，保證電壓穩(wěn)定。這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓，并自動(dòng)調(diào)整變壓器分接頭，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中可能存在一些電能質(zhì)量問題，相關(guān)工作人員需要對(duì)于存在的問題進(jìn)行智能研判和定位，通過分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，快速定位故障點(diǎn)，并采取措施消除故障，縮短停電時(shí)間。通過需求響應(yīng)程序，可以激勵(lì)用戶調(diào)整用電行為，降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷，有效減輕電網(wǎng)壓力，通過分布式能源的合理利用和調(diào)度，提高電能質(zhì)量，降低對(duì)化石燃料的依賴[8]。

2.6 信息安全保障

智能電網(wǎng)需要制定嚴(yán)格的信息安全策略，確保電網(wǎng)信息系統(tǒng)的安全。可以結(jié)合實(shí)際工作情況定下與訪問控制、數(shù)據(jù)保護(hù)相關(guān)的策略，設(shè)計(jì)合理的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)信息安全的物理隔離。建立安全監(jiān)測與審計(jì)機(jī)制，對(duì)電網(wǎng)信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，識(shí)別并應(yīng)對(duì)潛在安全威脅。同時(shí)，需要收集和分析安全數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊和行為。

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展和信息化程度的不斷提高，信息安全問題也變得越來越重要。智能電網(wǎng)運(yùn)營企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定完善的信息安全政策和標(biāo)準(zhǔn)，確保智能電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、安全網(wǎng)關(guān)等安全設(shè)備，以保護(hù)智能電網(wǎng)系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊。首先，智能電網(wǎng)運(yùn)營企業(yè)需要定期進(jìn)行安全評(píng)估和加固，以確保智能電網(wǎng)系統(tǒng)始終處于安全狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行漏洞掃描，以發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全漏洞。其次，要加強(qiáng)員工信息安全培訓(xùn)，提高員工的信息安全意識(shí)和技能，制定嚴(yán)格的信息安全規(guī)章制度，以確保員工能夠遵守公司的信息安全政策和標(biāo)準(zhǔn)。再次，相關(guān)企業(yè)更應(yīng)當(dāng)建立應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，以確保在發(fā)生信息安全事件時(shí)能夠迅速采取措施，降低損失。最后，需要設(shè)立應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊(duì)，并且定期在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行應(yīng)急演練等，以確保智能電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生信息安全事件時(shí)能夠迅速恢復(fù)。智能電網(wǎng)信息安全保障工作是一項(xiàng)系統(tǒng)性、長期性的工作，需要智能電網(wǎng)運(yùn)營企業(yè)、政府部門等各方共同努力，不斷提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)的安全水平，確保智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.7 互操作性

智能電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行需要遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，確保電網(wǎng)設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用之間的互操作性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)之間的無縫對(duì)接和數(shù)據(jù)共享。通過構(gòu)建信息模型，可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享和交互，消除數(shù)據(jù)孤島，提高系統(tǒng)互操作性。建設(shè)高速、可靠、安全的通信基礎(chǔ)設(shè)施，為電網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)之間的互操作性提供支撐，通過系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用之間的協(xié)同運(yùn)作，采用企業(yè)服務(wù)總線、微服務(wù)架構(gòu)等軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)集成。

2.8 需求響應(yīng)

為提升智能電網(wǎng)的運(yùn)行效率，需要采取以下措施。首先，需要通過先進(jìn)的計(jì)量設(shè)備、傳感器等，實(shí)時(shí)收集電網(wǎng)負(fù)荷、電價(jià)、用戶行為等數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測未來電網(wǎng)負(fù)荷趨勢，為需求響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支持。其次，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)有效的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)用戶參與需求響應(yīng)，這包括制定適當(dāng)?shù)碾妰r(jià)政策、補(bǔ)貼政策、競爭機(jī)制等，讓用戶能夠在需求響應(yīng)中獲益，提高參與度。最后，需要評(píng)估可調(diào)度資源，以提高電網(wǎng)的靈活性，分析各類可調(diào)度資源的特點(diǎn)、可用性和調(diào)度成本，并且制定合適的調(diào)度策略。

3 結(jié) 論

智能電網(wǎng)作為一種新型電網(wǎng)形式，成為全球電力行業(yè)發(fā)展的重要方向，文章對(duì)智能電網(wǎng)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)工作中的相關(guān)問題進(jìn)行探討，以期為今后的研究與實(shí)踐提供有益參考。隨著科技的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)將不斷完善和成熟，為現(xiàn)代社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。