智能電網(wǎng)的研究與發(fā)展趨勢

商國林，余凱

(國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，河北石家莊050000)

[摘要]隨著國家電力建設(shè)的加快，云數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、工業(yè)4.0等技術(shù)日益完善，智能電網(wǎng)已經(jīng)具備快速成長的基礎(chǔ)。如何實現(xiàn)多能源結(jié)構(gòu)的電源優(yōu)化配置，實現(xiàn)高效調(diào)峰，實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的保護(hù)聯(lián)動，保障電網(wǎng)的電能質(zhì)量、一次調(diào)頻、負(fù)荷控制的自動調(diào)整等功能，實現(xiàn)整個電網(wǎng)資源的最佳配置，是智能電網(wǎng)迫切需要解決的問題。

關(guān)鍵詞 智能電網(wǎng) 自動監(jiān)控設(shè)備 智能化

中圖分類號TM76

0引言

因為風(fēng)電、光伏、水電受自然條件限制大，能量補(bǔ)給不可靠，存在隨時斷電的風(fēng)險。核電、燃機(jī)發(fā)電的成本就火電而言相對高昂，而不同類型的電能最終均要上網(wǎng)，如何實現(xiàn)多能源結(jié)構(gòu)的電源優(yōu)化配置，如何實現(xiàn)高效調(diào)峰，如何實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的保護(hù)聯(lián)動，如何保障電網(wǎng)的電能質(zhì)量、一次調(diào)頻、負(fù)荷控制的，自動調(diào)整等功能，如何實現(xiàn)整個電網(wǎng)的資源最佳配置，是智能電網(wǎng)迫切需要解決的問題。

1智能電網(wǎng)的定位

21世紀(jì)，電力系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，主要是能源結(jié)構(gòu)的多元化和電力市場的供需失衡，具體表現(xiàn)在基于環(huán)境保護(hù)、資源的優(yōu)化布置，越來越多的分布式光伏、多聯(lián)供分布式燃?xì)獍l(fā)電進(jìn)人視野，參與到了電力市場競爭中;電網(wǎng)可用率較低，目前火力發(fā)電的機(jī)組可用率甚至低于50%。如何實現(xiàn)電廠和用戶資源的最佳優(yōu)化配置，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的同步發(fā)展，是電網(wǎng)迫切需要解決的問題。通信和數(shù)字化技術(shù)目前已得到飛速發(fā)展，智能云技術(shù)、智能儀表技術(shù)、智慧城市技術(shù)、智慧能源技術(shù)等先進(jìn)科技的發(fā)展使得智能電網(wǎng)的穩(wěn)步建設(shè)條件已經(jīng)成熟。

智能電網(wǎng)是在先進(jìn)的技術(shù)支持下，實現(xiàn)潮流可控。首先是利用傳感器收集發(fā)電、輸電、配電.樞紐變電站等關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)。然后對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存、整理、歸類”建立電力系統(tǒng)智能云數(shù)據(jù)。最后對大量的云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)，找到電力系統(tǒng)參數(shù)變化的規(guī)律，最終在資源平衡、負(fù)荷控制、電能質(zhì)量調(diào)整、事故處理等方面制定出適合電力系統(tǒng)發(fā)展的最佳優(yōu)化方案。

2智能電網(wǎng)的特點

2.1可觀測j可控制

利用先進(jìn)的技術(shù)以及GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的簡化示意網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為可視化的實物圖，可隨意添加相關(guān)參數(shù)：如環(huán)境氣候變化等，通過著色和動畫技術(shù)信息，轉(zhuǎn)化為可視化的參數(shù)和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和區(qū)域電網(wǎng)之間的快速傳輸。

2.2自愈性和自適應(yīng)性

智能電網(wǎng)可以實時掌控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，及時自動隔離故障，盡量避免入為干預(yù)，快速隔離，自我恢復(fù)，避免事故。

2.3可靠性與經(jīng)濟(jì)性

智能電網(wǎng)能更好地對各類危害做出準(zhǔn)確的反應(yīng)，從而做到“保人身、保設(shè)備、保電網(wǎng)”;大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展給我國電力市場經(jīng)濟(jì)的實現(xiàn)提供了可能，如何兼顧環(huán)保與經(jīng)濟(jì)，在促進(jìn)能源建設(shè)高速發(fā)展的同時倡導(dǎo)環(huán)保，實現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)度，國調(diào)、省調(diào)、低調(diào)同步聯(lián)動，支持電力市場良性競爭，實現(xiàn)電價上下浮動，保證電力系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行。

2.4兼容性和互動性

鑒于我國電源點品種多樣、新能源電源波動大的特性，智能電網(wǎng)可實現(xiàn)風(fēng)功率、水功率、光伏預(yù)測和調(diào)度計劃自動聯(lián)動，滿足電力和自然環(huán)境的有序控制;實現(xiàn)電力市場競價和用戶用電同步，通過市場競價更好地促進(jìn)用戶主體參與電力市場經(jīng)濟(jì)建設(shè)，向用戶提供最佳的電能質(zhì)量和供電可靠性。

3國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展情況

歐美等發(fā)達(dá)國家對智能電網(wǎng)研究時間早，且形成一定的技術(shù)規(guī)模，美國主要關(guān)注電力網(wǎng)絡(luò)的更新升級，利用信息技術(shù)實現(xiàn)智能化，2006年美國IBM公司曾與全球電力專業(yè)機(jī)構(gòu)合作開發(fā)了智能電網(wǎng)的解決方案，這一方案被形象地比喻為電力系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，電網(wǎng)公司可以通過傳感器、數(shù)據(jù)分析工具等實現(xiàn)電網(wǎng)的自動監(jiān)控，甚至是自動處理事故，最大限度地提高供電可靠性，用戶對設(shè)備用電的情況也可實時監(jiān)控，實現(xiàn)利潤最大化。2008年美國的科羅拉多州的波爾得成了全美第一個智能電網(wǎng)城市，其中智能電表有一項功能就是可是顯示當(dāng)天的電價，這樣用戶就可以根據(jù)電價走勢選擇何時做飯、洗衣、熨衣服等，甚至某些工業(yè)用戶還可以根據(jù)電價變化及時變更作業(yè)時間，這樣有效提升了用戶的經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)還可以用大數(shù)據(jù)分析哪些用戶在哪些時段的用電量，電表還可以優(yōu)先給用戶分配清潔能源。

我國智能電網(wǎng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：2009到2010年是智能電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計階段，這個設(shè)計充分考慮的全國電力生產(chǎn)建設(shè)的發(fā)展，特別是對高壓交直流供電和大型的電源點要充分納入范圍。2011至2015年，加快特高壓供電和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)互動控制和服務(wù)體系建設(shè)。2015至2020年，進(jìn)入引領(lǐng)提升階段，構(gòu)建堅強(qiáng)穩(wěn)固的智能電網(wǎng)，清潔能源的比重占整個系統(tǒng)的35%，智能電表實現(xiàn)普及，分布式能源實現(xiàn)“插座”功能，保證隨用隨取，不用即停。智能電網(wǎng)將貫穿發(fā)電、輸電、配電、用電全過程，最終引起整個電力系統(tǒng)的重大變革。因此，國內(nèi)的智能電網(wǎng)目前正處于穩(wěn)中向好的發(fā)展階段。隨著特高壓交直流輸電線路的飛速發(fā)展，目前已有多條特高壓線路及其配套電源點項目已經(jīng)投產(chǎn)或在建中，這些將是今后中國電力發(fā)展的重點，因此我國智能電網(wǎng)建設(shè)的骨架是以特高壓交直流供電系統(tǒng)為核心來搭建的。與智能軟件的搭配組合中，智能化可以實現(xiàn)量身定制功能，既可以根據(jù)設(shè)備實際，打造設(shè)備的最佳智能化配置方案，也可以根據(jù)工廠實際，只實現(xiàn)設(shè)備某一部分功能的智能化。

哪些一次設(shè)備需要智能化，這主要取決干設(shè)備的重要程度，取決于設(shè)備故障后的影響范圍，故障發(fā)生的概率大小，故障是否被準(zhǔn)確檢測。開關(guān)、高壓電纜、高壓套管、GIS、SVG、負(fù)荷控制等裝置皆因容易發(fā)生故障，造成經(jīng)濟(jì)損失，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮智能化。比如火力發(fā)電機(jī)組實現(xiàn)了AGC負(fù)荷自動控制功能，調(diào)度人員無需再頻繁切換畫面，同時還可以實現(xiàn)了一次調(diào)頻功能和PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制功能。

5智能電網(wǎng)的實際運(yùn)用

2007年，華東電網(wǎng)公司在國內(nèi)率先開展了智能電網(wǎng)的可行性研究和分析，并設(shè)計了2008～2030年 “三步走”行動計劃。并在2008年啟動了以高級調(diào)度項目群為突破的第一階段工作，在調(diào)度系統(tǒng)智能化升級、智能數(shù)字化變電站、合理規(guī)劃電網(wǎng)建設(shè)體系、建立所有用戶信息可視化平臺等四方面發(fā)力，堅持向受端大電網(wǎng)、，數(shù)字化電網(wǎng)、智能化電網(wǎng)方向發(fā)展。

5.1 一次設(shè)備智能化

所謂一次設(shè)備智能化即一次設(shè)備和智能組件進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最終實現(xiàn)一次設(shè)備的自動監(jiān)控、測量、保護(hù)等功能。在設(shè)備智能制造、智能運(yùn)行是實現(xiàn)工業(yè)4.0的可靠保證，未來的電力市場，智能電網(wǎng)發(fā)展速度一定十分驚人，我國電網(wǎng)智能化發(fā)展只能說是岡d剛起步，未來智能電網(wǎng)的構(gòu)建和發(fā)展建需要所有從業(yè)人員的共同努力。

5.2二次設(shè)備智能化

如果把一次設(shè)備比作人體，智能化是人體的大腦，那么PT、CT就是這個智腦的神經(jīng)元，電子式PT、CT是實現(xiàn)一次設(shè)備、二次設(shè)備智能化交互的有效媒介。電氣二次設(shè)備智能化的集中體現(xiàn)是設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，具體功能實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息平臺統(tǒng)一技術(shù)等方向上。

6結(jié)束語

設(shè)備智能制造、智能運(yùn)行是實現(xiàn)工業(yè)4.0的可靠保證，未來的電力市場，智能電網(wǎng)發(fā)展速度一定十分驚人，我國電網(wǎng)智能化發(fā)展只能說是剛剛起步，未來只能電網(wǎng)的構(gòu)建和發(fā)展需要所有從業(yè)人員的共同努力。

參考文獻(xiàn)

[1]張立暉.國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展模式對比分析[J].科技視界， 2014(26)：142.

[2]肖立業(yè)，林良真，構(gòu)建全國統(tǒng)一的新能源電網(wǎng)，推進(jìn)我國智能電網(wǎng)的建設(shè)[J].電工電能新技術(shù)，2009，28 (4)：54-59.