對智能電網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題的探討
1智能電網(wǎng)的概念和特點(diǎn)
根據(jù)國際電工委員會IEC整體定義：智能電網(wǎng)是電網(wǎng)現(xiàn)代化的表現(xiàn)，它將電網(wǎng)中的電源及用戶通過電力和信息技術(shù)緊密結(jié)合到一起，也就是指一個(gè)完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個(gè)用戶和節(jié)點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動。智能電網(wǎng)通過廣泛的應(yīng)用分布式智能和寬帶通信，以及自動控制系統(tǒng)的集成，保證市場交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實(shí)時(shí)互動。
盡管各國根據(jù)自身的國情對智能電網(wǎng)建設(shè)有著不同的重點(diǎn)和目標(biāo)，但是智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結(jié)為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。
2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1一流的智能電網(wǎng)需要一流的建設(shè)，一流的建設(shè)需要一流的規(guī)劃，一流的規(guī)劃需要一流的標(biāo)準(zhǔn)。建立堅(jiān)強(qiáng)、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?jiān)強(qiáng)、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是未來智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現(xiàn)狀所帶來的不利影響，我國開展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對網(wǎng)送電等工程的實(shí)施建設(shè)。例如，我國近年來先后在山西建設(shè)了750kV高壓交流輸電工程、在云南建設(shè)了±800kV云廣特高壓直流輸電工程等聯(lián)網(wǎng)工程，一定程度上解決了能源分布不平衡和電源送出的問題，然而隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與脆弱性問題越來越嚴(yán)重，對主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)地提高了，2010年巴西發(fā)生的大停電事件為我們電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行敲響了警鐘。只有靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)才能應(yīng)對自然災(zāi)害和社會災(zāi)害等突發(fā)災(zāi)害性事件對電網(wǎng)安全的影響。
2.2實(shí)現(xiàn)開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)
智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的能力：既包括識別故障早期征兆的預(yù)測能力，也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動做出響應(yīng)的能力，其監(jiān)測范圍將大范圍擴(kuò)展、全方位覆蓋，為電網(wǎng)運(yùn)行、綜合管理等提供外延的應(yīng)用支撐，而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監(jiān)測。
2.3配備高級的電力電子設(shè)備
電力電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的改善與控制，為用戶提供電能質(zhì)量滿足其特定需求的電力，同時(shí)它們也是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所以電力電子技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過程中均發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)代電力系統(tǒng)應(yīng)用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓?fù)浜虳SP全數(shù)字控制技術(shù)，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開關(guān)、智能電子裝置、靜止同步補(bǔ)償器、有源濾波器、動態(tài)電壓恢復(fù)器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統(tǒng)裝置等。
2.4智能調(diào)度技術(shù)和廣域防護(hù)系統(tǒng)
智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，調(diào)度的智能化是對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，是全面提升調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險(xiǎn)防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調(diào)控能力和公平友好市場調(diào)配能力的技術(shù)基礎(chǔ)。
調(diào)度智能化的最終目標(biāo)是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件保護(hù)和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復(fù)控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調(diào)度的核心是在線實(shí)時(shí)決策指揮，目標(biāo)是災(zāi)變防治，實(shí)現(xiàn)大面積連鎖故障的預(yù)防。
2.5高級讀表體系和需求的側(cè)管理
智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，并且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實(shí)現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運(yùn)營的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)精確得知用戶的用電規(guī)律，從而對需求和供應(yīng)有一個(gè)更好的平衡。
因此目前國外推動智能電網(wǎng)建設(shè)，一般以構(gòu)建高級量測體系為切入點(diǎn)。同時(shí)，高級讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實(shí)時(shí)電力市場，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對諸如遠(yuǎn)程監(jiān)測、分時(shí)電價(jià)和用戶側(cè)管理等的更快和準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)，構(gòu)建智能化的用戶管理與服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)與用戶之間基本的雙向互動管理與服務(wù)功能以及營銷管理的現(xiàn)代化運(yùn)行。
隨著技術(shù)的發(fā)展，將來的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎(chǔ)，進(jìn)行通信、運(yùn)行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號的整合。
2.6高級配電自動化
高級的配電自動化將包含系統(tǒng)的監(jiān)視與控制、配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互。為此，高級的配電自動化需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)全部元件必須在一個(gè)開放式的通信體系結(jié)構(gòu)內(nèi)并具有協(xié)同工作能力；（2）將使用經(jīng)由分布式計(jì)算的局部分布式控制；（3）使用傳感器、通信系統(tǒng)和分布式的計(jì)算主體，對電力交換系統(tǒng)的擾動快速做出反應(yīng)，以使其影響最小化。
2.7可再生能源和分布式能源的接入
分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)電技術(shù)包括：微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、燃料電池技術(shù)、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等；分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導(dǎo)儲能和飛輪儲能等。根據(jù)“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃，南方電網(wǎng)公司將大力支持清潔能源和可再生能源，加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統(tǒng)有效接入系統(tǒng)問題，重點(diǎn)推動海上風(fēng)電的開發(fā)利用，力爭在“十二五”末期，實(shí)現(xiàn)南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)非化石能源裝機(jī)比重達(dá)到48％以上，發(fā)電量占總發(fā)電量的43％左右。
在我國，風(fēng)能、太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠(yuǎn)的地區(qū)，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動性和間歇性的特點(diǎn)，會對可靠供電造成沖擊，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)無法適應(yīng)可再生能源集中開發(fā)和利用，這就需要解決風(fēng)能、太陽能等可再生能源大規(guī)模開發(fā)的間歇性、不確定性問題，保證電力的規(guī)模接入和遠(yuǎn)距離送出，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰(zhàn)。
根據(jù)國際電工委員會IEC整體定義：智能電網(wǎng)是電網(wǎng)現(xiàn)代化的表現(xiàn)，它將電網(wǎng)中的電源及用戶通過電力和信息技術(shù)緊密結(jié)合到一起，也就是指一個(gè)完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個(gè)用戶和節(jié)點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動。智能電網(wǎng)通過廣泛的應(yīng)用分布式智能和寬帶通信，以及自動控制系統(tǒng)的集成，保證市場交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實(shí)時(shí)互動。
盡管各國根據(jù)自身的國情對智能電網(wǎng)建設(shè)有著不同的重點(diǎn)和目標(biāo)，但是智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結(jié)為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。
2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1一流的智能電網(wǎng)需要一流的建設(shè)，一流的建設(shè)需要一流的規(guī)劃，一流的規(guī)劃需要一流的標(biāo)準(zhǔn)。建立堅(jiān)強(qiáng)、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?jiān)強(qiáng)、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是未來智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現(xiàn)狀所帶來的不利影響，我國開展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對網(wǎng)送電等工程的實(shí)施建設(shè)。例如，我國近年來先后在山西建設(shè)了750kV高壓交流輸電工程、在云南建設(shè)了±800kV云廣特高壓直流輸電工程等聯(lián)網(wǎng)工程，一定程度上解決了能源分布不平衡和電源送出的問題，然而隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與脆弱性問題越來越嚴(yán)重，對主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)地提高了，2010年巴西發(fā)生的大停電事件為我們電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行敲響了警鐘。只有靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)才能應(yīng)對自然災(zāi)害和社會災(zāi)害等突發(fā)災(zāi)害性事件對電網(wǎng)安全的影響。
2.2實(shí)現(xiàn)開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)
智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的能力：既包括識別故障早期征兆的預(yù)測能力，也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動做出響應(yīng)的能力，其監(jiān)測范圍將大范圍擴(kuò)展、全方位覆蓋，為電網(wǎng)運(yùn)行、綜合管理等提供外延的應(yīng)用支撐，而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監(jiān)測。
2.3配備高級的電力電子設(shè)備
電力電子設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的改善與控制，為用戶提供電能質(zhì)量滿足其特定需求的電力，同時(shí)它們也是能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，所以電力電子技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過程中均發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)代電力系統(tǒng)應(yīng)用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓?fù)浜虳SP全數(shù)字控制技術(shù)，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開關(guān)、智能電子裝置、靜止同步補(bǔ)償器、有源濾波器、動態(tài)電壓恢復(fù)器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統(tǒng)裝置等。
2.4智能調(diào)度技術(shù)和廣域防護(hù)系統(tǒng)
智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，調(diào)度的智能化是對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，是全面提升調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險(xiǎn)防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調(diào)控能力和公平友好市場調(diào)配能力的技術(shù)基礎(chǔ)。
調(diào)度智能化的最終目標(biāo)是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件保護(hù)和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復(fù)控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調(diào)度的核心是在線實(shí)時(shí)決策指揮，目標(biāo)是災(zāi)變防治，實(shí)現(xiàn)大面積連鎖故障的預(yù)防。
2.5高級讀表體系和需求的側(cè)管理
智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，并且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實(shí)現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運(yùn)營的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應(yīng)機(jī)構(gòu)精確得知用戶的用電規(guī)律，從而對需求和供應(yīng)有一個(gè)更好的平衡。
因此目前國外推動智能電網(wǎng)建設(shè)，一般以構(gòu)建高級量測體系為切入點(diǎn)。同時(shí)，高級讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實(shí)時(shí)電力市場，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對諸如遠(yuǎn)程監(jiān)測、分時(shí)電價(jià)和用戶側(cè)管理等的更快和準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)，構(gòu)建智能化的用戶管理與服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)與用戶之間基本的雙向互動管理與服務(wù)功能以及營銷管理的現(xiàn)代化運(yùn)行。
隨著技術(shù)的發(fā)展，將來的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎(chǔ)，進(jìn)行通信、運(yùn)行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號的整合。
2.6高級配電自動化
高級的配電自動化將包含系統(tǒng)的監(jiān)視與控制、配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互。為此，高級的配電自動化需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)全部元件必須在一個(gè)開放式的通信體系結(jié)構(gòu)內(nèi)并具有協(xié)同工作能力；（2）將使用經(jīng)由分布式計(jì)算的局部分布式控制；（3）使用傳感器、通信系統(tǒng)和分布式的計(jì)算主體，對電力交換系統(tǒng)的擾動快速做出反應(yīng)，以使其影響最小化。
2.7可再生能源和分布式能源的接入
分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)電技術(shù)包括：微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、燃料電池技術(shù)、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等；分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導(dǎo)儲能和飛輪儲能等。根據(jù)“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃，南方電網(wǎng)公司將大力支持清潔能源和可再生能源，加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統(tǒng)有效接入系統(tǒng)問題，重點(diǎn)推動海上風(fēng)電的開發(fā)利用，力爭在“十二五”末期，實(shí)現(xiàn)南方電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)非化石能源裝機(jī)比重達(dá)到48％以上，發(fā)電量占總發(fā)電量的43％左右。
在我國，風(fēng)能、太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠(yuǎn)的地區(qū)，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動性和間歇性的特點(diǎn)，會對可靠供電造成沖擊，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)無法適應(yīng)可再生能源集中開發(fā)和利用，這就需要解決風(fēng)能、太陽能等可再生能源大規(guī)模開發(fā)的間歇性、不確定性問題，保證電力的規(guī)模接入和遠(yuǎn)距離送出，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰(zhàn)。
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