智能电网的应用

智能电网的应用（精选8篇）

智能电网的应用 篇1

语音控制在智能电网与智能家居的应用

智能生活，换成简单的说法便是简便生活，动一下拇指，发出点声音，便能解决之前必须手动才能完成的操作。在整个软件行业，不论是苹果手机、苹果电脑，还是百度输入法、腾讯的微信、米聊、UC的浏览器以及新浪的微博等等一些应用程序，都已经成为当下很多人以此取代传统短信进行交流的必备工具，这些软件在手机终端上面都有语音控制的功能。语音控制成了智能的一项标准。

在未来的物联网时代，“语音命令—得到反馈”的互动模式将进一步延伸。生活中的电器将被赋予“说”与“听”的功能，人们的生活将不再需要手动操作。

机器人语音交互实验平台>项目已列入了研究规划。“出发！对1号主变进行巡检。”一声令下，一个身高1米多的巡线机器人自动启动，沿着变电站内的小路，根据指令开始工作。语音控制功能不但能够有效利用用户个性化的语音，提高系统的识别准确率；而且能够提高用户输入词表的方便性和灵活性。随着指令发出者年龄的变化，还可以选择合适的语音替换用户原来的语音模型，使得语音智能平台具备更强的适应性，识别效果不会随着时间变久而变差。

除了在智能机器人开发领域中，智能家居建设方面也开始着重语音控制技术。随着智能家居行业内的大发展，以及随着时间的推移智能家居行业内的技术越来越成熟，同时随着科学技术的突飞猛进以及社会的进步，一切都变得可能，一切都会慢慢实现。手机做到了可以控制智能家居控制系统，只要将家中设置一台中枢式的控制设备，接收手机命令，通过一些技术即可实现随时随地的自由控制、管理家中所有的家用电器，这些操作都可以在手机操控端上完成。那么在手机操控端上加“语音控制”的软件，通过语音声控，给手机发出命令，从而实现语音控制家庭中各种产品，这个也就不会是梦想。

智能语音控制技术在智能家居领域的广泛应用，将实现一加一大于二的效果。在未来，语音控制技术将是智能家居设计方案中的主要部分。语音控制技术的成熟将为物联网的快速发展奠定基础。

由智能家居、智能园区、电动汽车充换电设施建设等部分构成的智能电网，在未来的发展中将进一步拓宽物联网的发展道路，而在这个过程中，智能语音控制技术势必将扮演重要的角色，向更高层次发展。

智能电网的应用 篇2

关键词：新能源,微电网,智能电网,智能社区,电力电子,能源管理系统

1 引言

随着世界经济快速发展、人口持续增加、人们生活水平不断提高,能源紧缺、环境污染问题日趋严重。为了可持续使用能源和保护地球环境,各国都在积极开发利用可再生能源。目前的电力系统还是半个世纪以前的格局,属计划经济模式。电力部门总把电力事业据为己有,独占鳌头,从而垄断市场价格,这是黄金律,没商量。20多年前,很多国家引入了电力市场,该黄金律受到了很大挑战。2002年,美国电科院提出了智能电网的概念[1],并在欧洲得以实现,如今智能电网已得到世界各国的普遍接受。传统电力市场不是真正意义上的理想市场,真正意义上的理想电力市场应该是智能电网。如今从电力电子角度看,新能源并网发电技术似乎比较成熟,但可再生能源大量并网后会出现什么新问题? 未来的能源格局将会如何? 各国还在探索之中。近期,作者阅读了《富士时报》( 富士电机公司内部期刊) 的许多有关新能源、微电网、智能电网、智能社区的文章,觉得一些思想值得借鉴,遂推介此“他山之石”,供同行共享。

2 智能电网

可再生能源大量使用后,电能质量面临着巨大挑战。如果并入电网的容量超过电网供给量的10% ,电网的频率和电压就会不稳定[2]。而且,电能的流动已不是单从电力公司的发电站流向用户一方,而是双方向的,甚至在各用户之间流动。为了应对微电网的波动,须在电网侧增设大量的补偿设备,显然这些设备的运行率并不高,很不经济。通过信息技术将用户和电网融合在一起,实现协调运行,让电网自身具备电力最优供需控制功能,以极大地提高电力供应能力和利用效率,这就是智能电网。智能电网就是为实现该协调控制的一种手段。智能电网以数字化电力设备为基础构成网络节点,既控制能量流,也控制信息流,使强弱电技术相互融合。数字化电力设备涉及智能传感、智能诊断、智能操作、专用集成电路开发、电磁兼容、网络化信息交互等技术。其最终目的是达到测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化。智能电网技术已成为强化国际竞争力的战略支柱[3]。

智能电网能够吸纳其所覆盖地区范围内的光伏发电、风力发电、生物质发电等分散型电源,从而大幅度提高该地区的能源自给率。这样,在地震、洪涝等大范围灾害发生时,可以分散能源基础设施遭受损坏的风险,并利用多种当地生成的能源以迅速恢复该地区重要部门的能量供应。

在智能电网内,通过大范围扩大利用新能源,结合推广应用具有高节能性能的楼宇、高效率的交通系统、可靠安全的供水系统等,实现低碳、便捷的城市基础设施,这就是智能管理的构想。在此构想下,规划和展开新城市开发、城市改造等工程。

3 智能社区的架构

3. 1 智能社区

随着发展中国家工业园区、新城区的不断创立,其能源供给、水源供给、交通、物流等社会基础构建将需要大量投资[3]; 发达国家在经济增长期间所装备的既有能源设施通过基础设施再投资和开发,逐步更新为智能电网是必然趋势[4]。目前,世界上有300多个新城市开发和城市改造正在进行中,涉及的不单纯是电网智能化问题,还拓展到如何构建包括生活用水、交通、物流等与能源相融合的环境友好的城市空间问题,即智能社区、生态城的问题[5]。图1是智能社区的示意图。

智能社区的市场需求不是提供单一的核心技术,而是把作为能源基础设施的能源供给、能源流通乃至用户对能源的高效利用等一并考虑,构成一条“一站式”的能源供应链,作为商业规划操作,且要求具有水供给、废弃物处理、交通、物流等综合的社会系统开发者的功能[3]。

3. 2 智能社区的架构

图2是富士电机考虑的智能社区架构。富士电机拥有大规模火力发电、水力发电、地热发电的工厂技术,还能提供可利用低温低热的双工质循环发电、轻量可弯曲的非晶太阳能电池、工业用磷酸燃料电池等很有特色的供电方用的产品,以及为将以上产品安全接入电网的变电站保护系统、为光伏发电/风力发电时的电力波动进行削峰填谷使之平滑并入电网的一系列电力系统稳定化装置[3]。

富士电机把“智能社区”作为社会基础设施的一部分,它涵盖了智能电网、交通系统及给排水等公用设施。其中智能电网的结构分为5个层面,即: 功率器件、电力电子设备、用户电网、微电网及作为能源基础设施的智能电网本身。

电力电子设备: 包括UPS、直流大电流电源、电动汽车的电力驱动、交通运输各领域所需的各种电力电子设备、光伏发电系统逆变器、可再生能源剩余电力储存系统、维持电网电压平稳的无功功率补偿及电压调整器等。富士电机利用其特有的反向阻断型IGBT( RB-IGBT) 研发出三电平变换器[6],其功耗降低了30% ~40%。

用户电网: 智能电网的重点是考虑家庭、产业、交通等用户侧的节能。富士电机以工厂和楼宇的用户为对象,利用EMS实现能源的可视化、分析评估及设备整体的优化运行,且通过电力电子设备向用户综合提供节能对策的解决方案,即绿色导航( Green Navigation) 。此外,随着服务器集成化程度的提高和互联网数据中心( IDC) 对能量密度需求的不断增大,电力电子设备以IDC为对象,提供了以超高效UPS和当地空调系统为中心的绿色IDC解决方案,进而以便利店、物流业界为对象,提供一站式节能店铺的综合解决方案。

微电网: 包括光伏组件、燃料电池、风电机、生物质发电、余热发电等组成的网络。孤岛的电力供应多半还是靠柴油发电机,因此存在着燃料运输费用及环保问题。孤岛的微电网通过现有的柴油发电及蓄电系统的协调运行,消除光伏发电/风力发电等可再生能源发电时所引起的能源供需不平衡,并维持良好的电网质量。

智能电网: 包括发电厂、变电站、高压电网,它将上述EMS与上位地区的EMS在同一个信息平台上分级联结起来。对于家庭类小规模用户来说,通过“智能电表”实现与上位EMS及电力公司间的双向携手。智能电表除了具备原有的电量累计功能外,还装有信息显示终端,能与上位EMS不断进行信息交换,并根据电力公司的电力供应状况和用户需求响应变更电力售价、指导用户控制负荷。图3为富士电机的地区能源管理系统( CEMS) 。

4 新一代能源社会系统

为了实现低碳社会,人们都在考虑使用可再生能源、电动汽车、节能住宅、零排放楼宇,企业也采用高效率机器。在日本国内,能源最优管理方式是以全区域内的电力公司、可再生能源发电者及用户为对象,推进不单纯是电能,还包括热能、燃气、水环境有效利用、居民生活方式变革等在内的和谐型城市空间构建的实证项目,在海外也积极展开城市和工业园区的电力、热、燃气、水环境、交通等基础设施的整备工程[7]。

智能社区通过智能电网等最新技术构建起新一代地区社会。这不但能有效利用能源,还能应用可再生能源,改变交通系统,形成一个节能又舒适的生活空间。这里,信息网络在沟通这些部门联系中充当着重要角色[8]。

4. 1 富士电机的新一代能源社会系统

富士电机把对象地区的电力稳定性和节能低碳化以地区分散方式来实现,构建的新一代能源社会系统不影响输电系统。系统通过智能电表直接/间接控制负荷达到节能,还将热能和燃气等在全地区内融合起来,旨在将有关能源的问题在地区内解决。图4为富士电机用在智能电网和智能社区中的地区分散型新能源社会系统的方案。

新能源社会系统要关注4个要点: 对象规模、电网品质、能源管理、就地消纳。与此相关的技术是配电自动化系统、系统控制、能源管理系统、分散型电源、供需平衡控制、电网品质稳定性、电量检测、配电设备及作为逆变器/变流器应用的电力调节系统( PCS) 等。

( 1) 对象规模: 有大有小,以紧凑型私人住宅、联合企业、工业园区、孤岛、无电地区为对象地区。

( 2) 电网品质: 对象地区使用分散型电源所产生的电压、频率波动在地区内部吸收掉,以确保电力系统的稳定。

( 3) 能源管理: 作为用户的住宅、充电站、店铺、商业楼宇、工厂,在使用电能和热能时,通过信息网络实时收集现场信息,使地区内的能源能融合使用。

( 4) 就地消纳: 对象地区的能源控制是将输电系统、地区的热电联供系统、分散型电源系统等结合在一起,以实现就地消纳。

基于上述要点,富士电机采取如下措施[9]:

( 1) 低碳化措施

社区能源管理系统( CEMS) 管理整个社区的能源; 能源管理系统( REMS、BEMS、FEMS) 管理店铺、楼宇、工厂的能源; 智能电表、多级中继无线技术具备用电指导显示和应答输入功能,把握并及时停止/解停用户的电力使用量; 分散型电源有薄型光伏组件( 轻量可弯卷) 、商务用100kW磷酸燃料电池、可低落差发电的微型管状水轮机、将低温热能有效变换成电能的双工质地热发电等技术。

新一代配电系统技术包括故障点位置探测与修复、功率潮流监测、电压/频率调节功能; 高效运行的电力调节系统实现电网内电力控制,蓄电池充放电实现地区内的电力稳定; 稳定电网电能品质的配电设备包括负载率控制变压器( LRT) 、IT开关、静止无功补偿器( SVC) 、自动电压调节器( SVR) 、不停电电源等相关技术; 对于孤岛类封闭性微电网,需要进行能源供需的快速最优控制及供需平衡控制。图5为富士电机智能电网系统的总图。

( 2) 电力稳定措施

4. 2 社区能源管理

图6是富士电机用在北九州市的新一代能源社会系统的结构图。这里采用的是控制地区整体能源以实现低碳化目标的应对技术,包括可再生能源与热电联供系统的合作、向电动汽车供电、电动汽车再生电能利用、利用设置在地区内的蓄电池实现电力系统稳定、各用户的用电情况可视化以及根据动态定价和环保激励机制的需求抑制措施等。该系统将对象地区的能源供应者与用户通过信息网络对接,地区能源管理系统进行电、热、氢的计量、运营规划、供需平衡控制及与电力系统的合作,从能源管理上看,可作为环境友好型紧凑城市的典型案例。

本能源管理系统的特点如下:

( 1) 地区能源管理系统根据快速应答和频度的需要,将通过专用缆线和通用采集顺序采集的综合能源数据收集在一起,进行一元化管理。

( 2) 根据对象地区的要求,可独立配置多个商务处理,实时控制发电、充放电,掌握各用户的能源利用情况,进行能源供需规划。

( 3) 将收集到的信息提供给外部的服务供应商,以便提供新的服务。

表1为地区能源管理系统的各功能项,图7为地区能源管理系统结构图。

4. 3 用户能源管理

富士电机参与了关西科学城的“以设施电网为对象的能源控制器开发”,推进了对含有出租办公楼、大会厅、宾馆、餐厅等综合楼宇的低碳化技术示范工程,其目标如下:

( 1) 将整幢综合大楼作为一个封闭网,在综合楼内配备蓄电池、光伏电池、燃料电池、智能电表,通过高效运行蓄电池、燃料电池和热泵,将大楼内的可再生电能和热能在大楼内得到有效利用。

( 2) 通过间接控制负荷,推动承租人实现节能和低碳化,增强承租人和楼宇使用者的环保意识,为综合大楼整体的零排放做贡献。

用户能源管理系统是通过在综合大楼内设置紧凑型楼宇用能源控制器来实现的。该控制器在直接控制综合大楼内蓄电池、燃料电池的同时,还通过智能电表间接控制承租人的负荷。通过与传统的以监视和可视化为中心的楼宇管理系统的合作,更有效地利用楼宇内的能源。表2所示为楼宇用能源控制器的主要功能项,图8是以综合楼宇为对象的用户能源管理系统的结构图。

4. 4 海外项目的拓展

富士电机与住友商事株式会社、三菱电机株式会社、东电设计株式会社接受了独立行政法人新能源产业技术综合开发机构( NEDO) 的委托,准备进入东南亚国家工业园区,需要考虑的是:

( 1) 为确保稳定生产,要求电能质量水平与日本相同。

( 2) 与日本相比,工厂的能源管理里还有节能、低碳化的充分余地。

( 3) 工业园区的电力合同需求量与一个配电用变电站所管理的电力容量相当,规模上与地区能源管理的对象地区相仿。

表3为工业园区用智能电网技术,图9为工业园区智能电网的系统模型。该模型把整个工业园区作为能源管理的对象区域,在整个工业园区内利用电力系统化和能源管理系统实施节能和削峰填谷。主要技术有: 在工业园区设置“电能品质稳定化装置”,向多家工厂提供高品质电源; 在园区中心,“工业园区EMS”集中管理能源和限制工厂的用电要求。

5 孤岛的微电网系统

世界上有无数的有人孤岛,其中多数是以独立的电力系统运作的。中小规模孤岛因为规模小,发电机的惯性能量小,易受可再生能源输出波动的影响[10]。20世纪90年代后半叶,欧盟各国为应对地球环境,大力推动风力发电,结果也暴露出很多问题,尽快解决这些问题成为当时的当务之急[11]。为此,孤岛微电网也应运而生。

5. 1 孤岛上的微电网

微电网系统使用多套分散型电源,以保持地区内电力的供需平衡。其特点是[12]: 适用于多个用户存在的特定地区; 由分散型电源和小规模电力供应网络构成; 独立于原有的大规模电力系统,是可现场运行的电力供应系统; 分并网型和独立型两种; 一般利用信息与通信技术( ICT) 对多组分散型电源和负荷进行综合控制。

孤岛微电网系统继承了原微电网的特点,是独具特色的中小规模系统,目的是维持可再生能源大量应用时电能品质的稳定性,确保供电的可靠性。孤岛独立发电系统由于受到运作上的限制,一般都采用内燃发电机发电,使用的燃料是CO2排放系数较大的化石燃料。由于远程运输燃料加大了发电成本,因此孤岛独立发电有经济性问题。为此,不能使用化石燃料,而必须大量应用可再生能源,这样既减轻对环境污染的压力,也可降低发电成本。可是,大量应用可再生能源会引发电能质量和可靠性的下降,必须采取必要对策[13]。表4为孤岛应用可再生能源面临的课题。

5. 2 孤岛微电网的基本结构

孤岛微电网系统基本结构如图10所示,由原来的内燃柴油发电机、可再生能源及电力储存设备组成。各设备发出的电力、电能品质( 频率、无功功率等) 通过传感器检测,经高速传输线送到微电网控制装置。

小规模系统多使用惯性能量小的小容量柴油发电机,可再生能源输出的突变或停止都会造成频率波动、电能品质下降。这种突然波动靠原来发电系统的控制装置( 调速控制器) 是跟踪不了的,如不采取措施,将造成频率偏离规定值,引发电能品质下降。

对于规模为数百千瓦的小规模孤岛,这种频率波动变得更显著,必须进行快速补偿。对于更小的孤岛,发电机的台数也更少,运行调节范围很小。此时,如果可再生能源发电的比例较高,则原有发电机很难在运行范围内稳定运行,为此,必须限制可再生能源的输出能力或冗余电力储存设备,通过增大容量以实现高峰后移运行。

对于1MW左右的中规模孤岛,一般采用多台柴油发电机发电,以控制其运行台数为主,如果备用电源余量充足,则其运行范围可以设宽些。因此,微电网系统有望在现有发电设备的控制范围内构建出最经济的系统。

5. 3 小规模孤岛的控制功能

富士电机的“UPS8000G系列不停电电源”产品具有缓冲功能,当高效率燃气发电机突加负荷时,该UPS能协助跟踪负荷,并根据负荷的瞬变在数毫秒到10ms内实现对瞬变的补偿。日本“WindPower西目发电站株式会社”从2008年开始实施抑制风电场输出电能波动的稳定装置试验。通过该试验确认了稳定性控制技术和蓄电池的运用管理技术[14]。在此基础上,进一步开发面向小孤岛的微电网控制功能。图11为用于小规模孤岛的控制功能示意图。该方案在风力发电机解列或光伏发电逆变器停机时能确保频率不偏离。

对于多台发电机发电的中规模孤岛,利用发电机的惯性能量可以吸收一部分动态过程中的波动。这种系统发电机的运行范围也较宽,考虑到添加储能设备的经济性,须选择合适的蓄电池并适当减小其容量。系统规模再大时,可再生能源的设置点增多,可再生能源输出波动的检测变得很困难。这种情况下,采用包括负载波动在内的系统快速频率补偿是最有效的方法。

微电网中,可用于波动补偿的电容种类很多,包括铅酸电池、锂离子电池、锂离子电容、电双层电容等,选用时需考虑其特性、循环寿命、设置面积、经济性等。一般说,对于峰值后移类负荷均衡用途,需要大容量蓄电池,最好选择体功率密度大的蓄电池。经研究发现,对于只有数分钟短周期波动的补偿,最好采用循环寿命长、体功率密度大的电容; 而对于数十分钟以上长周期波动的补偿,可采用包括锂离子电池等在内的各种电池。锂离子电容几乎可与双电层电容一样使用,但比双电层电容体积小、重量轻。

5. 4 高速频率检测装置

微电网频率检测不单只是为确保电能质量这个指标,还可以获得包括内燃发电机在内的微电网域内的电力供需平衡状况等重要指标。为了对孤岛独立系统整体实现协调控制,针对原有控制设备不能跟踪的瞬时频率波动,微电网控制必须具备有效的跟踪控制功能。

系统频率检测的方法如下: 设在规定的时间内,系统交流电压从负值( -) 变为正值( +) N次,则由N次变化所花时间可求出1次交流循环所用时间[15]。该频率检测需要0. 1 ~10s左右。富士电机以交流电压为信号源,采用独特的误差压缩算法及特性优化滤波,开发出了具有30ms的频率跟踪特性的高速频率检测装置[16],用于微电网控制功能中的高速频率波动补偿。

6 微电网的电力电子技术

用于微电网的电力电子设备必须具备能安全并入电网并应对频率/电压波动的功能[17]。

6. 1 并网所需功能

低电压穿越( LVRT) : 要并网的微电网首先必须具备LVRT功能。在可再生能源应用数量不多的情况下,当电网电压下降时,分散型电源即使解列对系统整体的影响也很小,不会有什么问题。但应用数量很多时,分散型电源的同时解列将产生发电量与负荷间的不平衡,系统频率的稳定性就下降了。此时不是让分散型电源都解列,而是让部分负载退出,以维持系统频率稳定。因此,分散型电源并网必须满足三点要求: 1能应对频率的变化; 2电网电压跌落时尽量保持与电网连接,继续供电; 3即使解列了,但当电网电压恢复时必须迅速再并网并提供发电。

6. 2 孤岛运行检测功能

并网运行的一个不可或缺功能是要能够检测出孤岛运行的状态( 注: 这里孤岛不是指岛屿,而是指一种运行状态) 。在孤岛运行状态下,容易引发触电、损坏设备,应尽快检出并解列。检测的方式有两种:

( 1) 被动式检测: 微电网系统转为孤岛运行时,由于发出功率与负载不平衡,会引发电压相位和频率的急剧变化,将该变化检测出来,即可识别出孤岛运行状态。

( 2) 主动式检测: 不断给逆变器的输出施以功率或频率扰动,当系统转为孤岛运行时,其输出阻抗或频率会有剧变,通过检测该变化即可识别孤岛运行状态。

目前的配电系统中往往负荷大于发电,被动式检测方法尚能奏效。但当分散型电源增加时,配电系统内的发电和负荷可能达到平衡,此时孤岛运行输出的电压相位和频率没有明显变化,被动式检测方法就难以奏效。以前被动式作为主要检测方法,主动式作为备用。现在相反,随着分散型电源的大量应用,被动式方法有检测不出的风险,所以主动式成为主要方式。

目前,特别是对于小规模光伏发电,业内一致认为以无相互干扰的主动式检测方式为宜[18],而对于中大容量功率变换器( 光伏/蓄电池的电力并入系统) 的孤岛运行方式还在关注中[19]。

6. 3 发电波动及可再生能源波动的应对功能

以往,负荷的波动靠控制发电机吸收来稳定频率。但可再生能源一旦发生波动,单靠控制发电机就难以控制供需平衡,因此,可再生能源侧也必须调整输出量,使得其对系统的影响降到最小。该功能可通过电力储存来实现,必须根据波动周期改变蓄电池、锂离子电池、电双层电容等的电力储存方式,即控制其充放电。

可再生能源发电量往往会有波动,要抑制该波动就需要与发电机( 或发电站) 相同台数的电力稳定装置。相比之下,在地域大的地方采用广域型电力稳定设备吸收该波动能使波动得到平均,从而减小设备的总容量,这种方法更经济。这种广域型电力稳定设备是在大范围( 如城镇、县及以上) 内控制包括可再生能源在内的发电量波动的一种设备。这时需要加大用于电力储存的逆变器的单机容量,或采用并联方式来加大容量。

小规模孤岛上的发电机惯性常数小,发电量的波动容易引起电力供需不平衡,甚至发生振荡。这种不稳定状态可以通过电力储存装置予以稳定,但需要高速高精度控制的逆变器。

6. 4 微电网上的电力电子技术

近年来,随着电力电子技术应用范围的不断扩大,在能源流通领域也能方便地实现复杂控制,使得社会基础设施得到有效利用。图12是富士电机在智能电网上所采用的电力流通供应链的智能化示意图。图中,利用传感器、智能电表监视系统信息,使得系统高效运行,实现发电、流通、消费的最优化。

( 1) 发电用的电力电子技术

电力稳定装置是发电方面应用电力电子技术的一个例子。电力系统的发电机多以旋转型为主,微电网本质上也是如此。当电力系统大量应用可再生能源后,其发电的不稳定性影响到了系统的频率控制,电力稳定装置控制蓄电池充放电以补偿可再生能源输出的波动,使并网公共点上合成的输出电力是平滑的,目的是稳定系统的电压和频率,如图13所示[20]。图13是风电系统的例子,光伏发电系统也一样。该充放电采用双向逆变器控制。稳定电压通过控制有功和无功补偿; 稳定频率有不同控制方式,短时间波动采用自由运行( GF) ,长时间波动采用负载频率控制( LFC) ,更长周期的波动采用经济负荷分配控制( ELDC) 。控制方式不同,所需的电力储存量也不一样。电池容量对设备投资影响很大,应尽量减小电池容量。

( 2) 流通上用的电力电子技术

上述广域型电力稳定装置是用于广地域的电力稳定设备。对于狭小地域,通过调节供需平衡达到电力稳定。图14是京都生态能源工程的示意图。本示范工程设有生物发电站、光伏发电站、风力发电站,这些可再生能源发电设备和预先选定的若干用户间采用定时( 5min) 供需平衡控制[21]。

本系统用传感器检测光伏发电和风力发电的输出,经通信线将监测信号送到控制中心。控制中心根据波动量计算出需要二次电池补偿的出力,将该出力指令经通信线送到二次电池,以此来吸收光伏和风力发电产生的波动量。从数据的测量、收集、处理到向二次电池发送指令需要20s时间,经过数十秒钟的发电波动补偿后,能实现供需平衡调整。在监测与控制中采用了通用的通信网( ADSL、ISDN) ,所以不受距离限制,检测对象和控制对象可选,可望低成本实现大规模供需平衡调整。

本系统面对供需平衡控制,负荷的波动量基本上由燃气发电机调节。当单位时间内负荷波动大、燃气发电机难以跟踪调节时,负荷波动量的调节可由二次电池来完成。

实验结果证明,5min内供需平衡的控制精度在3% 内,基本达到预期效果,同时也证明了采用通用的广域通信网控制能达到高精度要求,使用二次电池作为供需控制手段是有效的。

6. 5 智能电网电力电子的未来

( 1) 配电网电力电子装置

电力系统中,发电、电力流通、电力消费分别由大规模集中型发电站、输配电设备、用户来承担。电力从大规模集中型发电站流向用户,配电系统的建设也是以从上游向下游流动的单方向为前提来构建的。

近年来,随着用户端家用光伏发电的兴起及分散型电源的大量应用,配电系统中电力的流向已不是单方向的( 如图15所示) 。而且可再生能源发电量是不可控的,因此为了管理好频率、电压和潮流,对于分散型电源侧、特定地区或广地域的管理等有必要使用与传统不同的方法。

配电用的电力电子装置有自励式无功功率补偿器、供需平衡控制器等。为便于其普及应用,这种装置必须满足屋外设置、柱上设置、免维护、低成本等条件。

屋外设置的设备必须满足耐环境、散热、密封等技术要求; 柱上安装的设备必须重量轻,且取消与高压电网直接连接的变压器,无冷却风扇,以期免维护、降成本。要使配电用装置充分满足上述功能要求,就必须考虑使用碳化硅( SiC) 等新一代功率器件,因此,要达到装置的实用化尚需一定时日。

( 2) 智能PCS

PCS的直流侧接光伏电池板、二次电池、电容( 包括电双层电容) 等。接光伏电池时是光伏PCS,接二次电池时是电力储存器,接电容时是无功功率补偿器。逆变器部分的基本结构大同小异。智能PCS是按标准配备有并网所需的通信功能和并网控制功能的逆变器,构建时就考虑到了多用途目的。

关于PCS的通信,目前日本经济产业省正在推进标准化,估计今后在通信接口和协议方面会标准化。因此,研发配备有上述标准化功能、适于多用途的PCS是意料之中的事。

系统并网控制功能包括LVRT、孤岛运行识别、并网保护等。这些功能内置后,装置具有通用性,能应对各种标准化。

( 3) 新能源电源模块

将发电装置和储能装置做成一体,有望构成新能源电源模块。日本经济产业省在关系到智能社区的系统论坛( Forum) 最终报告中,将电力系统归纳为五类[22],如表5所示。

容量较小的可再生能源电源装置模块化后,如果能不受系统构建、可再生能源类别的限制而供多用途使用,则可再生能源的推广应用就非常方便。不论发达国家型( 美、欧) 、发展中国家型( 城市型、郊外型) 还是孤岛型,使用同样结构的电源模块,根据使用对象的不同只要改变一下控制方式就能容易构成电源装置,则同样的部件规格可用于多种系统。为此,项目研发时要考虑到可扩展性、安全性、可靠性、免维护等要求。

扩展性是指根据需要能扩展系统的容量,这不单是指装置容量的增加,还包括必须能连接各种不同电源,系统整体能容易得到协调; 安全可靠是指在不同地区,各种人( 不是电气专业知识很深的人) 随时都可安全操作使用; 免维护是指故障少,即使发生故障也能容易应对。

新能源电源模块是指将光伏发电的电力变换系统( PCS) 、蓄电池的PCS组合到模块内,通过选用可构建小水力发电或风力发电系统。

( 4) 富士智能网络系统

富士电机智能网络系统的电力电子技术应用实例如图5所示。该网络系统中,在工业、民生领域,用户方构建微电网,将光伏发电系统、蓄电池PCS、燃料电池等组合在一起,构成混合电源装置。配电系统除了传统的有载调压变压器( LRT) 、静止电压调整器( SVR) 外,还加入了电压稳定用的无功功率补偿装置( SVC) 、用于潮流控制的环路平衡控制( LBC) 、吸收可再生能源波动的电力稳定装置等,构成了地区微电网。输电系统中,设置了地区型稳定装置,以稳定地区的电力供应。

富士电机智能网络系统中EMS收集智能电表及配电系统中IT设备上传来的信息,监管着系统整体。EMS为实现能源的高效利用,给电力电子装置发送控制指令,电力电子装置高速、高精度响应该指令,实现系统高效运行。

7 结论

智能电网中智能电表的应用探析 篇3

关键词：智能电网；智能电表应用

科学技术的发展，带动了我国智能电网建设的全面推进，对于电网设备也提出了更高的要求，在这种情况下，传统的电能表暴露出许多的缺陷和问题，智能电表逐渐得到应用和普及。相比于传统电能表，智能电表具有容量大、可靠性强、安全等级高等优势，能够适应智能电网发展的实际需求，具有非常重要的现实和长远意义，应该得到电力技术人员的重视和推广。

一、智能电表的功能与特点

智能电表是智能电网中的智能化终端设备，与传统意义上的电能表存在着很大的区别，在基本的用电计量功能基础上，还增加了双向多种费率计费功能、数据传输和通信功能、用户端控制功能以及防窃电功能等，代表了节能型智能电网中，用户智能化终端设备的发展方向。

智能电表的基本功能主要体现在三个方面：

一是双向计量，这也是智能电表最为突出的功能。对于自备有储能和发电设备的分布式用电大户，智能电表能够结合实时电价，依照最优原则，制定出切实可行的购电计划，引导客户进行消费。同时，还能够将用电情况反馈给客户，鼓励其安装太阳能、风能等清洁储电设备，实现节能降耗的目标，促进企业经济效益的提升。

二是双向通信，通过电能表中的通信模块，能够实现数据中心与通信网络的双向交流，一方面，电力企业能够及时了解用户的用电信息，做好输配电管理，另一方面，可以将用电情况以及电价调整信息传输给用户，使得用户能够了解自身的用电水平，从而养成节约用电的习惯。

三是支持浮动电价，智能电表中的测量和数据储存功能，能够支持实时电价浮动，根据时间差对电量进行测量，对电能信息进行储存，为实时电价计量提供参考依据。

与传统电能表相比，智能电表具有非常显著的特点，首先，不需要进行人工抄表，用户的用电量信息能够自动传输到电力企业的相关系统中，便于实现管理的现代化和智能化；其次，先买电后用电的特点，使得用户能够根据实际需求进行购电和用电，充分体现出了电力资源的商品属性；然后，智能断电功能的存在，解决了电费回收困难的问题；最后，智能电表的低功耗设计，能够有效降低电网线损，提高电能的传输效率。

二、智能电网中智能电表的应用

智能电网，也称电网智能化，是以集成高效的双向通信网络为基础，结合先进的测量技术、设备技术以及控制方法等，实现电网可靠、安全、经济、环境友好的目标，具有激励、自愈、抵御攻击等特征。作为智能电网中的智能终端设备，智能电表在智能电网中，发挥着非常显著的作用，主要体现在以下几个方面：

1.电费结算与信息处理

传统的电能表在电费结算以及相关信息的处理上，流程比较复杂繁琐，很容易出现数据或者信息的错漏及误差，影响了电力企业的工作效率和工作成效。而智能电表的应用，能够对电费的结算过程进行大幅度简化，通过信息的自动化处理，有效减少人工误差，实现电费结算与信息处理的实时性和准确性，提高服务水平，满足电力用户的各种需求。

2.评估配网状态

在当前的发展形势下，对于配网用电信息，通常都是根据网络模型、负载估计值以及变电站高压测量得到，不仅使得配网分布信息的准确性难以保证，而且很容易由于负载过大，引发各种各样的不良影响和后果。智能电表的应用，能够实现对配网状态的准确评估，帮助电力工作人员获取相应的负载信息，及时发现电网中出现的电能下滑，或者电力设备负载过大的情况，采取有效措施进行处理，预防和避免不良后果的产生。

3.强化用电管理

在社会经济发展的带动下，各种各样的电气设备在社会生产和人们的日常生活中得到了广泛应用，社会对于电能的需求不断增加。在这种情况下，强化用电管理，提高电能的利用率，减少不必要的浪费，是非常重要的。应用智能电表，电力企业能够为用户提供相应的用电信息，同时针对其实际用电情况，建立起完善的用电管理系统，对电能的输配进行有效管理，在充分满足电力用户用电需求的同时，减少电能的浪费，促进企业自身经济效益和社会效益的共同提高。不仅如此，还能够通过信息的反馈，使得用户明确自身的阶段用电情况，及时发现电能的异常消耗，引导用户形成良好的用电习惯。电力企业还可以从企业发展的实际出发，积极引进新技术和新设备，开发新产品，提升用电管理水平，实现企业与用户的双赢。

4.分析电网负荷

智能电表的应用，能够帮助电力工作人员获取电网运行中的各种信息，为电网负荷的分析提供依据。根据时间的变化，电力企业能够对各种信息以及电网的负荷特性等进行综合分析，对电网整体的能耗需求和峰值需求进行预测，将相关信息与预测结果反馈给电力用户，使得用户能够根据自身的实际用电需求，对用电量进行调节，减少电能的浪费。

5.检测电网故障

智能电表在智能电网中的应用，还体现在故障检测方面。通过智能电表，系统能够对电能表、配电元件以及用户端设备等进行全面自动检测，从而及时发现设备中存在的异常和故障，向工作人员发出告警信息，提醒其对故障进行处理。不仅如此，智能电表的统一管理还能够实现对于表计的定时访问，对于相关信息库的维护以及对表计存储位置的确认等，能够为表计的安全稳定运行提供有力保障。

综上所述，在经济发展的带动下，社会对于电力的需求不断增加，智能电网逐渐得到发展。在智能电网中应用智能电表，能够拓展电能表的功能，适应了新能源的使用以及智能电网的建设和发展需求。因此，电力企业应该充分重视起来，关注智能电表的应用情况，确保其功能的充分发挥，推动智能电网建设的持续稳定展开。

参考文献：

[1]李晓华.探讨智能电网中智能电表的作用及应用前景[J].中国新技术新产品，2012，（16）.

[2]姜延战，李冠鹏.关于智能电表在电网中应用的探讨[J].科技致富向导，2013，（26）：159.

[3]田永宁.智能电表在智能电网中的应用[J].电子制作，2014，（3）：43.

略谈智能电网应用现状与发展论文 篇4

1.我国智能电网的研究现状及存在的问题

在二十一世纪初，美国首先开始智能电网的研究，我国也在近些年将互动电网的概念提了出来，指的是通过电子终端来即时的连接不同的用户以及用户和电网，对系统中的数据进行有效的整合，对电网的管理进行优化，让电网更加的可靠和经济，同时拥有自愈、兼容、集成和安全等特点。但是，我国起步较晚，依据目前我国智能电网的建设状况，我们可以发现在各区域输电网联系方面存在着一些问题;并且，我国的电力需求越来越大，逐渐的显露出越来越多的弊端，这样就无法有效地进行智能电网的建设。智能电网技术标准综合框架方面还很不成熟：我国虽然制定了统一的建设规划以及智能电网技术标准综合框架，但是在标准限制以及标准制定机制方面还有着很多的缺陷和问题，并且还没有充分改善标准的闭环性，在组织措施方面也十分的缺乏，没有积极的参与到其他的领域，在对发展标准进行制定的时候，没有给企业提供创新的必要条件，在建设中出现的一些专业问题方面也没用有效的借鉴和整合国外的惯例。我国电力资源和用电负荷分布方面处于不平衡的`状态：我国因为有着辽阔的国土，在电力资源和用电负荷方面不均衡的分布，沿海地区需要十分大的负荷，但是能源方面却十分的紧张;而内陆地区则有着十分丰富的能源，但是因为经济的原因需要不多的负荷;再加上我国经济水平的不断发展，在需求更多负荷的背景下，电力供需之间的矛盾越来越明显。因此，在发展智能电网的时候，就需要将能源分布的规律充分的纳入考虑的范围。

2.我国智能电网建设发展初探

在发展智能电网的时候，除了要与国际接轨之外，还需要符合我国的基本国情：国际化进程在逐步的加快，一个国际的任何一项技术要想有效的发展和进步，就需要与其他国际进行密切的合作。我国在能源需求和供给区域之间存在着明显的矛盾，因此在建设智能电网的时候就需要将特高压作为骨干;同时，在开展智能电网建设工作的时候还需要将各地区电网的实际情况充分的纳入考虑的范围，在对现有技术和社会经济发展实际情况进行认真考虑的基础上，还需要将电网运行控制、电力企业管理以及资源优化配置和经济效益、社会效益等因素充分的纳入考虑的范围;在技术方面，需要有效的融合现代的信息管理技术和传统电力技术;在社会层面上，需要研究相应的制度政策、发展策略以及市场机制和经营管理模式等等，从而保证让用户更加的满意。制定统一的电网建设技术标准：智能电网的建设是一项系统的工作，因此，就需要要对智能电网建设标准进行统一，从而促进系统可操作性和可互换性的实现。在建设智能电网的时候，应该结合坚强和灵活的特点，遵循绿色电力的要求，同时还需要将可靠性作为一个重要的因素来进行考虑。电网智能化的前提是信息和通信技术的发展，因此就需要对信息交换的标准进行制定。这就需要重视接口的标准化问题，保证电网建设的标准是统一的，比如通信标准、分布式电源并网标准以及智能计量标准等，提供的接口应该是开放性的，从而保证通信架构也是开放的，这样在使用终端设备的时候就可以更加的方便。建设智能化通信技术：智能电网的载体是光纤、电力线通信以及无线通信;在电网企业的角度上来看，信息流既是电力流和业务流等一次变更的驱动力，也是电力流和业务流的二次辅助手段。因为，智能电网要求开放性的通信系统，所以就需要建设智能化的通信技术和一系列新的通信标准，从而让发电企业、供电企业以及用户和企业内部各个部门来共享信息，利用通信系统高速、双向、实时以及集成等特点来保证智能电网的信息交换可以实时进行。

3.结语

浅谈我对智能电网的理解 篇5

四川大学电气信息学院08级电气12班杨熙084303113

3在本学期，我选修了智能电网这门课程，通过老师的教导和同学之间的讨论，让我对于智能电网有了初步的了解和思考，遂在期末来临之际，浅谈我对智能电网的理解。

1、智能电网是什么

智能电网是什么美国能源部Grid2030的定义: 一个完全自动化的电力传输网络, 能监视和控制每个用户和电网节点, 保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。美国EPRI IntelliGrid的定义: 一个由众多自动化的书店和配电系统构成的电力系统, 以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作;具有自愈功能;快速响应电力市场和企业业务需求;具有智能化的通信架构, 实现实时、安全和灵活的信息流, 为用户提供可靠、经济的电力服务。欧洲技术论坛SmartG rid的定义: 一个可整合所有连接到电网用户(发电机and /or电力用户)所有行为的电力传输网络, 以有效提供持续、经济和安全电能。维基百科SmartG rid的定义: 利用数字技术将电力由发电侧送至消费侧的电力网络, 可节省能源、降低成本和提高供电可靠性。

2、智能电网能干什么

2008年，美国科罗拉多州一个9万多人口的小城波尔德，成为了全美第一个“智能电网城市”。城中安装了新的电能测量系统，不仅能测量家庭用电量，还可以将信息实时、高速、双向地与电网互联。家庭中增加了家用太阳能电池板、风力涡轮机和混合动力车等装备。波尔德市安装了25000只新的智能电表，为用户进行“用电情况分析”，方便居民根据实时电价灵活、合理地使用电器。风能、水能和太阳能等清洁能源经过转变，都可以通过智能电网输送进入家庭。而在欧洲，法国和意大利是发展智能电网的先行者。法国提出了10年规划，从2012年1月开始，所有新装电表都必须是“智能电表”。“智能电表”进入欧洲家庭，首先带来的是“自动抄表”的便捷体验。据了解，意大利电力公司已经全面实行“远程抄表”，不需上门扰民，浪费人力，也避免了误抄、误算的问题。在英国，智能电网的探索方向是可再生能源发电和智能配电，以进一步降低碳排放，实现环保用电。英国能源公司计划建设8.6吉瓦的潮汐发电工程，将成为世界上最大的潮汐发电站，并计划在2020年将“风电”直接输入城市电网。2009年，英国也宣布投资5亿英镑为4个城市安装智能电表。

3、我国在智能电网方面的涉足

1向家坝-上海# 800kV 特高压直流输电线路工程华东段和湘鄂段架线施工首段试点仪式隆重举行, 该工程架线施工工艺首段试点的成功进行, 标志着特高压直流输电示范工程建设进入最后的攻坚阶段。

2国家电网公司对东北-华北联网高岭背靠背换流站工程进行了达标投产复检。推荐其为达标投产工程。

3国网直流工程建设有限公司 特高压直流输电工程成套设计平台 项目资金申请通过, 获批中央预算拨款3500万元。该项目可为国内直流工程科研、设计等相关单位提供一个统一的综合平台。国家电网公司在# 500 千伏三峡送出龙泉政平直流系统, 进行了首例超高压直流输电系统现场融冰方式试验。此前处于研究阶段的融冰运行方式在实际工程上得到成功验证, 试验填补了国内外超高压直流融冰方式运行的空白。

5山东电研院特高压项目通过成果鉴定交流1100千伏套管用复合绝缘子、交流 1100千伏复合空心支柱绝缘子 两个项目通过了山东省科技厅组织的科技成果鉴定。

4、目前为止世界上顶尖的智能电网技术

一、美国

1.电网 2030 规划

2003 年 2 月，美国时任总统布什提出 “ 电网 2030 规划 ”，指出要建设现代化电力系统，以确保经济安全，同时促进电力系统自身的安全运行。该规划的主要内容有：为所有用户提供高度安全、可靠、数字化的供电服务，在全国实现成本合理、生产过程无污染、低碳排放的供电，经济实用的储能设备，建成超导材料的骨干网架。

2.能源独立与安全法案 2007

为有效促进智能电网建设，美国于 2007 年 12 月颁布 “ 能源独立与安全法案

2007”，确立了国家层面的电网现代化政策，设立新的专责联邦委员会，并界定其职责与作用，建立问责机制，同时建立激励机制，促进股东投资。

3.奥巴马政府施政计划

美国总统奥巴马为振兴经济，从节能减排、降低污染角度提出绿色能源环境气候一体化振兴经济计划，智能电网是其中的重要组成部分。

二、欧洲

欧盟为应对气候变化、对能源进口依赖日益严重等挑战，向客户提供可靠便利的能源服务，正在着手制定一整套能源政策。这些政策将覆盖资源侧、输送侧以及需求侧等方面，从而推动整个产业领域深刻变革，为客户提供可持续发展的能源，形成低能耗的经济发展模式。欧洲智能电网技术研究主要包括网络资产、电网运行、需求侧和计量、发电和电能存储四个方面。国外智能电网技术研究近况

按照智能电网本身所覆盖的价值链环节，智能电网的关键技术可划分为智能用电、智能网络、新能源发电与智能企业四类。

1.智能用电：包括智能表计、电池技术、家庭自动化、微型电网、优质供电园区等。

2.智能网络：包括调度自动化、即插即用式智能电力设备、智能保护装置、测量监视设备、电力电子设备、海量数据处理技术和可视化技术等。

3.新能源发电：包括可再生能源发电、微透平技术、超导储能技术等。

4.智能企业：包括信息集成技术、通信技术等。

目前，智能电网大部分技术已经通过试验，有的已经比较成熟，甚至开始商业应用，只有少数技术尚待进一步研究。然而，我们不能忽视这些尚处于研发阶段的技术，它们恰恰是智能电网实现重大突破所需的关键技术。

国外智能电网建设应用介绍

各国电力行业及其他相关行业已经开始积极探索和实践智能电网。由于每个电力企业面临的挑战和问题不尽相同，不同国家和地区的不同电力企业选择了不同的实践方式。总体来说，智能电网建设应用分为三个方面：智能表计、智能电网和智能城市。

1.智能表计

智能表计的优点在于：在客户和电力企业之间建立起双向信息流，提供互动性服务，更迅速地响应客户需求，提升客户满意度；丰富电力企业需求侧管理手段，提高能源利用效率；通过远程自动化表计管理，节约人力成本，提高工作效率；通过自动数据收集，及时掌握设备运行工况，节约检修和维护成本；有效防范窃电、盗窃破坏电力设施等违法行为。

2.智能电网

优化电力企业系统运行能力，实现电网运行管理和企业经营管理集成化；智能电网建设策略和建设路径研究；智能电网试点建设。

3.智能城市

电力企业通过与政府和其他企业的紧密合作，进行智能城市设计和试点建设。电力企

业可以对整个电力输送和消费过程进行观测，提高对需求侧反应的速度，加强引导需求能力，优化资源配置，提高能源利用率，提高电力企业运营效率。

美国大力推动智能电网发展

近年来，美国电力官员一直在推介智能电网。现在，更多人加入这一行列中。奥巴马政府的经济刺激计划中，有大约 45 亿美元贷款用于智能电网投资和地区示范项目。奥巴马今年元月宣称，智能电网可以 “ 节省开支，保护电源免受停电或灾害袭击，在全国每一个角落奉献可替代的洁净电能 ”。

智能电网提高电网效率

智能电网采用数字技术收集、交流、处理数据，从而提高电网系统的效率和可靠性。譬如，传感器可以帮助用户迅速找到故障，并迅速加以排除。

智能电表可以用来监测用电量及费用，给客户在电能使用上更大的控制权。智能电网的倡导者预计，一些电力消费会转移到价格便宜的峰谷时段，这将减少用电堵塞，并降低对新设施建设的需求。此外，电动混合汽车可以在用电需求较低的晚间充电，甚至可以在白天停放期间将电能重新输回电网。

智能电网有待推广和升级

日本政府通过深入比较与美国电力工业特征的不同，结合自身国情，决定构建以对应新能源为主的智能电网。

1.日本政府关于智能电网的看法

根据3月17日日本《电气新闻》报道，针对美国提出的智能电网，日本经济产业部副部长望月晴文指出，美国脆弱的电网系统与日本坚强的电网系统无法单纯地进行比较，日本将根据自身国情，主要围绕大规模开发太阳能等新能源，确保电网系统稳定，构建智能电网。日本政府计划在与电力公司协商后，于明年开始在孤岛进行大规模的构建智能电网试验，主要验证在大规模利用太阳能发电的情况下，如何统一控制剩余电力和频率波动，以及蓄电池等课题。日本政府期待智能电网试验获得成功并大规模实施，这样可以通过增加电力设备投资拉动内需，创造更多就业机会。

2.产学共同进行智能电网模式研究

为配合企业技术研究，东京工业大学于 3 月初成立 “ 综合研究院 ”，其中，赤木泰文教授主持的关于可再生能源如何与电力系统相融合的 “ 智能电网项目 ” 备受瞩目。除东京电力公司外，东芝、日立等 8 家电力相关企业也积极参与到该项目研究中。该项目计划用3 年时间开发出高可靠性系统技术，使可再生能源与现有电力系统有机融合的智能电网模式得以实现。

总结：随着市场化改革推进，数字经济发展，气候变化加剧，环境监管要求日趋严格以及各国能源政策的调整，电网与电力市场、客户之间的关系越来越紧密。客户对电能质量的要求逐步提高，可再生能源等分散式发电资源数量不断增加，传统的电力网络已经难以满足这些发展要求。为此，人们提出发展智能电网的设想，以实现传统电网的升级换代。也希望我国在智能电网至各领域取得骄傲的突破！

智能电网的应用 篇6

摘要：伴随电力系统的快速发展，越来越多的智能化技术设备应用到电力系统当中，智能电网成为电力事业发展的重要方向。随着智能电网的逐渐发展建设，随之而来的是超导电力技术在智能电网中得到了广泛应用，应用前景被一度看好，在未来智能化电网中将会派上用场。

关键词：超导电力技术;智能电网;应用

社会发展中对于电能需求越来越大，促进了电力企业的长足发展，当前的技术还不能满足电力工业的发展。电力企业开始尝试使用新技术设备，其中超导电力技术的应用具有显著成效，对于提高电力系统的运行效率、提升运行的安全稳定性发挥了不可替代的重要作用。

1超导电力技术概述

超导电力技术是应用物理学中的电力原理，利用超导体材料的物理性质，与电力工程相结合的一门新技术。近些年来超导电力技术得到了西方国家的高度重视，美国把这门技术纳入到制定的电网规划当中，计划借助其技术在全美进行骨干电网的建设，由此将其技术摆在了突出位置。众多学者一致认可在21世纪中超导电力技术会成为电力工业一种为数不多的高新技术储备，一些发达国家也一致认为高温超导电力技术将会是未来电力工业发展的一大趋势，具有重要的经济战略意义[1]。我国对于超导电力技术同样给予了高度重视，各大高校极力研究超导技术，并取得了很大进步，但是仍然与发达的国家在技术水平上有很大的差距。但是无论怎样，发展超导电力技术已经成为电力工业的发展趋势，无论如何我国都不会放弃对这项技术的研究。超导电力技术研究内容纷繁复杂，与多种学科领域有着紧密的联系，对于研究工作还存在着很大的困难。在未来高温超导产品是在其技术发展而来的主要产品，对于保证供电系统的安全可靠性，提高电网电能质量都有着意义深远的作用。

2超导电力技术在未来智能电网中的应用

2.1提高系统小干扰稳定性

尽管在未来可再生能源是世界工业生产最主要的使用方向，将会有更多的可再生能源应用到智能电网当中，我国还是按照大电网、大机组的发展方向，远距离大容量的电能输送是我国智能电网主要处理的建设工作，使得系统运行的动态安全性大为降低。小干扰是否稳定与在一定区域内联络线的功率振荡有着很大关系。如果超出功率限制的部分在输电系统中能够得到实时补偿，能够做到当过低的功率时释放一定的功率，当过高的功率时吸收一定的功率，这样就可以使得联络线功率达到平稳状态，小干扰稳定性也就会得到相应的提高。在大规模互联系统中有储能系统的设置，储能系统起到在短时间内快速充电和放电的作用，支持有功与无功功率的提供，可以实时地对线路功率通过附加阻尼控制器来完成，阻尼系统振荡[2]。增强互联系统中的电气联系同样能够提高系统动态稳定性，通常采用大于500kV的特高压输电系统来增强电气联系。但是特高压输电系统的设计制造较为困难，特别是在电缆上设计制造的要求极为严格苛刻，因此超导材料制成的电缆为增强电气联系，从而提高系统动态稳定性发挥了重要作用。由超导材料制成的电缆具有损耗小、传输容量大等优点，是提高电能传输切实可行的解决方法。在超导情况下超导电缆技术的阻抗很小，由此增强了互联系统的电气联系，大大提高了小干扰安全性。

2.2提高系统暂态稳定性

智能电网的“智能”重点体现在针对影响电力系统的不安全因素具有自治与自我治愈的能力，能够从根本上保证安全稳定可靠的电网运行。在未来为了更好地促进电网发展，要求在智能电网中能量流动具有双向性，这就要求新技术设备能够对电力系统扰动起到良好地缓解消除作用。大型超导储能装置在大型电网系统中以其反应快速的特点，对于控制暂态稳定起到了很重要的作用。在发生故障情况下迅速进行有功与无功，增加了系统的可靠性，与大电网稳定装置相比，还具有过剩能量回收的优点，不至于使过多的资源流失。超导储能系统被看做是一种具有灵活性的交流输电系统，具有强大的功能，使暂态稳定性大为提升。当发生故障的时候，暂态稳定性能够及时将故障部分隔离，当故障不能及时得到隔离，对于暂态稳定性的研究是无稽之谈。短路电流水平随着电网容量逐渐扩大而提高，如果按照短路水平进行对电气设备的设计，设计制造的成本将会增加，严重情况下会影响到选型。现今从运行方式与电网结构方面考虑降低短路电流，势必会花费一笔巨大的费用，产生系统运行不稳定的问题。近年来针对短路电流现象的限制，采用了超导故障限流器进行对其限制，是一种新兴的技术设备，可以在短时间内将零电阻转换成高阻值，使短路电流现象得到有效地控制，体现出对于保证快速准确性的暂态稳定要求。所以针对上述对于系统暂态稳定性的论述中可以知道，超导故障限流器对于保证暂态稳定性具有重要的作用，该技术设备犹如坚固的天然屏障能够将故障问题很好地隔绝，以免系统运行不再受故障的打扰，能够对不平衡的有功功率进行补偿，极大地促进了系统暂态安全稳定性能的长久性。

2.3提升电网的抗打击能力

电网系统的正常运行也会受到外界因素的影响，外界因素包括自然环境与人为因素的影响，这就要求电网要对外界因素有良好地抵御能力，在受到外部打击的`情况下，仍然能够保持系统的正常稳定运行。对于抗打击能力，重要一点是重要负荷的供电，中小型的超导储能系统在配电系统中具有很多优势，如反应速度快等特点，可以在特殊紧急情况下作为备用的电源保护敏感负载。针对电网的抗打击能力，在系统受到外部因素的影响下，重要负荷还能够进行大量电力的输送。超导电缆技术运行电压比较低，所以运行中低电压的情况下，超导电缆充当起了搬运工的角色，将巨大的电能传入城市负荷中心。即使输电走廊受到了较为严重的破坏，也能够维持重要负荷正常持续的供电。所以超导电缆对突如其来的情况，对外界因素的抗打击方面有着广阔的应用前景。

2.4提升电网的电能质量

在信息化技术快速发展的今天，电网电压不稳定的波动对于信息系统的正常运行，对工业产品的质量都有着不可小觑的影响。超导储能设备起到了调节有功和无功功率，通过功率的调节功率因数进行调节，对瞬时波动起到很好地控制作用，促使电网频率稳定下来，电网次谐波振荡达到平衡状态，这使得供电质量得到了改善，这是超导储能设备在配电方面发挥重要作用的体现[3]。在输电方面，大型超导储能装置对于提升大功率远距离输变电系统的电网电能质量也具有重要作用。为了避免频率波动，其装置进行瞬时吸收与释放能量，促使电压波动小，保证电压的稳定性。

3结束语

综上所述，文章从两个方面对超导电力技术在未来智能电网应用展开了论述。第一部分是对超导电力技术基本概念的论述，可以知道超导电力技术是超导材料与电学工程相结合发展而来的一种重要技术。第二部分从四个方面对其技术在未来智能电网中的应用，可以看出超导电力技术在未来智能电网中的应用体现在提高系统小干扰稳定性等。作为一种经济战略意义的高新技术，未来在外界因素抵御能力等方面将会有很大的改观。目前其技术的应用还处于探索阶段，不过对此应抱以十足的信心，相信通过长期夜以继日的深入研究，其技术将会更加成熟，得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]姚永嘉.浅析智能电网在电力技术及电力系统规划中的应用[J].山东工业技术，，22：231.

[2]张利.智能电网中的电力设计技术分析[J].科技展望，，4：101.

智能电网的应用 篇7

智能电网顾名思义就是有智慧的电网, 与传统电网相比存在自己的优势特点以及目标, 具体是自愈性, 希望无论电网中发生任何的突发事故, 智能电网都可以解决并且保证电力系统的安全性能。智能电网也希望末端的电力的用户能够形成与电网相适应的交互形式使电网更加去满足用户对电能的需要, 以及客户的不同的需求都尽可能的满足。智能电网是能够防范网络的攻击并且能够抵御自然灾害带来的各种危害。智能电网的改进能够提供21世纪所需要的电能质量, 智能电网对电力系统进行优化目的是使资产和设备得到最好的应用。智能电网能够在发电和储能方面的选择上进行协调, 智能电网也对电力的市场化的进一步实现做出重要的贡献。对智能电网的结构的基本要求是根据它的特点以及实现的目标所形成, 需要综合考虑对终端用户进行控制以及对总体配电系统进行合理的配置以使系统的性能能够达到最佳, 这样才能够达到所希望的稳定性以及最佳的电能质量。智能电网为了提高系统的整体性工作效率以及系统的灵活性, 支持高比重的分布式电源。智能电网从目标以及特点都比传统的智能电网要有优势所以研究智能电网的实现是非常有意义的。

2 智能电网所需的主要技术以及新型电网元件的介绍

智能电网所需要灵活的拓扑结构, 为了去实现对智能电网系统中每个成员的实时监控以及信息间的交换需要开放体系并且高度集成的通讯系统。需要先进的传感以及测量技术能够去实现对比如分时电价远程监测以及用户侧管理等相关方面的更快更准的系统响应。智能电网还需要高级的电力电子设备超导和储能技术, 先进的系统监测方法是实现快速诊断和事故下的准确解决所需要的。当然高级的运行人员决策辅助系统也是必不可少的。为了去实现智能电网的这些优势以及目标, 一些新型电网元件也纷纷研究出来为了去满足不同的需求, 本文简单介绍了一些新型电网元件以及将它们应用于智能电网中能够带来的优势。而新型的电网元件包括高温超导电缆HTS (hightemperature super conductor) 、超导储能装置SMES (superconducting magnetic energy storage) 、故障电流限制器FCL (fault-current limiter) 、复合导体 (composite conductor) 、灵活交流输电系统FACTS、高压直流输电系统HVDC、先进的表计基础设施等非常多的新型技术。

3 高温超导电缆应用于智能电网的构想

首先我们先简单了解一下什么是高温超导电缆, 它是应用无电阻的、可以去传输高的电流密度的超导材料作为导电体的并且可以去传输较大的电流的一种电力设施。它的优势在于它体积小、重量轻、损耗低并且传输容量大, 可以用来去实现更低损耗的、更高效率的、更大容量的输电。使用高温超导材料的高温超导电缆所引起的损耗低, 不用使用绝缘油, 不会带来环境的污染, 这样对于电力成本方面也会相应的降低。考虑到高温超导电缆的这些优势, 我们可以将它应用于发电机到变压器、变电中心到变电站、地下变电站到城市电网端口这些相对的短距离输送电力的场所, 而应用于其他的电力场所也会相对而言减少很多损耗。不仅如此使用高温超导电缆传输电能时的传输容量也大大提高, 能够显著地节约占地面积和空间, 节省宝贵的土地资源。高温超导电缆能够显著的降低电力系统的损耗, 快速的提高电力系统的总体效率, 可以带来十分可观的经济效益。将高温超导电缆代替现有的地下电缆的趋势也是不可阻挡的, 因此我们致力于将高温超导电缆应用于智能电网的建设中, 这样就给智能电网带来十分可观的优势以及经济效益进而实现智能电网的构想。

4 超导储能装置应用于智能电网的构想

简单说明超导储能技术 (Superconducting Magnetic Energy Storage, SMES) 就是利用超导线圈中产生的电磁场把电磁能先储存起来, 等到需要的时候再把相应的电磁能返回到电网或者其它的负载中, 对于储存充放电时间很短的脉冲能量是十分有效果的。超导储能技术的储能效率是非常高的基本可以达到95%, 主要原因是超导线圈的电阻几乎为零, 线圈中储存电能基本是零损耗的。超导储能技术的核心是超导材料, 而超导储能装置的主要优点是它具有简单的结构, 没有旋转机械部件以及不存在动密封的问题, 这样一来设备的寿命比较长;由于储能的密度比较高, 基本能够达到108J/m3, 可以形成较大功率的系统;因为装置的响应速度比较 (1~100ms) , 在调节电压和频率时就相对快速并且容易;装置没有噪声的污染, 并且维护起来相对的简单。现代的电力系统由于缺少能够大规模快速存取电能的器件, 在安全稳定运行的方面存在很大的欠缺。超导储能装置不但可以调节系统的阻尼力矩还可以调节系统的同步力矩, 它作为一个可以灵活的进行调控的有功功率源, 对于系统的滑行失步以及系统振荡失步的解决是有一定作用的, 可以将系统扰动消除后暂态过渡的过程大大的缩短, 使系统稳定的状态迅速的达到。超导储能装置对于减少发电机出力变化对电网的冲击以及减少负荷波动方面也有一定的作用。它的应用可以改善供电的品质, 可应用于敏感负载和重要的设备, 对于配电网内产生异常或由于主网受到干扰而引起配电网向用户供电时产生的异常等问题起到解决作用。超导储能装置由于响应速度快, 对于不稳定电力对电网的冲击能够最大程度的解决。对于解决风电或者光伏发电系统并网的问题, 超导储能装置是十分有效的。它的高效的储能特性可作为备用容量能够储存应急的备用电力, 对于提高电网的安全稳定运行水平是十分有意义的, 这些优点正是建设智能电网所需要的, 因此将超导春能装置应用于智能电网的建设是必不可少的。

5 灵活交流输电技术应用于智能电网的构想

灵活交流输电系统总体来说是将最新发展的电力电子技术以及现代控制技术应用于高压输变电系统, 通过改变高压输电网的相位、电压以及线路阻抗这些参数还有网络的结构可以对输电线路进行直接的控制, 这样它可以代替传统的机械电子以及电磁的控制手段, 这样可以使交流输电系统的功率的可控性有高度的提高, 这样一来系统的网损以及发电的成本就会降低很多, 而系统的稳定性和可靠性也能够大幅度提高。灵活交流控制器是基于晶闸管包括移相器、先进的静止无功补偿器、可控串联电容、动态制动器、带载调压器、故障电流限制器、以及其他我们正在致力于去研发的产品的集合。由于具有控制灵活方便、响应速度快的优点, 将灵活交流输电控制器应用于智能电网带来的好处十分显著, 例如可以提高电网的传输容量, 能够按照需求合理的控制电网的潮流这样能够使潮流分布尽可能的去最大限度的实现符合客户要求的最优化指标, 不仅如此对于系统的电压稳定性、暂态稳定性、中长期稳定性的提高也起到了十分重要的作用。灵活交流输电技术的应用有效的降低了阻尼低频功率振荡以及次同步谐振, 能够限制短路电流, 有效防止连锁故障和类似大范围停电事故的发生, 有效提高电力系统的安全性和可靠性, 这些都满足智能电网的需求, 对于智能电网的发展起到了非常大的促进作用, 降低了电网中的电能损失, 节约了发电所需的成本。灵活的交流输电系统支持电网的自愈, 支持交互的电网, 能够优化电网的运行, 还可以兼容分布式发电, 通过构想灵活交流输电系统应用于智能电网建设所带来的好处, 可以了解到发展灵活交流输电技术是十分有意义以及有前景的。

6 结论

本文简单的介绍了新型电网元件技术应用于智能电网的构想, 未来的智能电网发展成为主要趋势, 它的优势也是有目共睹的, 而如何实现这些优势则需要我们不断的去研究发展, 新型的电网元件技术为智能电网的发展起到了至关重要的作用, 如果我们将这些新型电网元件技术应用于智能电网的建设, 我们可以实现智能电网更加聪明更加灵活更加健康更加友好更加负责, 可以给绿色节能环保资源最优化配置防灾减灾等各种方面提供坚强的支撑。当然现在要做的是去想到更好的办法将新型电网元件的功能研究并且最大程度的应用于智能电网的建设, 这条道路还是需要一定的时间发展空间还是很大的。

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信息工程在智能电网中的应用 篇8

关键词：信息工程；智能电网；应用

每个国家都旨在保证电网的安全、稳定以及高效运行。现代化的电网要从根本上去保证国家的能源安全、履行电网企业的社会责任、提高电网企业的资产合理化运作以及投资效益，以适应当今能源结构的变化与体制改革的要求。因此，在电网发展与建设的过程中，有必要提高科技的投入，以期望可以早日实现电网的智能化。

1.智能电网概述

智能电网即把最新的信息技术和原有的输配电基础设施结合起来，形成一个全新的，系统的电网，因此电力系统必须实现智能化。智能电网除了可以保证能源的高度使用率、减少电力污染带来的环境破坏，还能提高供电的安全性与可靠性、减少输电网带来的能量损耗有着重要作用。

智能电网作为新世纪全球电力工业所关注的热点，它带动了未来电网的发展趋势，参与了从发电到能源转化的过程。最近几年，我国电力行业紧跟欧美发达国家智能电网的发展脚步，不仅着力于技术领域的改革创新，重视科学研究和实际操作相结合，并且不断探索智能电网的发展模式，踏实学习发展理念、技术体系与智能设备等等方面的基础理论，从中实行了大量研究与探索。

2.信息工程在智能电网中的应用

在传统的电网中智能电网实际上是作为一个应用项目运用其中，换句话说，是信息工程的蓬勃发展催生了电网的智能化进程。

2.1智能电网利用信息工程构建高速的双向通信系统

在通信系统快速正确、双向及时的基础上，智能电网得以孕育而生。如果失去这样的一个集成系统，就无法实现智能电网的特征，智能电网中的各种数据获取、控制与处理都得归功于通信系统的支持。如今使用智能电网的千家万户中，是由于通信系统的建设能使智能电网实现动态的信息的电力交互，这样做的目的是为了提高电网在供电过程中的可靠性、安全性，有效利用电力资源，从而体现电网的整体价值最大化。通信系统的高效和双向性质能加强电网进行自我监测与校正，促进其逐步改善，防止一些事故的扩大。这一领域中主要有2个方面的技术需我们要重点关注，一是开放的通信架构，一个让各个电网的元件除了能够给进行网络化的通信，还需要统一的技术标准，只有标准统一了，才能实现各种系统和设备之间相互转化的作用。

2.2现代通信技术的应用

智能电网中的通信技术有着重要作用，先进的通信技术不仅可以准确的获取各种数据，并且能够将这些数据转换成为数据信息，它有着传输效率快、覆盖面广、可靠性高等特点。就如第三代通信技术，就是我们所说的3G技术。3G应用到智能电网有独特的优势，主要表现为：3G的数据传输速度非常高速，能够满足电力系统大量信息与数据的传输要求，数据交换高效可靠，这就为智能电网有更多的选择去兼容各类设备提供了重要的通信机制；3G的视频功能也发挥了极大作用，它能增加电网与需求侧、发电厂商以及对环境的协调能力，它提供了完成交易的信息处理的平台和物理载体；3G安全与可靠的性能保证了智能电网防御信息攻击，确保信息的安全和提高自语能力，在智能控制和智能需求的管理方面提供了准确而及时的数据信息。

2.3信息工程能够促进电力一次设备与二次设备的融合

在传统的变电站之中，二次设备都是分散分布甚至是孤立运行的，一次设备与二次设备之间往往需要通过电缆来实现连接。形成一体化的智能组件是由隔层的二次设备进行高度集成，智能变电站的发展任务是通过光纤与一次设备、站控层设备来实现通信。在科技不断发展的未来，智能变电站的运用里一次设备与二次设备将会消除区别，二次设备将都会集成到一次设备的内部，作为组合成智能设备出现，以此呈现智能变电站的自动化与智能化特征。

2.4数据分析与智能应用

信息技术中包含了多种多样的数据处理技术，智能电网中的数据会反映出智能电网的运行的整体情况，针对这些数据进行分析得出的调查结果，对于智能电网来说至关重要，因此要建立一个合理的数据中心，集中管理并且进行开发应用。计算机拥有强大的数据分析处理能力，不同的软件分析工具也为分析这些数据提供了有效的手段。对智能电网中的状态估计与应急分析都需要在秒级而并非分终级的基础上完成，只有这样，系统运行人员才能有足够时间对紧急问题来进行响应。通过专家系统也可以将数据转化为有用的信息，将其应用于快速决策。负荷预测使用这些准时和实时的数据、天气预报技术等，就可以对负荷进行准确的预测。概率风险分析则可以对设备检修时、系统压力较大时和不希望的供电不理想的情况进行合理的评估。

3.结语

总之，智能电网的构建是无法离开信息工程的应用的。信息工程在智能电网中的应用已经必不可少，但要使其智能电网真正服务于社会并实现逐渐完善，还有不少问题需要解决。比如说信息技术的基础平台尚未建设好、一些信息工程所构建的通信网路还存在安全问题、智能电网中的通信技术繁杂多样，标准尚未统一，很难实现大规模通信等等。因此，在构建智能电网的过程中，相关专家需要对信息工程的应用进行更为详细的研究，只有这样才能对智能电网的建设进行更好的推进。相信在不远的未来，随着信息工程的发展和进步，电网的智能化程度将会逐步得到提高。

参考文献：

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