智能电网及其关键技术探讨

中心议题：
    * 智能电网概念
    * 智能电网的关键技术

1　智能电网概念

目前,智能电网还处于初期研究阶段,还没有统一明确的定义。至今为止,智能电网概念的发展已经历了3个阶段。

第一阶段: IBM公司提出的“智能电网”解决方案。IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性,解决方案主要包括以下几个方面:一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度;二是数据的整合体系和数据的收集体系;三是进行分析的能力,即依据已经掌握的数据进行相关分析,以优化运行和管理。

第二阶段:美国集中对电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代,建立美国横跨四个时区的统一电网;发展智能电网产业,最大限度发挥美国国家电网的价值和效率,逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理;全面推进分布式能源管理。

第三阶段:中国提出的“互动电网”。互动电网定义为:在开放和互联的信息模式基础上,通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统,实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理,是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将再造电网的信息回路,构建用户新型的反馈方式,推动电网整体转型为节能基础设施,提高能源效率,降低客户成本,减少温室气体排放,创造电网价值的最大化。互动电网还可以通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接,实现电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果,实现电力、电讯、电视、智能家电控制和电池集成充电等的多用途开发,实现用户富裕电能的回售;可以整合系统中的数据,完善中央电力体系的集成作用,实现有效的临界负荷保护,实现各种电源和客户终端与电网的无缝互连,由此可以优化电网的管理,将电网提升为互动运转的全新模式,形成电网全新的服务功能,提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。

2　智能电网的关键技术

2·1　强壮灵活的电网实体

我国能源及电力需求发展不平衡,很长一段时间内仍然要走远距离、大规模输电和大范围资源优化配置的道路。如何进一步优化各级电网规划,做好交直流衔接、电源与电网协调发展、一次系统与二次系统协调发展、各电压等级电网协调发展等是建立强壮电网的关键。在构建强壮电网的同时,需兼顾分布式电源和微电网的柔性接入,在电网建设过程中,提高设计标准,以应对各种自然灾害事件对电网的影响。

2·2　电力设备技术

智能电网的装备不仅要涵盖二次系统的保护、安全稳定控制等装置,而且还要涵盖一次系统的智能电器、静止补偿装置、高容量的储能装置等,各种智能设备和智能系统在智能电网中需进行整合,以具备电网变化适应性。电力电子技术在发电、输电、配电和用电过程中发挥了重要作用,电力电子装置需向全控型大功率电力电子器件和DSP全数字控制技术等方向发展,以提高装置的可靠性。发电设备方面,在提高传统发电设备自动化水平同时,对分布式发电提出更高要求,研制各种发电新技术,如风力发电、光伏发电、热电联合电厂、燃料电池等。

2·3　通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。当这样的通信系统建成后,智能电网通过连续不断地自我监测和校正,应用先进的信息技术,实现其最重要的特征—自愈特征。它还可以监测各种扰动,进行补偿,重新分配潮流,避免事故的扩大。高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备(IEDs)、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信,提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平。对于通信技术而言,需要重点发展两个方面的技术:

1)开放的通信架构,它形成一个“即插即用”的环境,使电网元件之间能够进行网络化的通信;

2)统一的技术标准,它能使所有的传感器、智能电子设备(IEDs)以及应用系统之间实现无缝的通信,也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解,实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。

2·4　量测技术

参数量测技术是智能电网基本的组成部件,先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息,以供智能电网的各个方面使用。通过参数量测可以评估电网设备的健康状况和电网的完整性,进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。通过智能电表可实现对用户相关参数的测量及控制。通过PMU、WAMS、元件动态监测、各种先进的传感器及通信技术等实现系统快速仿真、智能预控、智能恢复等功能。

2·5　控制技术

智能电网的智能化最终目标是有效整合并综合利用电力系统的稳态、动态、暂态运行信息,实现电力系统正常运行的在线监测、优化、预警、动态安全分析,紧急状态下的协调控制,事故状态下的电网故障智能化辨识及其恢复等功能。智能化的关键技术包括:智能预警技术、优化调度技术、预防控制技术、事故恢复技术、智能数据挖掘技术及调度决策可视化技术等。

2·6　可再生能源和分布式能源技术

分布式能源包括分布式发电和分布式储能。

分布式发电技术主要有:风力发电技术、太阳能光伏发电技术、微型燃气轮机技术、燃料电池技术、生物质能发电技术、潮汐能发电技术、地热发电技术等。分布式储能主要有:蓄电池储能、飞轮储能、超导储能等。

分布式发电具有波动性和间歇性的特点,若控制不当,容易对电网产生冲击。在发展智能电网的同时,不得不考虑分布式发电的并网技术、控制技术、安全管理等问题,最大限度减小分布

式电源并网运行对电网的冲击。

3　结论

发展智能电网是一项长期的系统工程,由于不同国家能源及电网情况不同,应根据自己国情,在国家宏观调控政策下,建设既要满足近期需求,又要适应未来要求的智能电网。