電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用

蕪湖明遠(yuǎn)集團(tuán)有限公司 楊雅妮

在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)下，我國(guó)電力行業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在著諸多問題，制約了電力行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。為解決傳統(tǒng)電網(wǎng)存在的問題，相關(guān)人員提出了智能電網(wǎng)的概念，其是一種以通信技術(shù)為基礎(chǔ)的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)是通過先進(jìn)的通信技術(shù)、信息技術(shù)以及控制技術(shù)等，來實(shí)現(xiàn)電力資源和電力需求之間的雙向互動(dòng)與協(xié)調(diào)管理。通過構(gòu)建智能電網(wǎng)可以優(yōu)化發(fā)電、輸電、變電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的信息交互與共享，從而確保整個(gè)電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是一個(gè)集成的、自愈的、雙向交互的、安全可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層、基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用層。通過先進(jìn)的傳感技術(shù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，先進(jìn)的控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、狀態(tài)估計(jì)和信息處理等功能。智能電網(wǎng)具有靈活雙向交互功能，可以連接不同的能源系統(tǒng)，如太陽(yáng)能和風(fēng)能等。智能電網(wǎng)可以靈活地接入各種發(fā)電設(shè)施，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置。另外，智能電網(wǎng)可根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，并且還可以通過信息反饋實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)。

1.1 智能電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行

智能電網(wǎng)通過智能控制，當(dāng)負(fù)荷低谷時(shí)可減少發(fā)電企業(yè)的電費(fèi)支出，提高資源利用率；在高峰時(shí)期，可以向電網(wǎng)提供足夠的電能，滿足負(fù)荷需求。發(fā)電企業(yè)不僅可以節(jié)省成本，還可以增加經(jīng)濟(jì)效益。智能電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)是一個(gè)集中控制系統(tǒng)，通過信息共享和相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。由于智能電網(wǎng)有一個(gè)動(dòng)態(tài)管理機(jī)制，可隨時(shí)調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，從而提高運(yùn)行效率。此外，智能電網(wǎng)還可以控制潮流、電壓和頻率的變化，從而減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

1.2 智能電網(wǎng)可以優(yōu)化資源配置

智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，不僅可以優(yōu)化資源配置，還可以提高能源利用效率。智能電網(wǎng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電力市場(chǎng)和電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，了解客戶對(duì)電力的需求和用電情況。然后，通過智能電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化資源配置，充分利用可再生能源發(fā)電來滿足客戶對(duì)電能的需求，提高電力供應(yīng)質(zhì)量。智能電網(wǎng)通過雙向通信技術(shù)與客戶進(jìn)行互動(dòng)，在能源短缺時(shí)，通過優(yōu)化資源配置，減少客戶的用電負(fù)荷；在能源過剩時(shí)，通過優(yōu)化資源配置提高能源利用率。該方式不僅可以提高客戶對(duì)電能的滿意度和認(rèn)可度，而且還能減少電力資源的浪費(fèi)[1]。

1.3 智能電網(wǎng)有自愈的能力

自愈功能是智能電網(wǎng)的核心功能之一，可以通過信息反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的診斷、隔離和恢復(fù)等。在智能電網(wǎng)中，信息反饋是一個(gè)重要的控制環(huán)節(jié)。在故障發(fā)生后，電網(wǎng)可以通過信息反饋及時(shí)識(shí)別和判斷故障，并根據(jù)故障類型和程度采取相應(yīng)措施，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。在故障恢復(fù)過程中，可以采用在線診斷、離線診斷和專家系統(tǒng)等方法來解決問題。

一是在線診斷。通過計(jì)算機(jī)等技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中可能存在的各種問題。然后，相關(guān)人員可通過信息反饋來定位問題所在并進(jìn)行相應(yīng)處理。二是離線診斷。在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行故障分析和定位的方法，離線診斷的主要特點(diǎn)是可獲取系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上采用離線分析方法進(jìn)行故障定位。三是專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種人工智能技術(shù)，其是一種基于專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)程序，專家系統(tǒng)可以通過對(duì)大量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析來解決一些復(fù)雜的問題，并提供相應(yīng)的決策支持。專家系統(tǒng)可應(yīng)用于較多領(lǐng)域，如故障診斷、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、新能源開發(fā)等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.4 智能電網(wǎng)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特性

智能電網(wǎng)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特性，具體表現(xiàn)：一是降低電力需求側(cè)管理的成本，提高電網(wǎng)的效率。智能電網(wǎng)通過主動(dòng)管理負(fù)荷，使用戶能夠在用電高峰時(shí)段用電，從而降低電力需求側(cè)管理的成本。二是促進(jìn)可再生能源的有效利用，實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。智能電網(wǎng)通過與分布式能源和儲(chǔ)能裝置相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和傳輸，從而減少電力輸送過程中的損耗。三是改善電力供應(yīng)質(zhì)量，提高電能質(zhì)量。智能電網(wǎng)通過合理地設(shè)計(jì)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化調(diào)度策略，使用戶能夠根據(jù)自己的需要調(diào)整用電行為。四是提高能源使用效率，減少浪費(fèi)。智能電網(wǎng)通過對(duì)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等各環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理和控制，提高能源使用效率。

2 電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的作用

2.1 有利于提升電網(wǎng)整體效率與水平

電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的作用主要是提升電網(wǎng)整體效率與水平，完善智能電網(wǎng)功能。電力工程技術(shù)可以通過輸電、變電和配電等方面實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的構(gòu)建。通過應(yīng)用電力工程技術(shù)，可對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行全面改造，并且可將電能進(jìn)行合理分配，以提高電能傳輸效率。

一是輸電方面，可通過電力工程技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)電網(wǎng)中的高壓輸電線路進(jìn)行改造，使其具備智能化特征，提高線路的安全性與穩(wěn)定性；二是變電方面，可以將變電工程技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)建設(shè)中，如變壓器、電容器和電抗器等方面的改造；三是配電方面，可利用電力工程技術(shù)對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行改造，使其具備智能化特征，如用電信息采集系統(tǒng)、智能開關(guān)等。此外，電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制，使電力系統(tǒng)能夠按照預(yù)期的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行工作[2]。

2.2 有利于加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集計(jì)算功能

電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集是智能電網(wǎng)建設(shè)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集對(duì)電力工程技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。首先，數(shù)據(jù)采集工作是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便于電力系統(tǒng)分析人員進(jìn)行分析和研究。其次，在智能電網(wǎng)建設(shè)中，需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，必須對(duì)電力系統(tǒng)中各種信息進(jìn)行收集和處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

具體來說，需要做好以下幾個(gè)方面工作：一是通過電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集來實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀況的分析；二是通過對(duì)電力系統(tǒng)的分析，確保智能電網(wǎng)建設(shè)過程中各項(xiàng)工作能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。三是在智能電網(wǎng)建設(shè)中，需要借助先進(jìn)的電力工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，這樣才能為電力工程技術(shù)的應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

2.3 有利于提升系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性

通過運(yùn)用電力工程技術(shù)，可有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，保障電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行。首先，應(yīng)用信息技術(shù)和通信技術(shù)。智能電網(wǎng)建設(shè)需要大量信息數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又關(guān)系著整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。具體措施為：一是搭建信息化平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理；二是開發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

其次，建立一個(gè)安全穩(wěn)定的調(diào)度系統(tǒng)。為保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要建立一個(gè)調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：一是檢測(cè)故障和預(yù)測(cè)故障，并發(fā)出警報(bào)；二是監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)；三是制定安全穩(wěn)定運(yùn)行方案。

最后，提高電力設(shè)備管理水平和建設(shè)水平。智能電網(wǎng)建設(shè)需要大量的電力設(shè)備投入使用，在實(shí)際使用過程中會(huì)出現(xiàn)各種問題，因此必須提高電力設(shè)備管理水平和建設(shè)水平。具體措施：加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備使用狀況的監(jiān)管力度；建立完善的電力設(shè)備管理制度；引進(jìn)先進(jìn)管理理念和技術(shù)手段。

3 電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 在電源設(shè)備建設(shè)中的應(yīng)用

在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，并且需要電源設(shè)備的支持。首先，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。由于智能電網(wǎng)是一種新型的電力系統(tǒng)，其規(guī)劃設(shè)計(jì)必須結(jié)合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求，以及國(guó)家的相關(guān)政策法規(guī)進(jìn)行。

其次，要建立健全電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃管理制度，完善相關(guān)法律法規(guī)。同時(shí)，在電源設(shè)備建設(shè)過程中要充分考慮到可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能發(fā)電、電動(dòng)汽車等新型電源設(shè)備，并將這些新型電源設(shè)備融入智能電網(wǎng)中去。

3.2 在電力輸送中的應(yīng)用

由于智能電網(wǎng)具有一定的自愈能力，因此在進(jìn)行電力輸送時(shí)，能夠有效減少電能損耗。目前，我國(guó)所使用的電力輸送方式主要有以下幾種：一是架空線輸送。架空線輸送是指利用導(dǎo)線作為傳輸媒介進(jìn)行電能輸送的一種方式。由于架空線具有良好的傳輸性能以及易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛使用。但是在架空線的運(yùn)行過程中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如運(yùn)行成本較高、線路損耗較大、輸電距離較短等問題[3]。

二是電纜輸送。電纜輸送是指通過電力電纜進(jìn)行電能傳輸?shù)囊环N方式，其具有安全穩(wěn)定、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用架空線和電纜相結(jié)合的方式進(jìn)行電力輸送。

三是直流輸電技術(shù)。直流輸電技術(shù)是指利用直流電進(jìn)行電能傳輸?shù)囊环N方式，其具有損耗小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在智能電網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

3.3 柔性交流輸電技術(shù)的應(yīng)用

柔性交流輸電技術(shù)是指以電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，以電力電子變流器（晶閘管、有源電力濾波器、可控串聯(lián)補(bǔ)償器等）為主要設(shè)備，以交流輸電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制為主要功能的新型輸電技術(shù)，具有快速、靈活、安全和可控等特點(diǎn)。柔性交流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

一是柔性交流輸電技術(shù)可減少對(duì)電網(wǎng)造成的損耗。在現(xiàn)代社會(huì)中，各種新型能源如風(fēng)電、太陽(yáng)能等越來越多，但都是間歇性能源。這些能源具有波動(dòng)性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。柔性交流輸電技術(shù)可通過改變電壓和頻率等方式，將這些不穩(wěn)定能源進(jìn)行調(diào)整和控制，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性[4]。

二是柔性交流輸電系統(tǒng)還可降低智能電網(wǎng)建設(shè)成本。智能電網(wǎng)建設(shè)需要大量的資金支持，而傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中一般不會(huì)建設(shè)大量的電壓等級(jí)高、規(guī)模大、容量大、覆蓋范圍廣的高壓大容量交直流輸變電系統(tǒng)。另外，由于采用了先進(jìn)的電力電子設(shè)備，因此還可以降低智能電網(wǎng)建設(shè)成本和風(fēng)險(xiǎn)[5]。

3.4 能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越多，化石燃料已無(wú)法滿足當(dāng)前人們的需求。因此，必須積極應(yīng)用電力工程技術(shù)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用，以減少對(duì)化石燃料的依賴，緩解環(huán)境污染問題。在電力工程技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能是一種清潔能源，可大量存儲(chǔ)在太陽(yáng)能電池板中。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，太陽(yáng)能發(fā)電具有較多優(yōu)勢(shì)。一是太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電力不需要轉(zhuǎn)換成其他能源，即可直接傳輸?shù)接脩舳?。二是太?yáng)能發(fā)電不需要消耗其他資源，其本身就是一種可再生能源。此外，太陽(yáng)能發(fā)電過程中產(chǎn)生的電能具有零排放、無(wú)污染的特點(diǎn)。因此，使用太陽(yáng)能發(fā)電可以緩解當(dāng)前電力資源緊張的情況。其次是風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，風(fēng)能也是一種清潔能源。在風(fēng)力發(fā)電過程中不會(huì)產(chǎn)生有害氣體和煙塵等污染物，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

智能電網(wǎng)是繼輸變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)之后的第四個(gè)系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)電能進(jìn)行靈活分配和控制，實(shí)現(xiàn)電能的優(yōu)化配置。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)電力的需求也越來越大，因此為了滿足人民日益增長(zhǎng)的電力需求，我國(guó)加大了對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的力度，但是由于種種原因，在智能電網(wǎng)建設(shè)中存在一些問題，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，以期促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，提高人們的生活質(zhì)量[6]。