電力技術在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應用研究

［關鍵詞］電力技術；電力系統(tǒng)規(guī)劃；策略

1 電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)是指電力生產(chǎn)、輸電、配電、用電等各個環(huán)節(jié)的綜合系統(tǒng)，其包括發(fā)電廠、變電站、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和終端客戶。發(fā)電廠的主要目的是把煤炭、天然氣、核能、水電、風能、太陽能等能源轉化為電能。變電站的功能是通過變換器調節(jié)電網(wǎng)的電壓水平，以滿足電力輸送和配電需求。輸電網(wǎng)的主要功能是將電力輸送到不同的地區(qū)，為了降低輸送時的損失，一般采用高壓供電方式。配電網(wǎng)將電力由變電站向終端客戶傳輸，如工業(yè)企業(yè)、商業(yè)樓宇、居民住宅等，其作用是將配電系統(tǒng)的供電電壓降至與終端用電裝置相匹配的水平。為保證電力系統(tǒng)安全、可靠、高效的運轉，還應配備一系列的控制、保護及監(jiān)控設備。

隨著科技的發(fā)展與社會的進步，我國的電力系統(tǒng)正在發(fā)生著巨大的變化，其中主要有智能電網(wǎng)建設、分布式電源接入、新負載（電動汽車）等。為了應對日益嚴峻的能源與環(huán)境問題，當代的電力系統(tǒng)正在朝著更加靈活、高效、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。而電力系統(tǒng)的規(guī)劃主要是為了滿足今后的發(fā)展需求，對電力資源進行合理的配置。為保證電力供應的可靠、經(jīng)濟和環(huán)保，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與優(yōu)化具有十分重要的意義。

2 電力技術在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應用

2.1 智能電網(wǎng)技術

在電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計中，采用智能電網(wǎng)是推進產(chǎn)業(yè)變革的重要手段，也是今后能源管理與使用的重點。在此基礎上，提出了一種基于網(wǎng)絡拓撲結構的新型控制策略。該策略覆蓋了智能電表、分布式能源資源、電動汽車充電設備、先進電網(wǎng)調度等領域，為新能源發(fā)電計劃的制訂、調度與新能源的有效接入與使用提供支持，具有重要的理論意義與應用價值。同時，智能電網(wǎng)也極大地提升了電力系統(tǒng)的靈活性，使得其可以應對極端氣候、自然災害等各種可能發(fā)生的故障，保障供電的穩(wěn)定與安全。

2.2 可再生能源集成技術

可再生能源集成技術涉及能量轉換器件、可再生能源精確預報、新型儲能體系和智能調控等領域。該技術可使風光等新能源高效穩(wěn)定地接入和利用，大幅提高了電力系統(tǒng)的供電水平，減少了對環(huán)境的不利影響。尤其是，利用新能源發(fā)電預測方法，可實現(xiàn)對新能源發(fā)電量的精確預報，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)運行的最優(yōu)控制，降低能耗，提升整個電力系統(tǒng)的運行效能。

2.3 電力系統(tǒng)模擬與優(yōu)化技術

電力系統(tǒng)模擬與優(yōu)化技術是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計中必不可少的技術，其目的是為了幫電力系統(tǒng)規(guī)劃人員分析和評價各種可能的運行效果。該技術通過對電力系統(tǒng)進行準確建模，并采用最優(yōu)控制方法，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)在不同工況下的動態(tài)響應模擬。該模擬與優(yōu)化既要兼顧電力系統(tǒng)供電的可靠度，又要兼顧其經(jīng)濟性與環(huán)保效應，以保證電力系統(tǒng)運行安全與經(jīng)濟、高效、環(huán)保。

3 電力系統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)化策略

3.1 構建智能電網(wǎng)信息模型

（1）在電網(wǎng)中布署新型的無線通信終端和無線傳感器，并將其應用到電力系統(tǒng)中，涵蓋發(fā)電廠、輸電線、變電站、終端客戶等多個節(jié)點。該裝置可采集多維信息，如用電量、設備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)（溫濕度、風速）等。在此基礎上，構建高效的數(shù)據(jù)傳遞與處理框架，運用大數(shù)據(jù)分析方法，對海量數(shù)據(jù)進行篩選、凈化與分析，保證數(shù)據(jù)的高品質與高效率。

（2）利用機器學習、人工智能等方法，對電力市場中的用電參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測，并對其進行預警。比如，通過對過去與實際運行中的數(shù)據(jù)進行挖掘，對某一時期的用電需求進行預測，從而引導發(fā)電方案的優(yōu)化和調整，并對電網(wǎng)的維修與更新進行超前布署。在此基礎上，建立一個既能對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行集成、顯示，又能為電網(wǎng)運營商、決策者及終端使用者提供可即時獲取電網(wǎng)運行狀況的接口。該系統(tǒng)將實現(xiàn)對電力系統(tǒng)負荷分布、能量流向、設備健康等重要參數(shù)的實時顯示，并結合模擬與優(yōu)化手段，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運行管理提供理論支撐。構建一個完整的智能化電力系統(tǒng)是一個龐大的工程，必須對其進行持續(xù)的優(yōu)化。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展及新能源并網(wǎng)，電力系統(tǒng)中的模型參數(shù)及計算方法必須不斷地進行調整，以應對新的運營環(huán)境與挑戰(zhàn)。

（3）在智能電網(wǎng)的信息建模過程中，安全問題十分重要，因此，要利用各種方法對其進行有效的加密與保密，并對其進行防范，最終形成一套兼顧整體性、動態(tài)性和安全性的智能電網(wǎng)建模方案，為推動我國電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化與智能化發(fā)展打下良好的理論與技術基礎。

3.2 實現(xiàn)智能化管理電力系統(tǒng)

實現(xiàn)智能化管理電力系統(tǒng)的關鍵在于構建先進的監(jiān)測與感知網(wǎng)絡，實現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，并對其進行有效的控制。如采用SCADA等自動化控制技術，使電力系統(tǒng)能夠對多種工況進行自動調節(jié)，對工況的變化做出及時反應，保證供電的持續(xù)穩(wěn)定。

在此基礎上，研究基于人工智能技術和大數(shù)據(jù)技術的智能決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)對大規(guī)模電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的深度挖掘，為電力系統(tǒng)的科學決策提供科學準確的依據(jù)。該系統(tǒng)在提升電力系統(tǒng)自治能力的同時，極大地提升了對未來用電需求的預測精度，實現(xiàn)了對電能的有效配置。

在用戶方面，實施智能管理也非常關鍵，通過智能儀表、家用能耗管理系統(tǒng)等設備的推廣，使得消費者能夠對自身用電情況進行及時的監(jiān)測與控制，從而達到節(jié)能減排的目的，并為電力企業(yè)調控電網(wǎng)的負荷提供一種有效途徑。

3.3 完成智能電網(wǎng)項目評價

保證整個電網(wǎng)項目能夠不斷地進行優(yōu)化，并最終實現(xiàn)經(jīng)濟、技術、環(huán)境和使用者的利益最大化，是智能電網(wǎng)項目評估的關鍵。首先，構建綜合的評估指標，既要對項目的經(jīng)濟性進行評價，如節(jié)約投資、投資收益率等，又要對技術的創(chuàng)新性、穩(wěn)定性和可靠性等進行評估。同時，環(huán)評也是一個重要的方面，包括減排效果、能效情況等。用戶的滿意程度主要體現(xiàn)在服務質量和用戶體驗等層面。

通過量化和定性分析的綜合評估，可以更好地從多個方面反映項目的實際效益。智能電網(wǎng)項目評價通過資料分析，展現(xiàn)項目運行的實際效果，并由專業(yè)人員進行深度分析，提出專業(yè)意見，以保證評估成果的客觀與完整。通過對項目實施計劃的動態(tài)修正，對項目的設計與實施進行持續(xù)的優(yōu)化，保證項目的順利運行。評估流程必須公開、透明，提高社會對智能電網(wǎng)項目的信心，保證其社會價值的最大化。

3.4 建立完善的電力運行設備維護系統(tǒng)

要想建立一套完備的電力運行設備維護系統(tǒng)，必須對電網(wǎng)進行在線監(jiān)測，并及時報警。通過在電網(wǎng)內布設傳感節(jié)點，采集電網(wǎng)內溫度、電流、電壓等重要參數(shù)，并將其上傳到中央處理器，從而達到對電網(wǎng)進行監(jiān)控的目的。對采集到的大量信息進行實時分析，并利用相應的算法分析，對設備的工作狀態(tài)進行判定，達到及早發(fā)現(xiàn)和防止故障擴大的目的。構建可預見維護策略，如采用機器學習等方法，對設備工作狀態(tài)及以往維修情況進行深度分析，建立基于深度學習的設備維修預報模型，實現(xiàn)對設備維修需求及維修期的準確預報。該方法能有效減少電網(wǎng)事故的發(fā)生，保證電網(wǎng)安全可靠的運行。

組建一支專業(yè)化的維修隊伍也非常重要。這既要對維修人員進行定期的業(yè)務培訓，提高其維修水平，又要健全維修程序與體系，保證維修工作的有效開展。維修隊伍要具備快速反應的能力，能夠在發(fā)生故障后及時行動，將故障對電力系統(tǒng)造成的沖擊降到最低。同時，還要有嚴格的維修記錄制度。此制度要求維修人員應能記載每次維修的細節(jié)，如維修時間、維修內容、更換的部件、維修后的檢測情況。這不但可作為日后維修人員的依據(jù)，更可協(xié)助維修人員進行設備失效的成因分析，并持續(xù)改善維修的策略與程序。

3.5 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫更新的自動化

近年來，我國電力行業(yè)出現(xiàn)了大量的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，如用電數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等。如何對其進行有效的處理與分析，是實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠、智能化的關鍵。要使數(shù)據(jù)庫的更新工作能夠自動進行，就必須研制出一套有效的、能夠自動完成的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠從智能電表和傳感器等設備上進行實時獲取，大幅減少人為的介入，在提高數(shù)據(jù)收集精度的同時，也大幅提高了工作效率。

利用數(shù)據(jù)庫觸發(fā)及時間作業(yè)等方法，完成對數(shù)據(jù)的自動化加工與升級。當數(shù)據(jù)出現(xiàn)特殊情況（如增加、修改或刪除）時，數(shù)據(jù)庫觸發(fā)程序可以根據(jù)需要執(zhí)行預先設置好的動作，以保證數(shù)據(jù)的準確處理。在特定的時間段內，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的類型，以及清洗和融合等特點，對數(shù)據(jù)進行實時的統(tǒng)計處理。

為了保證數(shù)據(jù)的高質量，還需要建立數(shù)據(jù)質量監(jiān)測系統(tǒng)，利用自動化手段對數(shù)據(jù)進行周期性的檢查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中是否存在重復數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)等問題，并對其進行修改或標注，保證數(shù)據(jù)的高質量。

3.6 發(fā)展分布式能源及微電網(wǎng)

為應對未來能源革命、提升電網(wǎng)韌性，保障可靠供應，發(fā)展分布式能源與微電網(wǎng)技術是一項重大戰(zhàn)略。在對本地能源進行深度分析的前提下，綜合利用太陽能、風能、生物質能等可再生能源，結合我國的實際情況，合理配置分布式能源建設方案。此外，利用現(xiàn)代信息通訊和智能調度平臺，高效地將分布式能源引入微電網(wǎng)中，從而使微電網(wǎng)能夠更好地進行智能控制。

發(fā)展分布式能源及微電網(wǎng)的進程中，應建立具有彈性的市場和政策支撐制度，引導民間資本和社會團體共同參與，通過補貼、稅收優(yōu)惠等手段減少初始投入，并保證其經(jīng)濟性。構建完善的新能源及微電網(wǎng)接入電網(wǎng)的相關技術規(guī)范與標準，保障分布式能源與微電網(wǎng)的安全、高效接入，提升我國能源有效利用與供電保障水平。將配電網(wǎng)與微電網(wǎng)相結合，建立具備自我修復功能的電網(wǎng)，提升其應對極端氣候與自然災害的適應能力。這既要求有技術上的革新，又要求各相關部門、機構加強協(xié)作，建立一個整體的應急管理框架。

4 結束語

隨著科技的發(fā)展，電力技術和電力系統(tǒng)規(guī)劃對促進我國能源結構轉變、提高電力系統(tǒng)智能化程度具有重要意義。利用現(xiàn)代電網(wǎng)的先進技術與科學的管理方式，既可以提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，又能夠適應不斷增加的用電負荷，推動新能源的推廣。為了實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境與社會的可持續(xù)發(fā)展，必須在今后的電力系統(tǒng)建設中，深入電力技術的研究和開發(fā)，健全電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計。