发展智能电网的原因

发展智能电网的原因（精选12篇）

发展智能电网的原因 篇1

0 引言

智能电网是一系列相关技术的集合, 而非单指某项技术。其中, 一些现代化电网的优点, 比如降低峰负荷时段用户用电量的“需求侧管理”;将分散的电源 (太阳能板阵列、小型风力发电机、微型水电、甚至建筑物中附带的热能发电机) 接入电网;整合电网的能量储存用以平衡发电和用电的需求;消除或阻止大范围连锁电网故障的发生。智能电网所带来的效率与可靠性的提高将为用户节约成本, 并有助于二氧化碳的减排。

智能电网的概念在于对配电和长距离输电网络进行“数字化升级”, 从而达到优化当前运行状况、为替代性能源打开市场的目的。智能电网所带来的效率与可靠性的提高将为用户节约成本, 并有助于二氧化碳的减排。在中国, 建设坚强智能电网的目标已经确定。根据国家电网公司在2009特高压输电技术国际会议上公布的方案, 国家电网公司将在建设由1000k V交流和±800k V、±1000k V直流构成的特高压骨干网架、实现各级电网协调发展的同时, 围绕主要环节和信息化等方面, 分阶段推进坚强智能电网发展, 到2020年, 使电网的资源配置能力、安全稳定水平, 以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高。

1 智能电网的功能

1.1 自我修复

未来智能电网的控制系统将使用分布式的、自主强化学习型的控制器来分析自身运行情况, 而这些控制器则会通过不断变化的环境 (比如设备故障) 来学习怎样成功控制电网的运行。

1.2 用户参与

智能电网将用户设备和行为融合进电网的设计、运行和通信, 保证了用户对家庭和商业领域中的“智能电器”和“智能设备”以及“智能建筑物”中的互联能源管理系统等有更好的控制, 使用户更好地管理能源消费并节约能源开支。

通过居民太阳能板、小型风电和电动汽车等分布式电源的应用, 智能电网将在能源产业中旋起一股革命浪潮。同样, 那些拥有可再生能源或后备电源系统的大型商业用户可以在峰负荷时提供电能。

1.3 抵御袭击

智能电网能更好地识别并反应于人为或自然的干扰。实时信息将有助于隔离受影响区域并重新分配受损设备周围的潮流。

1.4 高质量电能

停电和电能质量问题平均每年给美国商业造成的损失超过千亿美元。而智能电网技术所带来的更清洁、更稳定的电能将减少停机时间并防止高额损耗。

1.5 容纳多样化的发电形式

智能电网不仅支持传统型电力, 同时也能够无缝连接燃料电池、可再生能源以及其他分布式的地方和区域性发电技术。对小规模、地方化或就地发电形式的融合, 使得居民用户、商业用户和工业用户自主发电并将多余电量以最小的技术或制度障碍卖给电网成为可能。

1.6 繁荣电力市场

智能的配电网络将允许小型发电者通过多种方式进行发电, 如屋顶太阳能板、小型风能发电机和小型水电发电机。但如果没有传感器和软件提供的额外智能, 电网就无法对间歇性电源造成的不平衡现象进行及时反应, 那么这些分布式的电源反而会降低电网的电能质量。

1.7 优化资产

经过优化的电能潮流减少了浪费, 并将低成本发电的作用发挥到最大限度。协调当地配电状况与跨区域电能潮流、不同输电线路的拥堵状况, 能够提高现有电网资产的使用率、减少电网堵塞和瓶颈, 最终达到为用户节约成本的目的。

2 智能电网的特征

为实现指定的各项功能, 现有的和计划中的智能电网具备如下特征:

2.1 负荷调节

在负荷猛增的情况下, 智能电网会对所有电视机或某个大型用户发出警告, 要求其暂时或持续降低负荷。使用数学算法可以预测究竟需要多少备用机组才能使故障率达标。

2.2 需求响应支持

需求响应支持技术允许发电机和负荷进行自动的实时互动, 协调需求以平缓负荷曲线上的尖刺, 降低用于增加备用机组的成本, 减少磨损, 延长设备寿命。用户也能在电价最低时使用低优先级别的电器, 从而减少开支。

2.3 分布化发电

分布化发电是智能电网故障耐受程度的另一个要素。用户个体因此能够使用任何适合于自己的形式进行自主发电。常规电网的电流是单向输送的, 但如果其中一个子电网发电量超过自身用电量, 那么反向的潮流将引发安全和可靠性问题。而智能电网就可以解决上述问题。

2.4 向用户发送电价信号

在比利时、荷兰和英国等许多国家, 都在家庭用户中间使用具有双重电价的电表, 鼓励人们在夜间或周末等工业用电需求较低的时段用电。这种做法将在智能电网中得到进一步发展, 电器将对每秒钟不同的电价做出即时反应。而用户的个人偏好, 比方说使用绿色能源, 也将被纳入电网中。

3 相关技术

智能电网的技术已经被运用于制造和通信等方面, 并且正在针对电网运行进行调整。总体上, 智能电网技术可分为5个关键领域。

3.1 一体化通信

多数情况下, 数据是通过modem采集而不是通过直接的网络连接。需要改进的领域包括:变电站自动化、需求响应、配电自动化、SCADA、电能管理系统、无线网状网络及其他技术、电力线通信、光纤。

3.2 传感器和测量

其核心作用是评估拥堵情况和电网稳定性、监测设备健康程度、防止盗电现象和提供控制策略支持。主要的技术包括:高级微处理器电表 (智能电表) 和电表读取设备、广域相量测量系统、动态输电线路评级、电磁特征测量和分析、用电时间和实时电价工具、高级开关和线缆、电磁波背反射技术和数字式保护继电器。

3.2.1 智能电表

用数字式电表代替机械式电表, 实时记录用电情况, 为众多设备提供信息交流途径。根据用户的需要, 设备还能够在电网高峰负荷时段自动关闭。

3.2.2 相量测量单元

在网络中广泛安装的PMU高速传感器可用于监测电能质量。当自动电网装备有大量的PMU, 并利用它们比对交流电网中的读数时, 将引领一场电网管理系统的革命, 未来的电网将对系统状况进行快速、动态的反应。

广域相量测量系统 (WAMS) 是由PMU构建而成的网络, 为区域和全国范围内的电网提供实时监测。如果当时拥有区域相量测量网络, 2003年的美加大停电就能够被限制在一个很小的范围内。

3.3 高级元件

在超导、故障承受、蓄电、电力电子和诊断元件等领域的创新正在为电网的基本作用和特征带来重大的变化。其技术包括:柔性交流输电设备、高电压等级直流输电、第1代和第2代超导导线、高温超导电缆、分布式发电和蓄电设备、复合导体和“智能”电器。

3.4 高级控制

高级控制策略的3个技术类别是:分布式智能探测器 (控制系统) 、分析工具 (算法软件和高速计算机) 和业务应用 (SCADA、变电站自动化、需求响应等) 。比如中国的福建电网就使用了人工智能, 能够快速准确地计算出控制策略并加以执行。

3.5 改进型接口和决策支持

降低了复杂程度的信息系统使操作和管理人员得以有效地运行一个愈加庞大而复杂的电网。其中包括如下技术:将海量数据转化为简单图形的可视化技术、在需要电网操作时提供多种选择的软件系统、运行培训模拟器和“假设”分析。

3.6 应用标准

由IEC TC57标准衍生出来的一系列标准已经被部分用于智能电网, 其中包括IEC61850自动化变电站建筑标准、IEC 61970/61968公共信息模型 (CIM) 标准。

Multi Speak技术拥有一套健全的一体化定义, 几乎支持所有配电设施或垂直一体化设施的配电部分所使用的必要软件接口。

I E E E提出了支持同步相量的C37.118标准。

4 拥有智能电网的首批城市

最早, 也是规模最大的智能电网位于意大利, 由意大利Enel S.p.A.公司安装。该工程完工于2005年, 使用自主设计并制造的电表和系统软件。该项目被广泛认为是智能电网技术在家庭中得到商业运用的首个例子, 其成本为21亿欧元, 而每年节省的开支达5亿欧元。

美国的德克萨斯州奥斯汀市从2003年开始一直致力于智能电网的研究。如今, 该城市共有200000个实时设备投入运行 (智能电表、智能温度计以及服务区内的各种传感器) , 并有望于2009年达到500000个实时设备的规模。另外, 科罗拉多州波尔得市于2008年8月完成了其智能电网的第一期工程。

加拿大安大略省的Hydro One使用的是Trilliant公司的标准兼容设备。到2010年底, 该系统将在安大略省拥有130万用户。

5 一些政府和机构的政策

(1) 加拿大。通过2006年的节能义务法案, 加拿大安大略省政府已经确立了到2010年为安大略省所有商业和家庭用户安装智能电表的目标。

(2) 中国。2005年以后中国的WAMS发展目标:建立全国WAMS互联系统。实现国调—东北—华北—西北—华中—华东WAMS数据共享, 实现南网网调—广东—广西—贵州—云南WAMS数据共享;落实基于WAMS的数据修正仿真计算模型;落实WAMS测量结果提供给调度员;建立PMU的质量检测体系;在有条件的地区电网实现基于WAMS的广域动态稳定控制。

(3) 欧盟。发展智能电网是欧洲技术平台 (ETP) 计划的一部分, 被称为“智能电网技术平台”。着眼于未来电网的欧洲智能电网技术平台始于2005年, 其目标是形成并提出2020年及以后欧洲电网的发展规划。

(4) 美国。2007年通过的《能源独立和安全法案》将支持智能电网纳入了联邦政策的条款之中。智能电网还从2009年通过的《美国复苏与再投资法案》中得到了更多支持。联邦能源监管委员会 (FERC) 于2009年3月19日发布了一项关于智能电网标准管理的政策声明和行动计划提案, 希望智能电网能够更好地容纳可再生能源、需求响应系统、蓄电系统和电动汽车。

2009年5月18日美国华裔商务部长骆家辉与华裔能源部长朱棣文联合宣布了美国智能电网 (Smart Grid) 建设的第1批标准, 标志着美国智能电网建设正式迈步。

6 结语

推动当今电网现代化进程的主要动力是, 提高电网可靠性、效率和安全性;使分布化发电方式成为可能, 向用户提供管理电能消费的互动式工具;为用户提供选择供电商的弹性电能消费模式 (包括分散的太阳能、风能和生物能发电) ;创造更多与可再生能源生产、电动汽车、太阳能板、风能发电、节能建筑等相关的新型绿领就业机会, 推动GDP增长。在欧美国家, 存在许多阻碍智能电网技术广泛运用的因素, 如:制度上对提高公共事业的效率没有激励措施;用户对隐私权的顾虑;社会对“公平”用电的关心程度;公共事业力量有限, 无法快速转变运营环境并对智能电网技术加以利用。

摘要：智能电网的智能在于它能够使用数字技术以节约能源、降低成本和增加可靠性, 为用户提供优质的电能。世界上许多国家为了摆脱能源依赖或应对全球变暖, 都对这种现代化的电网进行大力提倡。智能电网涵盖了现代化的输电网络和配电网络。

参考文献

[1]Smart Grid[DB/OL]Wikipedia, 2009.4:1-7.

[2]吴京涛, 谢小荣, 王立鼎, 等.广域测量系统在电力系统的发展与展望[J/OL].北京四方继保自动化股份有限公司, 2007-10-23:6-7.

发展智能电网的原因 篇2

电力系统继电保护结课论文

题目：智能电网下的继电保护技术发展趋势 专业：电气工程及其自动化

一、智能电网概述：

所谓智能电网，即为电网的智能化，也被称为“电网2.0”。它是以集成、高速双向通信网络为基础，通过对传感和测量技术等先进技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的目标。智能电网自愈和自适应强，安全稳定和可靠高，经济、优质高效。

智能电网一个重要的功能特性是自愈性强。就是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来,并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态而几乎不中断对用户的供电服务。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统,简化联网的过程。

二、智能电网的发展历程及未来趋势：

在未来智能电网中,电网的自愈特征将会对继电保护的选择性、可靠性、速动性、灵敏性提出更高的要求,对常规继电保护的配置方法提出新的要求,常规保护在这几个方面根据实际情况的不同会有所侧重。特高压电网的建设、电网规模的扩大等因素,将导致短路电流增大很多,因此,应对短路电流增大造成的定值可靠性降低。同时,智能电网将给继电保护的发展带来新的契机,智能电网是以物理电网为基础,充分利用先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术、控制技术、新能源技术,把发、输、配、用各环节互联成一个高度智能化的新型网络。智能电网的技术特点将影响现有继电保护的应用，它主要特征有：数字化、网络化、广域化、输电灵活化等。

近年来,由于信息技术和电子技术的发展,继电保护专业得到了较大的发展,继电保护装置的可靠性、功能的完善性、操作的方便性及操作界面的人性化等要求已基本满足。我国继电保护在原理上能够满足我国电网运行的要求。智能电网的规划和发展改变了电能传输的某些特点,信息化和数字化的特征使智能电网与传统电力系统产生了本质的差别,作为继电保护专业,也需要适应其发展,进行相关的研究工作。它的特点如下：利用数字化提高保护性能、网络化将改变继电保护的配置形态、提高安全自动装置性能、与传统保护的配合、在线整定技术、继电保护新原理与新技术等。

智能电网的建设是电力系统的一次重要变革,是电网未来的发展方向。传统的保护系统已是各个互联电网不可缺少的保护稳定、避免灾难性事故的保护手段；如今,智能电网的建设已经开始,建设过程中新技术和新设备的应用将给继电保护专业领域带来革命性的变化。随着智能电网建设的推进,相关研究的深入,继电保护专业要适应电网需求向智能化方向发展,跟进电网建设步伐,为智能电网建设提供技术支持。

按照相关规划，2011年至2015年为全面建设阶段，形成坚强智能电网建设标准，滚动修订发展规划，坚强智能电网的建设全面铺开。智能电网的加紧建设，对电力系统的第一道防御手段一继电保护技术提出了更高的要求。1 我国的智能电网

云南省电力公司一直以来非常重视智能电网的研究，不断增强驾驭高海拔特高压交直流混合电网能力，建设信息化电网企业，抢占电力科技制高点。结合云南电网公司实际情况，努力抢占高海拔特高压交直流混合输电技术、复杂电网安全稳定运行控制技术、高温超导技术、发展智能电网和建设信息化企业关键技术制高点。积极实现传统电网向智能电网、企业信息化建设向建设信息化企业两个根本性转变。切实抓好“智能微网可行性研究”、“智能配电网建设研究”、“云南电力大厦光伏建设方案研究”等一批重点科技项目的前期研究。

2010年9月，全国首个智能电网“全覆盖、全采集、全费控”在浙江海盐武原镇竣工。至此，浙江省海盐县武原镇36000用电客户率先进入“三全”信息时代，从而成为全国首个智能电网的“三全”镇。智能电网信息“三全”工程是国家电网公司建设智能电网的重组成部份。

2010年，国家电网将在河北、北京、上海和重庆四个省市开展智能楼宇和小区试点工程建设，初步计划建成两个智能楼宇和6个智能小区。居民们将见证国内一项尖端技术在身边变成现实，在我们的生活中，这种机会并不常有——他们的身边将建起“智能用电小区”。

可见，尽管智能电网在我国的建设正处于起步阶段，2009年，建设“坚强智能电网”的概念才由国家电网公司首次提出，目前，全国各级电力公司都已经加快了建设坚强智能电网的步伐，智能电网已经由一个“概念股”转变为我们身边切切实实存在的“热点股” 2 智能电网的继电保护

继电保护是实现电力网络及相关设备监测保护的重要技术，向计算机化、网络化、智能化，以及保护、控制、测量和数据通信一体化发展是该领域的长期发展趋势。有关数据显示，截止到2006年底，全国220kV及以上系统继电保护装置的微机化率已达91．41％。继电保护装置的微机化趋势充分利用了先进的半导体处理器技术：高速的运算能力、完善的存贮能力和各种优化算法，同时采用大规模集成电路和成熟的数据采集、模数转换、数字滤波和抗干扰等技术．因而系统响应速度、可靠性方面均有显著的提升

然而，智能电网将极大地改变传统电力系统的形态，电子式互感器、数字化变电站技术、广域测量技术、交直流灵活输电及控制技术的大量应用，必然对电力系统继电保护带来影响。（1）智能电网继电保护构成

智能电网的分布式发电、交互式供电对继电保护提出了更高要求，另一方面通信和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件。

智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测．实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。

另外，对保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其他设备的运行信息。一方面保证故障的准确实时识别．另一方面保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

所以，智能电网继电保护装置保护动作时不一定只跳本保护对象，有可能在跳本保护对象时还需发连跳命令跳开其他关联节点，也有可能只发连跳命令跳开其他关联节点，不跳开本保护对象。（2）继电保护技术的升级

智能电网的规划和发展改变了电能传输的某些特点，信息化和数字化的特征使智能电网与传统电力系统产生了本质的差别，作为继电保护专业，也需要适应其发展，进行相关的研究工作。数字化 互感器传输性能的提高和互感器故障的减少使继电保护不需要再考虑电流互感器饱和、二次回路断线、二次回路接地等互感器故障问题。电气量信息传输的真实性也为继电保护装置性能的提高带来了便利条件。如何简化继电保护的辅助功能．利用数字化传感器提高继电保护的整体性能，是未来继电保护发展需要研究的核心问题 网络化

新一代的数字化变电站改变了传统继电保护信息获取和信号发送的媒介，利用网络上共享的站内其它相关电气元件的信息提高主保护的性能，利用共享的控制信号网络简化继电保护配置．是智能电网中继电保护研究的前沿性问题。 自动整定技术

传统的自适应保护仅能根据被保护线路的运行情况对定值进行调整，不能利用全网信息准确、实时地判断运行方式来调整定值。智能电网的继电保护应实现全网的联网自动整定和自动配置，从分散独立的保护变为系统分布协同的保护.（3）员工技术提升

电力系统继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，安全责任重大，对人员的业务能力要求高。而广泛开展技能竞赛活动，能够给生产一线员工提供充分展示才华的机会和舞台，更能在广大员工中产生强烈的争先意识和激励作用，形成比、学、赶、帮、超的良好氛围，促进提高员工的业务素质和能力。

广大基层电力企业应当适应电网快速发展要求，加快推进“两个转变”，积极实施人才强企战略，培养高素质人才，对进一步提高继电保护专业人员的技术水平和岗位技能。

三、结束语：

我国自2009年5月提出智能电网的发展计划以来．先后在全国开展了21个试点项目，提出了智能电网关键技术框架．并开始进行多项技术攻关。许多在智能电网建设实践和重大专题研究方面已取得重要进展。继电保护装置是电网中的“卫士”，起着将电网故障与系统隔离、防止事故扩大的作用。

发展智能电网的原因 篇3

关键词：智能电表；智能电网；数据处理

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0050-02

1 智能电网系统

为满足我国社会进步与发展的需求，大众无不希望以数字信息网络技术来连接资源开发、储送、转化、输配电、销售、储能以及其他相关服务与终端使用客户所涉及的电气化设备，并基于智能控制系统完成对能源转化与供能的控制过程，主要包括精确供能、对应供能、互助供能和互补供能集中方式。这样一来，能源使用的效率和供用安全性能得到大幅度提升，且将污染问题控制到最低程度，保证能源开发与投资效益的合理平衡关系。以上便是智能化电网建设的基本思想。

1.1 智能电网的定义

智能电网系统指的是电网系统的智能化，简称为“电网2.0”。电网2.0主要依附于传感技术、监测技术、控制理论和其他决策支持系统技术，在保障智能电网的安全性、可靠性、经济型和高效性方面具有显著优势，并能良好满足与环境融合和实现安全生产目标，满足新世纪社会用电用户的电能容量、电能质量两个方面的要求，同时提供多种不同形式的接入、启闭和资产运转。

1.2 智能电网系统的特点

1.2.1 智能电网系统的效用

智能电网系统主要包括三方面效用：

①通过传感器实时监控发电、输配电和供电设备的运转情况。

②将获取数据利用网络采集系统进行有效采集和优化整合。

③分析数据、挖掘数据，以便优化管理整个电网系统的运转过程。

1.2.2 主要优势的智能电网系统

①自愈系统和自我适应。

即时监控电网系统的运转情况，即时查找、诊断和治理安全故障及隐患；存在少量的人工干预，随时隔离安全故障并自我修复、自我适应，规避大面积停电的情况出现。

②安全稳定。

准确辨识人的主观行为或自然发生的扰动，并即时做出相应的反应，特别在受到自然灾害、外部损坏或黑客攻击状况下，首先保障的是人身安全、设备安全和电网系统的安全。

③良好的经济性。

智能电网系统在优化资源利用与配置、提升电气设备传送容量和利用效率方面较为突出。而在不同地区也能做到合理调配，可以对电力供应的缺口进行适当均衡。应广大电力市场的竞争需要，动态的电价收费制度也能确保整个电力供用系统的有序进行。

④良好的兼容性。

与大容电源的集中接入可以良好兼容，也能与发电过程中的分布式形式完美接入，且能以应用现有可再生资源来满足电网建设与生产和社会、自然之间和谐共同发展的基本要求。

⑤用户交互。

智能电网系统可与用电客户之间形成良好的交互关系，为广大用电客户提供高质量的电能。智能电网系统的运转、供电销售与市场无缝衔接，并利用市场竞争和市场交易来加强市场主体在电网安全管理方面的参与度，以此大幅度提升智能电网系统的运行安全性和稳定性。

2 智能电表

智能电表作为整个电网系统的终端，其功能仍需涉及普通电表计量，并配合智能电网和使用新型能源还具备如信息分析、存储和即时监控、自动化管控和多通道数据传输等功能，它支持双向计电、阶梯式定价、分时段定价和峰谷式定价等多种可以满足实际需要的方案，也作为主导分布式用电计量、双向通道交互服务平台、智能节电和智能区域供电的技术基础。

2.1 智能电表的构成及工作原理

智能电表是由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，是具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电表。智能电表是通过对电压和电流实时采样，再由电表集成电路对采样电压和电流信号进行处理，并转换成与电能成正比的脉冲输出，再通过单片机进行处理、控制，把脉冲显示为用电量并输出。

2.2 智能电表的特点

笔者认为智能电表和一般计量电表的区别主要有以下几点，见表1。

智能电表包含一般计量电表的基本功能，除此以外，它还具有如下几方面优势。

①自愈系统。与智能电网系统相同的，智能电表也拥有自愈功能，如电表发生故障，不存在人为干扰的前提下，电表可以自动激发故障应急装置，以此保证故障被快速隔离，且完成自我恢复过程。智能电表的故障一般发生在内部程序，与一般计量电表比较来看，智能电表所表现的功能更为强大，且构件较多，利用的通讯形式呈多样化，内部程序的集成化相当复杂，在发生故障率方面较一般计量电表要更为频繁。因此看来，智能电表必需拥有自己的一套自愈系统，若智能电表发生故障，该系统即可自行实现自我诊断、故障隔离、系统重装机启动的过程。

②客户交互。智能电表与用电客户之间的交互往往是通过表计管理系统与客户终端的往来通讯实现的，如光线传送、载波传送和无线电波传送等，以上通讯方式均可实现表计系统和客户终端二者之间的即时信息交互，且不会受到外部环境的影响。

③安全稳定。不管是一般计量电表，还是智能电表，安全稳定是必然要考虑的，智能电表拥有多道安全系统防护装置，在规避无意侵入和非法篡改等多个方面具有突出优势。

④增值服务。智能电表可对终端客户进行用电计量，除此以外，还能为广大用电客户提供一种面向未来的增值服务体验。比如说，终端客户利用电脑联接智能电表，也可以直接联入因特网络进行上网。

⑤在线监测。智能电网面向广大用电客户施行的是即时电价。输电企业可以利用智能电表向每一位客户及时发布用电价格信息，于在线状态下即可监测收取用电费用，且能够发现是否存在偷电情况。

3 智能电表在智能电网中的应用

利用智能电表对智能电网内每一位用电客户终端进行用电计量，即时监控整个智能电网系统是其最为突出的意义，也是供电企业在生产运营过程中可以准确把握产品去向的重要工作。智能电网系统通过连接每一处智能电表，形成网络，再由基于高压电表的区域电网进行实际监测。智能电网信息系统体系结构图，如图1所示。

据图1所知，智能电表实际上扮演者用电信息采集的作用，整个系统的基础数据来源于此。智能电表能够采集的基础数据涉及有功、无功正向和反向电能数据；电压、电流、频率和功率等负荷记录；失压、断相、编程、校时、远程控制拉闸、开表盖、电表清零等事件记录数据。

3.1 状态预估

当前，配电网侧的潮流分布信息一般不够精确，我们可以在用户侧增设一些监测节点，获取一些较为精确的负载记录和网损记录，以此规避电网内电气设备的过负载或电能质量不断恶化的情况发生。与此同时，将监测数据信息进行优化整合，可以良好校核未知状态下的预估结果和检测数据的精确性。

3.2 监控电能质量及供电稳定性

不管是智能电网运转需要还是用电客户终端需要，保证电能质量和供电的稳定性是关键。利用智能电表来即时监测电能的质量和供电状况，便可以及时且准确地接收或反馈用户终端的投诉情况，预先采取一定措施来防范电能质量故障。

3.3 用户侧的负荷分析建模及预测

首先，通过智能电表获取用户终端的用户侧基础信息，即可对各种用电情况进行相应的典型性分析和趋势分析。

其次，在完成各类负荷分析的基础之上，融合外部气象条件对各种客户重点的历史记录进行相应因素的分析和主成分分析。

再者，以上两条为基础，构建负荷预判模型，从中短期来考虑用户侧的负荷情况。

最后，考虑社会因素、经济因素和整治因素，构建相应的预判模型，采取组合法完成对用电终端用户侧的负荷预判。

3.4 搭建防偷电平台

按照不同的低压配电挽留过拓扑结构和智能电表采集基础数据的性质，即可模拟出防偷电平台系统的大体框架，有效规避偷电行为和恶意破坏电力设备行为的出现。严谨随时可能发生额设备故障和安全质量隐患，利用即时传送的用电计量参数和故障特征，有利于配电人员及时准确地预判或处置故障或隐患。

3.5 用户能量管理

利用智能电表采集的基础数据信息，可以构件用户终端的用电能量管理系统，为广大用电客户提供能力管理服务体验，满足室内环境监控（如温度控制、湿度控制盒照明控制等），最大程度地降低能源消耗量，保证能够实现节能减排的终极目标。 （上接51页）

4 智能电表的发展困境

智能电表在未来发展中的主要困境有如下几个方面。

4.1 成本控制

不管是电表加工厂还是用电客户终端，成本控制永远都是他们关系的焦点。因智能电表与当前应用的普通计量电表相较而言，它拥有更多依赖于高新技术手段的功能，在造价成本方面势必要高。同时，智能电表尚处于推广伊始，加工厂产量尚小，且优质产品率并不能得到很好的保障，这样也会造成成本过高。

4.2 安全稳定

智能电表的高效性、安全性和稳定性是我们应该自始至终需要考虑的问题之一。除此以外，智能电表的通讯形式呈多样化，不同的通讯形式和加密手段的选用也是当前面临的一个严峻考验。我们可以想象，未来我国智能电网建设在网络化方面必然要不断深入，智能电表也会全面普及，如何立足于日益复杂的网络环境是不容忽视的问题。

4.3 自动化和智能化

智能电表有别于一般计量电表的地方在于智能化和自动化，它可以通过预先输入编程，设备即可在既定程序下合理运转，而能够自己诊断和自己解决的故障往往都是人的一种预判和总结，该设备其实并没有实际意义上的“自我思考、自我动手”的能力。倘若智能电表遇到前所未遇的故障，它就无法实现自侦自愈。那么，如何真正实现智能电表具有自我思考的功能是未来发展的一个困境，也是未来继续发展智能电表的重心。

参考文献：

[1] 薛昌波，周飞龙.智能技术在电能计量领域的展望[J].中国计量，2010，（4）.

[2] 李保玮.智能电表简介[J].新技术新产品，2010，（3）.

智能电网的发展策略分析 篇4

智能电网, 顾名思义, 就是在传统的物理电网的基础之上, 融入了现代化的通讯、计算机和信息等技术, 从而组成了新型的电网系统。智能电网的优势主要体现在以下几个方面:第一, 可以满足不同用户的不同需求, 智能电网将众多高科技融入进来, 可以提供更多的、更优质的综合性服务, 在满足用户普通用电需求的同时, 也可以提供一系列的个性化的增值服务;第二, 通过融入新的高新技术, 使得管理人员对于电网的控制更加容易, 而且还可以对电力系统进行实时监测和自动化控制, 不仅节省了人力物力, 还提高了经济效益;第三, 智能电网通过先进技术对传统电网的资源重新整合并进行优化配置, 提高能源利用率, 进一步保护环境和节约能源, 缓解人类生存与资源消耗之间的矛盾。

二、智能电网的发展状况

(一) 国内智能电网的发展状况。

我国在建设智能电网的时候, 充分考虑到了我国的基本国情:我国人口众多, 用电需求比较大;地域范围广、用电需求不平衡;这些都是我国的基本国情, 也是在建设智能电网时不得不考虑的问题。经过综合分析和研究得出结论:我们要建设的是在特高压基础上的坚强的智能电网。从2008年开始, 建设智能电网在我国已经得到重视, 并被看作是未来电网的必经之路。与此同时, 我国为建设智能电网这一工程提出了全面的、详细的计划, 建设智能电网要分三个阶段进行, 每个阶段的工作内容也作出了完整的叙述, 而且也将我国东西能源发展和需求的不平衡考虑进去, 从而为我国的智能网建设作出科学的规划。

(二) 国外智能电网的发展状况。

通过调查研究显示, 目前为止, 北美、澳大利亚和欧洲各国逐渐认识到智能网的重要性, 开始纷纷投入到对智能网的研究和建设中去, 其中主要以美国和欧洲为代表。下面就分别介绍智能网在美国和欧洲的发展状况:第一, 美国电力系统的主要问题是技术落后, 因此在建设智能网的时候, 更加注重的是对网络基础架构的更新和升级, 通过增加对技术方面的投入, 同时运用技术实现对电网的智能化。值得注意的是, 美国在发展和建设智能网的时候, 侧重于考虑商业利益, 在提高用户体验性方面有值得借鉴的地方;第二, 推动欧洲各国建设智能网的原始动力是环境因素, 欧盟提出的控制温室气体排放量的政策, 迫使欧洲各国希望通过建设智能电网, 节约能源消耗从而达到减少排放温室气体的目的。主要是利用一些可再生能源, 例如风能、太阳能和生物能等, 满足对于电力能源的需求, 同时对环境保护作出一定的贡献。

三、促进智能电网发展的策略

科学技术的发展为智能电网的建设提供了技术支持, 通过反复的试验证明, 智能电网的技术可行性是毋庸置疑的, 但是它的安全性和稳定性以及能够创造的经济效益还需要在实践中进一步验证。传统的电网已经无法满足用户的用电需求, 因此未来的电网必须是集智能化、自动化、节约型于一身的新型电网, 所以说, 智能电网是电力系统未来的发展趋势, 为了促进智能电网在我国的建设和发展, 需要从以下几个方面作出努力:

(一) 规范化智能电网的标准。智能电网的组成包含许多不同领域的高新技术, 要想把这些技术都投入到智能网这一整体中, 必须制定相应的标准, 用来规定不同的技术指标, 从而可以建设大规模的智能电网。根据我国的基本国情需要, 在我国建设惠及13亿人民的智能电网是一项浩大工程, 需要众多相关机构的参与和执行, 制定统一的技术标准, 是开发和建设智能电网关键的一步。一是要明确智能电网的建设涉及到哪些技术, 有哪些组织参与到建设中来, 在国家电力管理部分的组织下参与智能电网的标准的制定和实施;二是对于以后有可能添加和发展的新技术也要有前瞻性的准备, 根据以后的具体需要不断修改和完善这些标准。

(二) 发展各类高新技术。虽然在国内已经开始智能网的规划和建设, 也有了一定的新的科学技术作为支撑, 成为智能电网未来发展的坚强后盾。但是我国的智能网建设仍然处于起步阶段, 距离最终的投入实施还有一定的时间, 相关方面的理论研究和技术实践还需要进一步完善和发展。因此, 我们应该重视与建设智能电网相关的研究。可以从以下几个方面做起:第一, 政府可以制定相应的鼓励措施, 倡导与智能电网相关领域的技术研究, 并对作出突出贡献的集体和个人给予表彰或者物质奖励;第二, 加大研究经费的投入, 为相关技术的研究提供所需的设备和技术人员, 不断壮大智能电网的技术支持队伍, 为我国的智能网建设提供技术上的保障。

(三) 注重理论与实际相结合。理论和实践是开发新技术不可分割的重要组成部分, 两者相互联系、相互渗透、缺一不可。在对智能电网的研究过程中, 一定要注意理论与实践相结合, 切不可将两者割裂开来。将理论与实践科学合理地联系在一起, 发挥两者的重要作用, 可以从以下几个方面做起:第一, 要善于利用成熟的理论去指导实践, 在智能电网建设过程中一定要有技术作为理论上的支持, 使得实际的运行和操作步骤都有理论依据;第二, 通过部分地区的试验或者大规模的投入使用, 检验理论是否正确, 根据实际情况对理论不断地丰富和完善, 对于不合理的地方给予更正, 促进智能电网理论的进一步完善。在实际的智能电网过程中, 理论和实践是相互交错进行的, 为建设运行良好的智能电网作出突出贡献。

(四) 划分智能电网试验区。我国国土面积比较大、地域广泛, 仅仅依靠成熟的理论支持是远远不够的。因此, 在智能电网大规模投入运行之前, 首先应该在一定的区域内进行试验。通过建立智能电网试验基地, 将相关技术、设备和人力资源等投入使用, 观察智能电网的实际运行情况。由于我国的人口分布、气候环境等差异比较大, 加上不同地区的用电需求也有所不同, 在智能电网的实践基地一定要充分考虑到这些因素, 同时对于一些理论研究中不足的地方, 或者试验时的突发性事件都能够采取一定的应对措施, 这也充分证明了智能电网的实施不能一蹴而就, 必须循序渐进, 才能不断地发展和完善。

(五) 不断进行技术和理论创新。目前为止, 投入到智能电网建设的科学技术还远远不够, 我国在普及建设智能电网的过程中, 面临着很多机遇和挑战。我国的水电资源丰富, 在发展智能电网过程中有着很大的优势;但是我国建设智能电网的技术尚不完善, 很多方面还值得深入探究。必须要不断地进行理论和技术上的创新研究, 才能保持智能电网的生命力和持续发展能力, 这也是促进智能电网建设的重要途径。例如, 我们可以在吸收和借鉴欧洲国家的能源节约措施, 提高在太阳能、风能等方面的理论和技术, 通过不断的理论和技术创新, 不断地促进智能电网的建设和发展。

参考文献

[1].帅军庆.创新发展建设智能电网——华东高级调度中心项目群建设的实践[J].中国电力企业管理, 2009

[2].崔春生, 苏白云.基于Vague值的非个性化产品推荐研究[J].计算机工程与应用, 2012

[3].江道灼, 申屠刚, 李海翔, 吴志力, 杨贵玉.基础信息的标准化和规范化在智能电网建设中的作用与意义[J].电力系统自动化, 2009

发展智能电网的原因 篇5

根据相应的规定得知，在分布式发电技术并入智能电网技术的过程当中，首先需要了解分布式发电技术的分布状况以及负荷增长的程度，之后以此为依据对分布式发电技术在智能电网技术当中的接入位置、接入容量进行适当调整。调整中需要依照相应的标准来开展工作，标准可以依照IEEEP1574内容来进行选择，本文对IEEEP1574进行了解之后确认，其标准适用于所有低于10MVA的分布式电源入网。

3.2分布式发电技术并入智能电网控制方法

分布式发电技术并入智能电网之后会发生一系列的问题，针对问题的特性进行分析可见，其大多数问题都存在难以控制的特性，因此为了保障分布式发电技术在智能电网当中的合理运作，需要采用相应的控制方法。本文主要介绍了电力电子技术、功率管理系统两种控制方法，具体如下文所述：(1)电力电子技术。在电力电子技术领域中，一种即插即用的技术受到了广大用户的青睐，本文通过前人研究了解到，此项技术能够对分布式发电技术与智能电网并行进行有效控制，控制侧重点在于协调性控制、能量控制。应用当中，首先采用电力电子耦合技术构建并行电路，此电路有两个显著的功能特点：①支持接口快速转换;②限制短路电流。其次，在电力电子耦合并行电路当中，可以始终保持短路电流低于额定电流200%，以此维持电路的稳定性。此外，虽然此项技术的性能良好，但同样存在一个“致命”的缺陷，即当电力故障发生之后无法恢复系统的电压与频率，不利于配电运作。(2)功率管理系统。此管理系统主要是针对上述电力电子耦合并行电路缺陷而设定的，其中包含了许多控制模块，可以针对电力电子耦合并行电路中的无功、有功电力潮流进行控制，因此可以作为电力电子耦合并行电路的终端处理系统。通过实际应用发现，功率管理系统具备3种不同的控制模式，即电压下垂特性调整、电压调整策略制定、电力潮流因子校正，因此该管理系统的灵活性也相对较高，可以避免电压下垂特性出现偏离、电力总线合理电压维持、校正电力潮流因子实现母线无功补偿。此外，因为功率管理系统本身不具备通信功能，所以也存在一定的弊端，对此本文建议电力单位采用相应的优化方法来进行改善，例如智能电网高级故障管理系统。智能电网高级故障管理系统能够在电力发生故障时，通过通信功能使分布式供电应用转化为孤岛模式，避免了故障的扩散。

4结语

本文主要分析了分布式发电技术与智能电网技术的协同发展，分析首先对分布式发电技术进行了概述，了解了此项技术的应用面以及应用优势，之后针对分布式发电技术并入智能电网技术后产生的问题进行分析，了解了此两项技术并入的难度，最终提出了两者协同发展的方法，主要包括标准设定、控制方法两个部分。

参考文献

[1]陈丽丽.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].科技资讯，，15(9)：56.

发展智能电网的原因 篇6

关键词：辽宁 智能电网 智能电网产业

当前，世界范围内的以发展清洁能源为核心的“能源革命”正在迅速展开。中国正处在工业化、城镇化加快发展的进程中，在经济社会高速发展的同时，保护生态环境和节能减排任务重大。单纯控制化石能源消耗量势必放慢经济增长速度，并不能从长远上解决能源利用问题，无法实现经济发展方式的根本转变。只有调整能源结构，提高能源利用效率，才能使经济发展与节能减排相互协调。作为发展低碳经济的绿色平台，智能电网的产生不但能够解决能源利用问题，还将带动新一轮战略性新兴产业发展的热潮。作为我国“十二五”重点发展的战略性新兴产业之一，智能电网产业发展前景广阔。加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，对于推动我国经济社会又好又快发展具有重要意义。辽宁作为老工业基地正处于全面振兴的关键时期，应把握这一发展机遇，发挥装备制造业等重点产业优势，大力发展智能电网产业和相关战略性新兴产业，实现辽宁经济社会全面、协调、可持续发展。

1 发展智能电网产业将加快辽宁老工业基地全面振兴

1.1 建设坚强智能电网将有效解决辽宁风电产业发展瓶颈问题

据统计，2010年末，辽宁风电装机容量达308.4万千瓦，规模居于全国前三位，装机比例远高于全国平均水平。风电，已成为辽宁的第二大电源。“十二五”时期是辽宁省基础设施建设高峰期，同时也是生态环境大幅度修复期。在此期间，辽宁还要加快风电产业发展，构筑经济、安全、清洁、稳定的现代能源体系。预计到2020年，辽宁风电装机容量将达到908万千瓦，电网平均风电消纳能力为863万千瓦。由于风能具有较强的间歇性变化特征，它是一种变量产出，风电运行的不稳定性和随机性，给传统电网调峰调频、输送电能质量带来较大困难。同时，相对于风电开发的速度，现有电网规模和运行能力明显落后，电网规划建设也相对滞后。近年来，为了提高风电接纳能力，辽宁电力公司已加大投资力度，加强主网架建设，建设了多处大型输变电设备，满足了西部地区大规模风电场的接网需求。但是，由于辽宁风电基地大多远离负荷中心，风电无法就地消纳，因此，需要更加坚强的网架支撑。在部分风电资源丰富地区，已经出现“弃风”、限产现象，给企业造成严重的经济损失，影响了风电产业的发展速度。坚强智能电网以其智能化的控制系统和强大的承载能力，解决辽宁地区风电消纳并网问题，有利于风电产业快速健康发展。

1.2 智能电网建设将提高能源利用效率，加快实现辽宁节能减排目标

作为老工业基地，目前辽宁省产业结构仍以具有高能耗、高污染风险的重化工业为主体。辽宁能源结构以煤为主，一次能源消费中煤炭占73%，发电结构中燃煤发电量占85.89%，由此带来的环境问题不容忽视，辽宁可持续发展问题面临巨大压力。为此，辽宁省将非化石性能源消费比重和二氧化碳排放量分别列入“十二五”规划，要求“到2015年辽宁非化石性能源占一次能源消费比重达到4.56%，平均年增长3.5%”，“辽宁单位地区生产总值二氧化碳排放年平均降低18%，二氧化硫排放年平均降低10.7%”。建设坚强智能电网将有利于推动清洁能源产业的全面发展，由此带来的巨大的化石能源替代效益，能彻底缓解节能减排压力。坚强智能电网能降低能源损耗、提高能源利用效率，提升发电设备利用效率、输电效率和电能在终端用户的使用效率，这对降低化石能源占一次能源消费比重、加速辽宁省能源结构调整具有重要意义。

1.3 智能电网建设将为辽宁装备制造业提供新的发展机遇

辽宁是我国重要的装备制造业生产基地。2010年，辽宁装备制造业完成工业总产值12454.5亿元，同比增长33.56%。我国首台特高压升压变压器和首台核反应堆压力容器等重大装备相继在辽宁研制成功。智能电网的建设推广将会进一步推动辽宁装备制造业的快速发展和效益的提升。从产业链层面看，智能电网建设从发电到调度过程所涉及到的技术十分庞杂，每个环节都将应用大量的新技术和新设备，因此电网的升级改造无疑将惠及分布在这些环节上的不同行业的企业，这些企业将面临发展的新机遇和挑战。辽宁省电力及输配电成套设备制造业发达，是中国重要的大型输变电产业基地之一，有着雄厚的产业基础和技术基础，拥有一批行业内的重点企业。坚强智能电网的建设将为辽宁电力设备制造企业提供科技创新和技术进步的平台，使一些实力强劲的重点企业充分实现自主创新、赶超世界先进水平。

1.4 发展智能电网产业将带动辽宁新兴产业的共同发展

作为战略性新兴产业之一，智能电网产业发展势头强劲，在未来将带动相关新兴产业的迅速发展，形成战略性新兴产业集群。智能电网建设将促使大量智能技术和成果在各行各业特别是能源行业迅速推广和应用。坚强智能电网将通过电力光纤到户促进电子信息、通信、物联网等新兴产业发展，并有可能将电力和信息通信两大产业进行集成、整合和互补。智能电网建设不仅能够加快新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术产业的发展，还将催生智能家居、智能楼宇、电动汽车等下游新兴产业升级换代，通过用电方式变化在智能家电、绿色交通等相关产业间接创造巨大市场。可以预见，智能电网产业的不断发展壮大不仅将形成战略性新兴产业集群，还将为电力工业及相关电子、家电、信息通信、控制、电动汽车等行业带来重要的跨越式发展机遇，对促进消费和经济增长产生巨大效益。

2 辽宁智能电网建设现状

“十一五”时期，辽宁电网建设总投资529亿元，比“十五”期间增长1.85倍。近三年来，电网建设累计完成投资398.36亿元，超过之前7年的总和，建成了内蒙东部大型煤电基地至辽宁负荷中心的交直流输电通道，对电网安全运行构成威胁的电磁环网全部打开；以500千伏中南部双环网为代表的一批重点项目的建成投运。在电网发展过程中，辽宁电力公司得到政府和社会各界的更多关注与支持，2010年以来，先后与14个地市政府签订了《关于加快智能电网建设，推进落实征地、动迁工作框架协议》，有效解决了电网发展过程中的问题和矛盾。

目前，辽宁坚强智能电网建设已取得了一些实质性进展：在输电环节的输电线路智能巡检实践已经展开；在变电环节完成了部分智能变电站的新建与改造；配电自动化在大连市经济技术开发区实施了试点工程；用户用电信息采集项目已经投入使用；电动汽车充放电设施正在建设中；调度技术支持系统的建设已经展开；信息平台及安全试点和电力光纤到户试点建设已经开始实施。

3 辽宁发展智能电网产业的思路探讨及对策

智能电网作为一种刚刚开始成长的战略性新兴产业，其发展过程必将是长期而艰苦的。因此，智能电网产业的发展要建立在成熟的技术标准和完善的配套制度之上，这需要政府、企业及社会各界的协同推进。

第一，政府要发挥指导作用，加强制度建设。智能电网建设关系到能源可持续发展问题和我国经济社会发展全局。目前，我国政府已经制定了智能电网发展计划和目标，各级政府也根据本地区电网建设实际情况制定了本地区智能电网发展规划。随着智能电网建设的不断深入，国家除了要加大投入外，还应充分协调各方利益，制定促进我国智能电网发展的一整套合理、优化的政策体系。政府要采取灵活的扶持政策，在相关法律、资金、财税、电价政策等方面给予支持，在清洁能源发电量消纳和经济补偿政策等方面制定相关的配套措施，在科技项目研发、试验示范工程及推广应用等方面给予政策激励。地方政府应积极组织，协调能源、环保、科技、信息等多个部门和行业共同开展适合本地区特点的智能电网发展战略研究。同时，电力公司也应不断创新管理模式，适应智能电网的建设和运营要求，建立健全相应的规章制度和管理流程，全面提升驾驭智能电网的能力。

第二，企业要发挥主体作用，加快科技创新和技术进步。智能电网产业链一经形成，除了电力产业的直接受益外，还将带动一次能源开采业、电子元器件制造业、先进材料产业等上游产业发展，以及电动汽车、智能家居、家电产业等下游产业的共同发展。这些行业的企业在看到机遇的同时，也应认识到自身所面临的挑战，要抓住契机，加大智能电网科技攻关力度，加快科技创新和技术进步，推动现有企业产品转型升级，以满足智能电网潜力巨大的市场需求。

第三，加快智能电网试点项目和产业园区规划建设。随着国内智能电网产业的不断壮大和发展，各地的智能电网试点项目和产业园区相继开始了规划和建设工作。智能电网产业园区的规划建设将促进太阳能、风能发电系统集成等技术创新，同时带动生产性服务业等相关产业发展。未来，随着智能电网产业园孵化效应的不断显现，必将会吸引多家产学研单位进驻园区，集中攻关基础性、关键性课题，建成集生产、研发、物流、展示于一体的现代化生态工业园区。遼宁已经尝试在部分区域试点建设智能电网项目，应当利用行业发展的良好势头，加快技术开发，在人员和资金等方面给予充分支持，保障试点项目的建设工期和质量。

第四，鼓励多方参与，形成合力建设智能电网新局面。目前，智能电网产业刚刚起步，重点在于对智能电网的研发与建设。但随着这一新兴产业的逐步成熟，智能电网产业绝不仅限于电网自身的升级改造，它是一项涉及多领域、跨行业的庞大系统工程，是一场全新的技术变革。因此，发展智能电网产业应消除行业和专业间的壁垒，集中国内优势科研力量共同研发建设，使社会各类相关行业积极参与到相关标准制定、核心技术攻关、关键设备研发等工作中去，建立有效的跨行业沟通平台和合作机制，共同推动智能电网快速发展。目前，国内有的城市尝试建立智能电网产业联盟的做法，吸纳颇具实力的全国领先行业的领军企业，奠定了本地区在智能电网产业的发展基础和优势。

本文系辽宁省社科联2012年度辽宁经济社会发展立项课题“辽宁智能电网产业发展的问题及对策研究”的阶段性研究成果，项目编号：2012lslktzijjx-03。

智能电网技术的发展及其应用 篇7

关键词：智能电网,关键技术,功能,应用

0 引言

智能电网是为了实现能源替代和兼容利用,在创建开放系统和建立共享信息的模式基础上,整合系统中的数据,优化电网的运行和管理。它主要是通过终端传感器将用户之间、用户和电网公司之间形成即时连接的网络互动,实现实时(real-time)、高速(high-speed)、双向(two-way)地读取数据,整体性地提高电网的综合效率。智能电网可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合,遇到电力供应高峰时段,能够在不同区域间进行及时调度,平衡电力供应缺口,达到对整个电力系统运行的优化管理。智能电表可作为互联网路由器,推动电力部门以其终端用户为基础,进行通信、运行宽带业务或传播电视信号。

智能电网系统安全稳定运行、需求侧管理、分布式电源等是推进智能电网建设的原动力。智能电网综合应用通讯、高级传感器、分布式计算等技术,提高了输配电网络的安全性、可靠性和效率[1]。

在可再生能源发电所占比例较大的电力系统中,储能技术的应用解决了保证系统正常运行的可行途径。智能电网要求储能系统有足够大的储能容量、足够快的功率响应速度、足够大的交换功率、足够高的储能效率、足够小的放电周期、足够长的使用寿命、足够小的运行费用[2]。

1 智能电网技术的发展

中国数字化电网建设涵盖了发电、调度、输变电、配电和用户各个环节,包括信息化平台、调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电,变电站自动化系统、微机继电保护、配网自动化系统、用电管理采集系统等。实际上,目前中国数字化电网建设可以算是智能电网的雏形。

1.1 参数量测技术

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信息,以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性,进行表计读取、消除电费估计及防止窃电、缓减电网阻塞及与用户的沟通。

未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统。取而代之的是可使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计有更多的功能,除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外,还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率,并通知用户正在实施的费率政策。更高级的功能还有用户自行根据费率政策,编制时间表,自动控制用户内部的电力使用策略。

对于电力公司来说,参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持,包括功率因数、电能质量、相位关系(WAMS)、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。软件系统将收集、存储、分析和处理这些数据,为电力公司的其他业务所用。

未来的数字保护将嵌入计算机代理程序,极大地提高可靠性。计算机代理程序是个自治和交互的自适应软件模块。广域监测系统、保护和控制方案将集成数字保护、先进的通信技术以及计算机代理程序。在集成的分布式的保护系统中,保护元件能够自适应地相互通信。这样的灵活性和自适应能力极大地提高了可靠性,因为即使部分系统出现了故障,其他的带有计算机代理程序的保护元件仍然能够保护系统。

1.2 智能电网通信技术

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,没有这样的通信系统,任何智能电网的特征都无法实现。因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统支持,因此,建立这样的通信系统是构建智能电网的第一步。通信系统和电网一样深入到千家万户,共同形成2个紧密联系的网络——电网和通信网络,实现智能电网的目标和主要特征。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为动态的、实时信息和电力交换互动的大型基础设施。通信系统建成后,可以提高电网的供电可靠性和资产利用率,繁荣电力市场,抵御电网受到的攻击,提高电网价值。

适用于智能电网的通信技术需具备以下特征,a) 双向性、实时性、可靠性,出于安全性考虑理论上应是与公网隔离的电力通信专网;b) 技术先进性,能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务:c) 最好还具备自主知识产权,具有面向电力智能电网业务的定制开发和业务升级能力。

通过智能电网客户服务实现电网与客户之间实时交互响应,增强电网综合服务能力,满足互动营销需求,提升服务水平。

1.3 信息管理系统

智能电网中的信息管理系统主要包括采集与处理、分析、集成、显示、信息安全等5个功能。a) 信息采集与处理,包括详尽的实时数据采集系统、分布式的数据采集和处理服务、智能电子设备(intelligent electronic device,IED)资源的动态共享、大容量高速存取、冗余备用、精确数据对时等;b) 信息分析。对经过采集、处理和集成后的信息进行业务分析,是开展电网相关业务的重要辅助工具。纵向包括“发电—输电—配电—需求侧”4级产业链业务分析和“国家—大区—省级—地县”4级电网信息分析。横向包括发电计划、停电管理、资产管理、维护管理、生产优化、风险管理、市场运作、负荷管理、客户关系管理、财务管理、人力资源管理等业务模块分析;c) 信息集成。智能电网的信息系统在纵向上实现产业链信息集成和电网信息集成,横向上实现各级电网企业内部业务的信息集成;d) 信息显示。为各类型用户提供个性化的可视化界面,合理运用平面显示、三维动画、语音识别、触摸屏、地理信息系统(GIS)等视频和音频技术;e) 信息安全。智能电网必须明确各利益主体的保密程度和权限,保护其资料和经济利益。因此,必须研发大系统下的网络生存、主动实时防护、安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。

1.4 智能调度技术

智能调度是智能电网建设中的重要环节,智能电网调度技术支持系统是智能调度研究与建设的核心,赋予全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。

1.5 高级电力电子技术

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的现代技术,节能效果可达10%~40%,可减少机电设备的体积并实现最佳工作效率。目前,半导体功率元器件向高压化、大容量化发展,电力电子产业出现了以SVC为代表的柔性交流输电技术、以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术、以高压变频为代表的电气传动技术,以智能开关为代表的同步开断技术以及以静止无功发生器、动态电压恢复器为代表的用户电力技术等。

柔性交流输电技术是新能源、清洁能源的大规模接入电网系统的关键技术之一,将电力电子技术与现代控制技术相结合,通过对电力系统参数的连续调节控制,大幅地降低输电损耗,提高输电线路输送能力,保证电力系统稳定水平。

高压直流输电技术对于远距离输电、高压直流输电拥有独特的优势。其中,轻型直流输电系统采用GTO,IGBT等可关断的器件组成换流器,使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。此外,可关断器件组成的换流器,还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电,未来还可用于城市配电系统,接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。

高压变频技术最大的优点是节电率一般可达30%左右,但缺点是成本高,并产生高次谐波污染电网。同步开断(智能开关)技术是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。目前,高压开关大都是机械开关,开断时间长、分散性大,难以实现准确的定相开断。实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。

1.6 分布式能源接入技术

智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集,且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置与利用,提高电网运营的可靠性和能源利用效率。

分布式电源(DER)的种类很多,包括小水电、风力发电、光伏电源、燃料电池和储能装置(如,飞轮、超级电容器、超导磁能存储、液流电池和钠硫蓄电池等)。一般来说,其容量从1 kW到10 MW。配电网中的DER由于靠近负荷中心,降低了对电网扩展的需要,提高了供电可靠性,因此,得到广泛采用。特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源,在许多国家政府政策的大力支持下,迅速增长。目前,在北欧的几个国家,DER已拥有30%以上的发电量份额。在美国DER目前只占总容量的7%,预期到2020年时其份额将达25%。

大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行,彻底改变了传统配电系统单向潮流的特点,要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。然而,通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中协调运行,可带来巨大的效益。除了节省对输电网的投资外,还可提高全系统的可靠性和效率,提供对电网紧急功率和峰荷电力的支持及其他一些辅助服务,如,无功支持、电能质量改善等;同时,它也为系统运行提供了巨大的灵活性。如,在风暴和冰雪天气下,当大电网遭到严重破坏时,分布式电源可自行形成孤岛或微网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。

2 美国智能电网已经实现的功能

目前,智能电网研究较为成熟的主要是美国。美国多个州已开始设计智能电网系统,GE,IBM,西门子,Google,Intel等信息产业龙头都已投入智能电网业务。

美国能源部正在发起建立智能电网信息共享交流平台和信息库,资助智能电网技术研发项目,把清洁能源和智能电网作为中美能源领域合作的重要内容。

美国科罗拉多州的波尔得市是美国第一个智能电网城市。每户家庭都安装了智能电表,人们可以很直观地了解当时的电价,从而把一些事情,如,洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时段。电表还可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源。同时,变电站可以收集到每家每户的用电情况。一旦有问题出现,便重新配备电力。

在美国西弗吉尼亚州,阿勒格尼电力公司(Allegheny Energy)的“超级电路”项目(Super Circuit project)把先进的监测、控制和保护技术结合在一起,增强了供电线路的可靠性与安全性。该电网整合了生物柴油发电、能量储存及先进的计量基础设施(智能仪表)和通信网络,迅速地预测、确定并帮助解决网络问题。

美国科罗拉多州科林斯堡(Fort Collins)及该市拥有的公用事业公司支持多项清洁能源计划。其中,一项涉及在5个用户区域内把太阳能和风能等近30种可再生能源结合在一起。该计划与其他一些分布式供电系统共同支持该市称为FortZED的零能耗区。

美国夏威夷大学(University of Hawaii)研制的配电管理系统平台,采用智能计量作为门户站,综合了需求反应、住宅节能自动化、分布式发电优化管理、配电系统的储存与负荷、允许配电系统与主电网中其他系统协调的各种控制手段。

美国伊利诺伊理工学院(Illinois Institute of Technology )的“完美电力”(Perfect Power)项目,应用先进技术建设的微型电网原型,能够对主电网的变化作出反应,增强电网的可靠性,降低对电力的需求。

参考文献

[1]余贻鑫,栾文鹏.智能电网述评[J].中国电机工程学报,2009,29(34):1-8.

智能电网的发展及其运用前景 篇8

(1) 核心为以用电方为主、配电方为次、输电方最后;

(2) 将美国电力市场完全开放, 支持大批公司进入电力市场, 实现其完全化竞争市场;

(3) 配电的全面化监控, 原因在于美国电网故障绝大部分都在于配电网的不足, 构建配电的全面监控有助于大量减少电网故障, 对美国而言, 美国政府要求在2020年前实现美国配电网的全面智能化。

欧盟电网的建设速度非常快, 由于欧盟由许多不同的国家构成, 表示着每个地方有其不一样的电网特点和环境, 所以欧洲智能电网的主要发展方向是以构建分布式发电与交互式供电于一体的分散式智能电网, 从2007年开始, 欧洲各国提出了“欧洲超级智能电网” (下面简称欧超网) 的独特方案, 该方案是以可再生能源为基础, 通过建立各国相互密集的高压直流线路及现有的交流线路相结合, 形成一个统一的电力市场, 并且使欧洲各国的电网更加安全及可靠, “欧超网”这一基本构架代表了大范围超级智能电网的形成。“欧超网”的具体内容为

(1) 创新商业模式, 建立开放的、公平的电网市场;

(2) 建立完善的监督管理结构, 为智能电网保驾护航;

(3) 有效保护每一个用户的个人信息, 解决信息隐私安全和信息通信安全;

(4) 制定智能电网的技术标准, 使其有序的快速发展。相对美国而言, 欧盟对于用户及其他有关电网的隐私十分看重, 毕竟“欧智网”是在美国智能电网上的递增式发展的。

欧美的智能电网也许不能代表世界所有国家智能电网, 但其发展表示着世界智能电网的大致发展方向, 他们的优点和特长是值得我们学习和借鉴的, 同时我们需要走中国特色主义道路, 创造出适合我国国情的特色智能电网。外国智能电网的提出与构建也许较早, 但我国智能电网的发展速度是其他国家远远比不上的。中国智能电网大致可分为高级量测体系、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理, 每一项都是我国智能电网的重中之重。

1高级量测体系

高级量测体系简称AMI, 表示着一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整网络和系统, 其高级量测体系是整个智能电网的核心和基础, 它用于构建一个电网的智能化部分, 使得电力公司和用户紧密相连, 电力公司应把握住AMI (高级量测体系) 技术开发和实施这一难得机会, 规划和建立通用的满足未来系统高级应用的通信基础设施和集成信息系统, 以便提升产业并引导电网向智能电网方向发展。

2高级配电运行

高级配电运行简称ADO, 表示着配电网以及配电运行的高级化和智能化, 配电过程中使其配电数据化、信息化、分析化, 配电过程中因为某段线路原因导致其危险运输, 可以将信息反馈至信息中心, 使其高效修复问题, 或者调查不同线段的配电运输容量、调查相同线路不同时间的运输容量, 使其能合理利用配电运行, 更加准确的将电能输送到每个需要的用户中。

3高级输电运行

高级输电运行简称ATO, 表示着输电线路中安装某些相对应的智能化产品, 使其输电过程中与总线交换信息实现“无缝”集成, 高级ATO系统强调与其他自动化系统之间的高度融合, 实现系统构成与功能的优化。

4高级资产管理

高级资产管理简称AAM, 资产管理原先来自金融业术语, 由于在电网建设和运行中, 技术和资产种类繁多、变动频繁、技术更新快, 因此需要对资产或者设备运行状态进行监测或维护, 高级资产管理就可以实现其合理优化管理, 具体的内容主要是采用智能电子设备和软硬性传感器以及相关的诊断软件, 使运行商分析设备故障, 以便及时指派人员进行维修。

以上就是对国外及我国智能电网的分析和拓展。中国智能电网的发展代表着中国电力事业的成熟和崛起, 它造福着数十亿的中国人。我相信中国电网公司会更加快发展智能电网, 吸取其他国家智能电网发展过程中的经验和教训, 智能化、自动化、人性化、准确化的全面建立电网甚至电力系统, 未来某天中国的智能电网不仅能覆盖整个中国, 甚至世界各地都会有我们国家智能电网的身影。

摘要：中国电网对中国经济的发展起着至关重要的作用, 智能电网是将电网智能化, 又称为电网“2.0”。智能电网建立在集成以及高速双向的网络上。所谓智能电网, 顾名思义表示为智能化的电力网络, 其智能化体现在电网的每个模块上, 如:发电系统、变电站、配电网、电能表及其用电终端等, 智能电网的目的是将所有模块实现全自动化, 保证其信息和电能的双向流通性, 达到可靠、经济、清洁、互动、安全的电能供应。而在这背景下, 要求电力系统和电能网络系统相结合, 将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术融入进电网。

智能电网控制中心技术的未来发展 篇9

近些年国际上热议“Smart Grid”(参见http://www.smartgridnews.com)。它含有2个关键词:其一是Smart,可以译为聪慧、灵巧、智敏;其二是Grid,指电网,可以指配电网、输电网。目前国内通常将“Smart Grid”称为智能电网。

国际上认为智能电网是指这样的电网:利用现代测量、通信、计算机、自动化等IT技术,使得电网运行更可靠、更灵活、更经济,能为用户提供更优质的服务。这与熟知的电网运行的安全、经济、电能质量等三大目标一致,而其内涵更广泛、更丰富,还强调了电网的可扩展性、电源与用户的双向互动、适应接入可再生能源等。

西方国家的能源结构、电网状况、管理体制等与中国有很大不同,他们提出“Smart Grid”概念的初衷主要侧重于配电网的智能化和自动化[1],新近也提到智能输电网[2]。中国智能电网的提法可能更侧重智能输电网,本文侧重这方面的论述。

“Smart Grid”涉及一次物理电网这一主体,也涉及保证物理电网“Smart”的规划、设计、管理、调度、控制等各个环节配套的技术,是一个全局概念。建设智能电网是一个长期的过程。

过去谈论较多的电力系统数字化或者信息化侧重描述实现手段,而智能电网不明显指出具体的实现手段,突出的是电网最终的优美表现,因此该提法比较巧妙,更具生命力。

智能电网的优美表现是靠一次电网的坚强和二次系统的聪慧共同实现的。

发展智能电网首先要有需求,智能电网能带来什么好处,这是最重要的;另外,技术条件要可行。这2点决定了智能电网发展的程度和速度。

本文通过分析物理电网的表现和物理电网所服务的人类活动的需求,以及调控物理电网使之“Smart”的技术条件等,进一步认识智能电网,展望未来实现智能电网需要采取的技术路线,尤其是决定电网“Smart”的神经中枢和大脑的智能电网控制中心的技术发展。

1 进一步理解“Smart Grid”

电力系统是目前所知最大最复杂的人造物理系统。电网将特性表现相异的发电电源与用户负荷连接在一起,为人类需求的电力流动提供了通道。首先电网覆盖面应足够宽广,同时电网应足够坚强,能够送出需要传输的电力,才能满足人类基本生产和生活需求。很明显,为电力流提供通道的基础设施十分重要,就像高速公路、国道、省道、县道配合来满足人类对交通的需求一样,不同电压等级的电网的配合保证了用户的用电需求。

实现电力流的合理分布是智能电网的最终目标。要实现这一目标,需要一个对物理电网运行进行调控的神经中枢系统和大脑。神经中枢系统传递的是信息,涉及的是信息的流动,包括了信息的采集、传输、处理、挖掘、分配和展示等各个环节,表现为一个高度自动化的信息过程。为信息流提供通道的基础设施也十分重要,它是实现智能电网的技术保证。

智能电网传输的电力流是为人类的生产和生活服务的。电力的发、输、配、用等各个环节都有人类参与,人类在各个环节中提供自己的服务,同时得到回报,这体现为资金的流动。发电侧的电力市场、输电侧的输电权交易、用电侧的需求侧管理,这些都体现了人类参与电力服务的各个环节中的利益平衡。因此,资金流也是智能电网需要面对的重要问题。

电力流从发电侧流向配用电侧,资金流从配用电侧流向发电侧,而信息流是双向的,包括了信息的感知和控制[3]。

在电力流方面,智能电网对传统电力流基础设施的要求增加了许多新的内容:①中国正在发展的特高压输电,大大改善了电力流基础设施,使电网更坚强;②高压直流输电和灵活交流输电系统(FACTS)设备提供了灵活改变电力流的手段,增加了电力流的可控性和电网运行的弹性;③发电侧的大规模风电等可再生能源的接入,配用电侧的分布式电源接入,使电力流向更加多变,电力流的方向可能改变,这对电力流基础设施提出了更高的要求;等等。这些都是实现智能电网在电力流方面需要面对的新问题。

在信息流方面,发生的变化更为显著。信息过程包括了信息采集、传输、处理、挖掘、分配和展示等多个环节。在信息采集环节,带时标的广域测量、电力设备状态监测、新型光电互感器、用户侧的智能表计等都有了新的变化,使信息采集的准确性更高、频率更快;在信息传输环节,全光纤数据通信、无线通信等,使信息传输量更大、传输速度更快、传输成本更低;在信息处理环节,高性能计算机、高性能微处理器、集群计算机以及相应的支撑软件等,为信息快速处理创造了条件;在信息挖掘环节,通过对物理电力系统数学模型的分析,对物理电力系统的认识更深刻,创造出新的概念,产生了新的信息,实现智能预警和分析评估,预见性地对物理电力系统进行调控;在信息分配环节,在智能电网中将实现覆盖面更广的信息分配,并更多地实现自动闭环控制;在信息展示环节更加符合人类的认知规律,方便人类参与。

在资金流方面,资金流大小和流向的变化会改变人类参与电力发、输、配、用等各个环节的行为,这反过来又会影响电力流。这一双向的互动,需要通过信息流传递信息,通过信息分配环节传递控制信息,强制发电方或用电方改变行为;也传递电价信息,由发电方或用电方自己主动地改变自己的行为,这种双向互动成为国际上智能电网的核心特征[4]。

2 智能电网未来调度控制系统构架

电网运行的调度控制,需要满足2项制约因素:①调度管理体制约束;②电网运行的物理规律约束。两者都不能违背。智能电网更要满足这些要求。

由于各国经济社会制度不同,电网调度控制机构的结构也不同(中国电网的调度控制采用的是5级分层结构),而电网运行的物理规律又不能违背。因此,需要通过技术手段来兼顾两者,产生大量的学术问题和实现中的技术问题。

中国习惯将电网调度控制机构称为调度中心,国外习惯称控制中心。随着技术的发展,智能电网将更多地实现闭环控制,因此,本文称控制中心。

2.1 以信息流主导的系统总体构架

智能电网需要通过调控信息流实现对物理电网的更全面、更细致的调度和控制。

物理电网主要涉及由输配电线路连接的电网和以变电设备为特征的厂站。前者横跨广域空间,后者连接多电压等级。智能电网控制中心既要在宏观上把握全局电网潮流分布,又要调控厂站内种类繁多的控制设备,因此,面对的信息海量、信息种类繁多、信息变化速率快慢差异甚大。一股脑地将所有数据送到控制中心来处理几乎不可能。为达到总体最佳的调控效果,需要进行信息分层。控制中心统揽影响全局的信息,厂站负责局域信息,引入智能代理思想,在信息层面对控制中心和厂站进行封装,构筑智能电网的分层分布式调度控制系统框架。

调度控制系统构架取决于信息系统的组织和构架,调度控制信息的分层至关重要。这涉及控制中心之间的信息分层以及控制中心与厂站之间的信息分层。

2.2 智能电网调度控制系统的信息分层

2.2.1 控制中心之间的信息分层

在中国电网的5级调度机构中,电网运行涉及的大部分重要功能是在省、地两级调度机构实现的,大区级控制中心主要负责省间协调,国家级控制中心负责大区电网之间的协调。近些年,这两级协调机构的作用不断加强,协调力度不断加大,体现了对电网进行全局调控的作用。

智能电网要实现全局优化运行,各级控制中心之间需要协调互动,粗细有别地进行调控,这需要靠控制中心之间的信息分层实现[5]。

各级控制中心(上下级)之间,需要信息的纵向分层:

1)下级控制中心向上级控制中心汇报自己电网模型和自己电网的实时信息,上级控制中心汇总这些模型和实时信息,形成完整匹配的全局电网潮流模型;

2)上级控制中心跟踪电网变化,自动为下级生成外网等值模型,并下发到下级控制中心。

智能电网的上下两级控制中心之间双向传送信息,实现双向互动。一方发生的变化,立即会被对方感知和接受,指挥对方的下一步动作,以保证各级控制中心都是在全局电网模型上进行分析计算。各方之间传送信息的种类、数量、频度将根据各级控制中心的功能需求决定,不是越多越快越好,而是及时传送必要的信息。

各同级控制中心之间,也需要信息的横向交换。同级之间主要交换边界功率信息,而不是电网模型信息,而且交换的数据量较少。

2.2.2 控制中心与厂站之间的信息分层

传统能量管理系统(EMS)中,厂站拓扑分析和系统拓扑分析全部在控制中心完成。其缺点是:

1)厂站没有拓扑分析功能,厂站内大量与辨识开关错误有关的信息没有被利用,控制中心由于缺少旁证信息,拓扑错误辨识能力受限;

2)很多厂站的刀闸信息并不实时传送,默认的刀闸位置与实际情况有时并不吻合,导致由刀闸错位引发的拓扑错误;

3)大量开关信息送达控制中心由控制中心处理,导致通信压力增大,控制中心数据处理工作量很大。

实际上,厂站和控制中心两者功能的特点很不相同,采用统一的方法处理并不合理。需要进行信息分层,各自进行数据的封装、抽取和对外交换。

智能电网应增加厂站的高级应用功能,独立完成厂站拓扑分析[6]。采用智能代理的思想,由厂站和控制中心共同建立网络模型:

1)在厂站内部完成站级拓扑分析,将Node模型转换成Bus模型,并传送到控制中心;

2)在控制中心完成系统的拓扑分析,将厂站Bus模型转换成系统拓扑岛;

3)厂站内开关变位引发站级拓扑变化,厂站内立即生成新的Bus模型,传送到控制中心,启动控制中心的系统拓扑修正程序。

图1给出这种信息分层示意图。其优点是:厂站内有大量其他旁证信息,便于进行开关错误辨识,可大大提高厂站拓扑分析结果的正确性;减少了传送给控制中心的数据量,减轻了控制中心数据处理的工作量;也可以实现信息的双向互动。厂站将控制中心下达的控制命令转换成控制指令序列,实现对厂站设备的自动控制。

2.3 智能电网控制中心与厂站之间的互动

按照控制中心与厂站之间的信息分层,分别将两者看成相互独立的智能体,智能体内部完成复杂的功能,智能体之间只交换必要的、相对较少的协调信息,大量的数据处理和分析计算任务被封装在智能体内部,像一个黑匣子,外部感知不到。通过智能体之间的双向互动,实现调控全局电网的复杂功能。

在厂站级,实现全数字化和网络化。过去不同源的数据被同源化,过去分别独立的功能被集成、被融合,全部由当地的智能处理器和计算机完成;接收外部少量协调信息,厂站独立完成自身功能。厂站作为一个独立的系统,实现站内状态估计等高级应用功能,实现智能事件处理和智能报警,完成站内的分析决策,构成站级管理系统(station-level management system,SMS)。SMS与站级数据采集系统之间的关系,类似于控制中心的EMS与数据采集与监控(SCADA)系统之间的关系。

在控制中心级,接受厂站上传的经SMS处理的信息,进行复杂的全局电网分析和优化决策计算,最后将决策和控制信息下达厂站,实现全局电网的优化运行。控制中心对厂站,也可以看成一个黑匣子,内部复杂的分析决策计算,对外部(厂站)是感知不到的。

控制中心下达的控制命令包括:机组有功、无功调控指令,变压器分接头调控指令,电容器、电抗器投退指令;负荷侧的调控指令;保护定值在线修改指令,使变电站的保护定值能自动适应电网的变化;不同变电站继电保护之间配合的协调指令,实现广域保护方案;经系统级在线计算分析形成的决策表,指导安全自动装置的协调动作,实现系统级的动态紧急控制;等等。

控制中心与厂站之间是双向互动的,各自独立完成自己复杂的数据处理和分析计算功能,两者之间交换的是各自处理后的信息。该信息是精炼的、对全局有协调作用的,既保证了控制中心和厂站两者各自独立发挥功能,又保证系统全局的协调。不管发生的是厂站级还是系统级的扰动,通过这种双向互动保证电网安全稳定运行,保证电网在扰动下具有足够的弹性和韧性。

2.4 时间尺度不同信息之间的协调

除了空间分布广域,信息在时间尺度上也有很大差异,需要协调。根据信息响应快慢的时间尺度有如下分类:

1)毫秒级信息:

例如元件保护信息,局部就地,设备级;相量测量单元(PMU)信息,全局广域,系统级;

2)秒级信息:

远方终端单元(RTU)信息,自动发电控制(AGC)信息,广域,系统级;自动电压调节(AVR)控制信息,局域,发电厂级;

3)分钟级信息:

有功实时调度控制信息、二次电压控制信息,广域,系统级;

4)小时级信息:

运行计划信息,广域,系统级;

5)日级及更长时间尺度信息:

运行规划信息。

按照时间尺度的不同,信息处理任务之间的关系如图2所示。图中,时间尺度大的信息处理功能主要保证经济性,时间尺度小的信息处理功能主要保证安全性。

智能电网要达到安全经济的运行目标,就需要从时间尺度大的运行规划、运行计划做起,进行侧重经济目标的优化;实时运行中,进行超短期负荷预测,由运行调度功能来协调运行计划与运行控制之间的偏差,进行瞻前顾后的滚动修正,既保证不要偏离运行计划太远而丧失经济性,又保证为运行控制留有足够的裕度,以便应对系统运行中随时可能出现的功率不平衡。各种不同时间尺度应用功能的协调配合,实现智能电网安全与经济目标之间的协调,使电网在应对变化时的自适应调整能力大大提高,其运行更平稳。

2.5 智能电网调度控制系统的分布式建模

智能的前提是对所监控的对象有尽可能准确、及时、全面的描述,建立合适的模型。

建模深度需要适应各级调度部门各自的管辖范围、资产归属、职责界定和考核指标,这些是调度管理体制约束的强制性要求,必须满足;还需要适应应用目标的要求,不同层次的调度机构,需要分析和决策的内容不同,对电网建模的要求也不同,需要适应。

通过标准化技术以及模型拼接、潮流匹配、在线自适应等值等技术,实现电网的分层分布式建模,满足电网调度管理体制约束要求。根据前述控制中心之间信息分层中介绍的方法在上级电网控制中心建立全局电网模型,并为下级电网控制中心实时提供外网模型信息,使下级电网在自己内部电网所做的分析和决策与在全局电网模型上所做的结果一致。

3 智能电网控制中心的变革

智能电网控制中心的各种高级应用软件相当于大脑,其变革决定了智能电网控制中心的变革。而实现智能电网是一个长时间的理论和实践过程,涉及面广,不可能穷尽。下面对其中几个重要技术问题的发展加以探讨。

3.1 智能电网控制中心三维协调系统设计

智能电网的智敏表现是靠神经中枢联通大脑和被控对象,通过双向互动来实现的,而且这一双向互动有很强的自适应能力。这就需要大脑感知信息全面,分析决策快速,控制设备自治能力强。

由于电网在空间、时间、控制目标等3方面表现出复杂性,因此,作为大脑的高级应用软件就应该按照3维协调来设计[7,8]。

空间维上,管辖范围不同的上下级电网控制中心通过信息双向交互和分解协调计算,实现EMS网络分析在全局电网基础上的协调。空间维的协调解决对电网的全面知晓性问题,保证实时网络分析和决策的正确性。

时间维上,进行不同时间尺度运行计划、运行调度与实时控制之间的协调;智能电网EMS采用的是一种实时、跟踪、递归、滚动的运行模式;纵观历史、预测未来,瞻前顾后,弹性松弛地制定调度控制决策;考虑来龙去脉,考虑因、果,抑止相继开断,完成时间过程的协调。时间维的协调解决了电网应对随机扰动的适应性问题,保证电网运行更具弹性和韧性。

目标维上,综合考虑电网运行的多个目标,经过全面分析后才做出决策。既要考虑一次电网运行的安全经济目标,也要考虑一次电网与二次保护控制系统之间的协调配合,最终表现为电网能够安全、经济、连续地为用户提供质量合格的电力。除了极端情况,基本如此。目标维的协调解决电网运行调度控制的全面可靠性问题,保证万无一失。

3维协调思想在系统级的无功电压控制中得到很好的应用[9]。

3.2 基于PMU的高级应用软件

引入带时标的同步相量信息,改变了人们感知物理电网的手段,以便快速掌握全局电网动态变化过程,这是一项重要变革。需要利用这一变革,改善对电网全面快速调控水平。

过去几十年,人类利用RTU测量正弦交流基波分量的有效值,然后利用SCADA系统对实时采集的RTU数据进行管理,利用EMS高级应用软件在线进行电网稳态分析,实现了Dy-Liacco于40多年前构建的电网自适应安全控制构架[10],并一直沿用至今。Dy-Liacco提出的构架的主要特点是一个“预”字,即强调预测、预防、预控,实时监视、分析、评估的主要是稳态量,所涉及的紧急控制也只是静态紧急控制,任何涉及动态的分析基本上都依靠离线进行。这是RTU时代技术条件的必然结果。

20世纪80年代中期提出、近些年迅速发展的PMU,可以数毫秒的时间间隔快速感知电力系统动态过程,然后利用广域测量系统(WAMS)实时对PMU数据进行管理,发展了电网动态监视系统,并得到广泛应用[11]。但是,能不能像RTU-SCADA-EMS一样,利用已经发展的PMU-WAMS搭建电网动态自适应安全稳定控制构架,这个问题仍在研究中。发展有实用价值的基于PMU的高级应用,是智能电网面临的重要挑战性问题。

设想如果可以获取时间尺度小于10 ms的任何地点的PMU数据,可以实现即时完成的线性状态估计,可以实现小于秒级的快速安全稳定分析和决策,那个时代的EMS会是什么样子?

PMU是基于电网的物理响应。它快速感知的物理电网的变化是真实的、及时的,这对动态监控有利,但这只达到人类触觉快速反射的水平,反应速度足够快,但是缺少大脑的思维,无法做到按照人类意识来动作。因此,需要给PMU配瞬态管理系统(transient management system, TMS)“大脑”。

基于PMU的TMS,是给基于PMU的局域控制配置的“大脑”,以便实现系统级控制,就要利用TMS的快速分析决策能力,为基于PMU的局域控制器在线发送设定值。这相当于在局域控制之外设置一个外部控制环[7]。决策表的在线刷新,是一种成功的应用[12]。

为PMU配置的“大脑”是基于数学模型的。利用PMU数据改善数学模型的正确性,改善数字仿真结果的真实性,需要利用PMU的同步测量数据进行电网模型和参数的辨识,使得模型和参数逐渐逼近物理实际。

3.3 智能电网的实时闭环控制

智能电网的重要特点之一就是更多地实现闭环控制,计算机更多地将人类调度员从繁琐的下达调度命令的工作中解脱出来。通过闭环控制,使电力系统运行更经济、更安全。

按照Dy-Liacco的构架,在控制中心根据系统处于的不同运行状态,实施相应的安全控制。

1)电网正常安全运行状态下的优化控制

电网大多数情况处于这一运行状态。此时进行多空间区域、多时间尺度、多目标种类协调的全局优化闭环控制,通过运行计划、实时调度和实时控制之间的无缝衔接,连贯过渡、滚动消差,实现智能电网的优化控制目标。这些过程全部通过闭环控制自动完成[9,13]。

2)电网正常不安全运行状态下的预防控制

这时进行的自动故障筛选、多侧面综合安全稳定分析和评估、预防控制策略的形成,都可以自动完成,其结果或者通过修改优化控制的约束条件体现在优化控制之中,或者经过调度员确认直接下达到控制设备,在满足电网负荷需求情况下,提高电网的安全运行水平。通过风险评估,决定是采取预防控制措施,还是留给后续静态紧急控制来解决。

3)电网紧急运行状态下的校正控制

电网静态紧急控制可在控制中心决策并通过校正控制来实现,例如线路过负荷控制。这是时间尺度较大(数秒到分钟级)的系统级闭环控制。

电网动态紧急控制还是需要依靠局域闭环控制。例如早期基于离线计算决策表的就地实施的区域稳定控制,新近在线刷新决策表的系统稳定控制,基本都是在局域实现的闭环控制。决策表的在线刷新,体现了系统级的协调。

基于PMU进行系统级协调,实现全局电网阻尼控制[14]和系统级协调的广域保护[15]。

3.4 适应多种可再生能源的接入

由于环境和能源资源的限制,智能电网必然面临大量可再生能源的接入。可再生能源的运行具有间歇性和随机性,可控性也差,高比重接入电网带来的问题很多,需要其他可控电源和蓄能装置来缓冲和平衡。由于这种复杂运行方式将是未来智能电网运行的常态,人工调整几乎不可能,必须依靠自动闭环控制手段解决。大量表现各异的可再生能源接入电网,使得传统EMS的大部分高级应用软件都发生变化。这方面应用还在发展之中,经验需要积累,理论分析需要提升,实现技术需要创新。

3.5 适应FACTS设备的接入

FACTS作为快速灵活可控的静止电力元件,大量接入电网,给电网调控提供了新的手段,也带来了新问题。智能电网需要充分利用这一新的灵活调控手段进行电网控制。

3.6 智能电网的新型人机交互和可视化

智能电网控制中心自动化系统的人机交互将是全新的,不只是外表全新,而是有丰富的内涵,充分体现认知科学原理和人机工程技术的结合。

利用地理信息系统(GIS)进行可视化表达,形象直观;充分利用3维可视化表达(饼、柱、棒、流等,立体等高、轮廓、调控灵敏度、趋势等);充分利用声光和视频技术,充分调动人类的各种感觉器官。

智能技术更多地体现在人机交互中。系统是否脆弱以及脆弱程度,由不同的颜色划分等级预警;系统已经发生的事件,根据重要性和严重性由智能告警功能自动推出并展示出来。

智能电网控制中心自动化系统更像一个具有超级功能的机器调度员[16],它承担起大量繁琐的分析和数据处理任务,辅助调度员应对电网可能出现的任何扰动,维持电网平稳运行。

4 含特高压输电的智能电网控制中心技术

2008年底,中国第1条特高压输电线路投入了商业化运行。不久的将来,中国还将建设更多的特高压输电线路,形成含有特高压输电线路的互联电网。为了保证特高压电网的安全经济运行,需要发展智能化更高的控制中心。

智能电网技术是支持含特高压输电的智能电网运行的有力技术手段。特高压输电使得区域电网之间的电气联系更加紧密,电网在“空间、时间、目标”3个维度的耦合更强、更明显,更需要“Smart”技术来协调。

4.1 在空间维度上的协调

特高压输电使得大区电网之间电气距离缩短,控制视角需要上升到全国电网的高度,协调广域区域电网。

1)分层建模的技术创新

国家级电网控制中心(简称国控中心)需要建立国家级电网模型,管理500 kV以上交直流输电主网架。特高压电网的引入使得大区电网联系更加紧密,国控中心的功能会加强。各个大区电网控制中心(简称网控中心)或省级电网控制中心(简称省控中心)可以在本地、也可以通过远程登录,在国控中心的计算机服务器上维护自己的电网模型,在国控中心计算机服务器上自动形成国家级电网模型,这一模型也为下级电网使用。由于是分层分布式建模,使用的时候,不关心的内容可以自动隐掉。国家级电网模型可以作为详细的外网模型直接被网(省)控中心套用(主要用于离线计算),也可以经等值后利用(用于在线计算)。过去用内网在线、外网离线的建模方法和计算模式进行在线稳定评估,将被全局电网实时在线模型取代[17]。

2)基于AGC的广域潮流控制

特高压输电线的自动潮流控制需要在国控中心进行。由于特高压输电线的功率传输容量很大,不易过载,AGC和考虑安全约束的实时调度控制会变得容易。但另一方面,由于广域潮流控制范围扩大,具体实施区域电网之间协调,其难度会很大。

3)考虑空间耦合的安全控制

特高压和超高压两者情况在继电保护动作上没有本质不同。但是,一条特高压输电线的开断可能会引起更大的潮流转移,而且这种潮流转移可能是跨区域的,需要国控中心依靠电网校正控制方法来调控。智能电网控制中心EMS的安全评估和校正控制功能需要加强,过去给出的解除线路过载的校正对策只作为调度员参考,调度员下达调度命令(通常通过电话)才执行;将来需要更加智能化。经过计算机自动筛选,快速给出最有效的校正控制对策,经调度员确认后点击鼠标就能立即下达控制命令。

特高压输电使得大区电网之间的电气距离拉近,大区电网中多种电源互济效益提高。系统备用计划和水火电协调配合的发电计划需要提升到国家级电网的层面来考虑。

4.2 在时间维度上的协调

1)不同能源形式的接入与时间维的协调调度

特高压输电使得时间尺度表现不同的能源汇入电网的范围更大,种类更多,相互关联更紧密,更需要实现多时间尺度协调。特高压输电并没有改变电学定律,但是电力系统涉及的不只是电力,还涉及产生电力的水力、热力、风力和其他可再生能源动力,它们通过电网连在一起,互相支持,也互相制约。各种时间尺度不同的物理过程相互制约,形成复杂(用非线性微分代数方程描述)的动态过程。水的流动需要时间,不快;锅炉升负荷需要时间,也不快;而电却以30万km/s的速度即时到达,极快。但是电网却将它们连接在一起,产生了复杂的动态问题。需要如图2所示的不同时间尺度调度控制之间的协调。最终使得电网运行具有很强的韧性、弹性、鲁棒性,能随时应对任何可能发生的功率不平衡。

2)抑止相继开断在时间过程方面的协调

由于特高压电网在运行中,潮流转移在空间上范围会更广,转移量也会更大,所以相继开断是一个需要优先考虑的问题。相继开断是一个典型的时间过程,第1个开断是起源,第2个开断可能是第1个开断引起的后果,也可能是另一个偶然因素引起的开断,但可能导致第3个开断……发现开断源之后,需要实时决策,及时控制,抑止连锁反应的发生,而不是等到相继开断全部发生后,靠继电保护和安全自动装置的动作来收场。智能电网需要国控中心完成特高压输电线路开断引起的潮流转移的调控。智能电网控制中心的EMS需要通过风险分析,在开断集合中筛选出最可能造成严重后果的开断,并预先给出这些开断发生后的紧急控制的校正控制对策,这种适应电网变化实时给出的预案对调度员处理事故非常有利。

3)离线分析与在线控制的协调

尽管智能电网会更多地实现电网分析决策的在线化,但是,一些计算量极大、实时性要求不高的电网分析决策仍需要离线计算。离线分析与在线控制之间需要协调。离线进行更超前的分析,为在线计算提供指导;在线计算修正离线分析结果,使其更符合实际。

4.3 在目标维度上的协调

1)安全与经济目标之间的协调

特高压输电投运后,控制中心需要专门的技术进行安全与经济目标之间的协调。需要更长时间尺度的计划来优化经济目标,例如水火之间的协调、梯级电站之间的协调、风电与快速响应电源之间的协调。在考虑经济目标的优化中,需要在更广域的空间范围考虑安全约束目标,如大区间传输功率约束。

自动电压控制(AVC)可以降低网损。由于特高压输电的引入,使得线路充电无功大增,电网过电压问题更加突出,无功调压问题更加严峻,需要安全经济协调的全局电网AVC系统来解决。

2)安全方面的多目标协调

有多项安全目标需要协调。有功安全与无功安全之间、稳态安全与暂态安全之间、电压稳定与功角稳定之间都需要协调,不能顾此失彼。实时计算的输电断面传输功率极限是考虑了各种网络安全约束的[18]。由于特高压的引入,进行安全分析的电网规模扩大,为满足实时应用的要求,计算时间还不能增加,这就需要更高性能的计算机、更多计算机组成集群、更智能的多代理技术来实现[19]。

还需要实时进行一次电网与二次保护之间的协调配合。智能电网控制中心新一代EMS需要实时计算保护定值[20],将来可能发展为实时对现场的保护定值进行校准和更新。

与超高压电网相比,特高压输电引入后,电网潮流分布模式会发生很大的变化,原来的500 kV电网,有的地方潮流压力会变大,有的地方也可能变小;电压问题有的地方会变好,也有的地方会变差。原来控制目标之间的优先级,有的会变得更高,有的可能变低,退居次要地位,原来的规程也可能需要调整。智能电网控制中心技术需要有这种适应能力,适应当前电网状况,适时给出适当的评估和决策结果。

5 结语

本文分析了电力系统中电力流、信息流、资金流的变化规律和相互之间的制约关系,认为要实现智能电网,就需要通过对信息流的调控,改善电力流和资金流;并从信息这一基础性问题出发,研究了智能电网调度控制系统构架;探讨了作为“大脑”的智能电网控制中心应用软件可能发生的变革。认为需要在空间、时间、控制目标等3个方面进行协调,需要为PMU时代的到来配置相应的TMS“大脑”,需要更多地实现系统级的闭环控制,需要容纳可再生能源和快速FACTS控制设备,并实现生动的人机交互。特别针对中国正在大力发展的特高压输电可能带来的挑战,讨论了智能电网需要考虑的问题和解决这些问题的对策。

摘要：对智能电网控制中心技术进行了分析和展望。分析了电力系统中电力流、信息流、资金流的变化规律和相互之间的制约关系。通过对信息流的调控,改善电力流和资金流,实现智能电网。以信息流为基础,从信息分层、上下层信息互动、不同时间尺度信息之间的协调几个方面研究了智能电网调度控制系统构架。从空间、时间、控制目标等3维协调、发展,以及基于相量测量单元的动态管理系统、系统级的闭环控制等方面探讨智能电网控制中心应用软件可能发生的变革,并对如何适应特高压电网的智能电网控制中心技术进行了讨论。

对智能电网技术及其发展的分析 篇10

1 智能电网的定义和技术特点

根据我国国家电网对智能电网的定义, 智能电网是指以特高压为电网主干、各级电网协调发展为基础, 利用信息、通信和控制现代化技术, 实现电网的自动化、信息化和互动化的电网技术。智能电网的智能型, 主要表现在以下几个方面的技术特点:

1.1 自愈性。

智能电网利用信息和控制系统, 可以实现对整个电网的实时监控, 在发现问题时快速的进行判断并作出保护动作, 如将发生故障的线路或者电气元件隔离, 及时的进行恢复供电, 保证不发生大面积的停电现象。此外, 实时监控系统还可以根据数据对电网的运用状态进行预测, 如将大电网按照风险隐患的等级划分, 对不同的等级采取不同的预防和控制的手段。

1.2 互动性。

与传统的电网相比, 智能电网依靠其通信和控制系统, 可以实现双向的互动, 这对于改善用户的用电体验, 具有很好的效果。电力企业通过与用户之间建立双向的通信系统, 企业可以对的用户的用电情况、成本、安全用电情况、电费收缴情况等进行了解, 用户也可以根据这些信息制定合理的用电方案, 从而实现的供需双方的有效沟通, 提高电力资源的利用率。

1.3 兼容性。

智能电网可以实现多种发电模式的接入, 具有很好的兼容性。在分布式发电和可再生新能源发电等多种发电形式发展的形式下, 传统的电网难以实现这些电力的兼容和接入, 但智能电网可以实现。智能电网可以同时将集中式发电、分布式发电、可再生能源发电和染料电池发电, 这一技术有其是对于可再生新型能源的开发利用具有重要的意义, 我国光伏企业并网发电, 即极大的促进了光伏发电产业的发展。智能电网的兼容性有助于改善电力结构, 促进电力发展的绿色、环保和高效利用, 符合和谐发展的理念。

1.4 优化性。

智能电网技术包含智能化的电力调度系统, 可以根据对电网运行数据的分析, 根据电网电源分布、用电时间段的分布、电网荷载传输情况等对电力进行调度, 实现以最小化的电网运行成本实现最大的优化运行效率。智能电网还能实现都对电网损耗的有效控制, 识别无论是自然状态下的能源损耗还是人为破坏的能源损耗, 通过与现代化建筑物智能电气系统之间的联系, 将整个电网的电力损耗降到最低, 实现电力资产规划、建设、运营、维护等多个环节的优化。

1.5 市场化和多元化。

智能电网可以有效的调节供需关系, 通过对电力系统规划、运行和提高电力供应的可靠性, 促进电力企业的市场化运行, 实现电力市场的公平竞争。智能电网以物理的输配电网络作为主体, 以双向、集成、高效的信息控制系统作为平台, 实现对电网的监测、控制、调度、市场运营和维护处理等多种业务, 实现电网业务的多元集成化。

2 智能电网的发展

智能电网概念首先由美国电力科学研究院在2001年首先提出, 并在2003年启动了智能电网的研究和建设。欧洲则在2005年成立智能电网欧洲技术论坛, 同时还进行了智能电气建筑的研究。2008年, 美国的波尔成为世界上第一个运用智能电网的城市。2009年, 欧盟提出要利用智能电网技术实现对新型能源的集成利用。2009年中美签订智能电网研究和利用合作协议, 提出以智能电网实现对现有电网节能百分之三十的目标。日本于2010年开始由政府大规模推进智能电网研究, 并在孤岛进行大规模的智能电网实验, 日本智能电网注重对太阳能的集成利用。我国在2009年由国家电网公司提出了坚强智能电网的发展计划, 同年即启动了相关的标准编制、研究计划、专项技术研究和试点工作, 我国的智能电网以建设特高压电网和实现各大电网之间的协调发展为重点。

3 智能电网的关键技术组成

3.1 智能通信技术。

智能通信技术是智能电网的管家技术之一, 是实现智能电网其他技术的基础。双向、高速和实时的信息通信技术, 可以实现对电网运行状态进行实时的监测, 提供可供研究和分析的数据, 对电网不断的进行修正和调整, 实现电力能源的高效利用, 提高供电的质量和可靠性;通信技术实现了供电企业和电力用户之间的双向沟通, 实现供需平衡;信息通信技术对电网损耗和故障进行监视和控制, 是智能电网实现自愈的基础。

3.2 智能传感和控制技术。

智能传感和控制技术是实现智能电网远程监测和控制的基础, 主要表现在智能电表、在线设备监测和广域测量系统。智能电表可以实现对用户实时电价、用电情况的监测, 还可以实现自动抄表, 对于建设电气智能化住宅具有重要的意义。电网设备在线监测系统, 包括对电气量和非电气量两个部分的监测, 电气量监测主要包括电流、电压、功率和功率因数等;非电气量监测主要包括对电气设备的温度、压力、气体和流量等进行监测。电网在线监测, 是在高敏度的传感器的基础上进行的, 主要有电压器监测、断路器监测和线路容量监测。广域测量系统, 是指在全球定位系统和通信系统的基础上, 对电网实现动态的的运行状态测量, 并结合通信系统传输数据到控制中心进行分析, 做出预防和控制。

3.3 智能化决策系统。

现代电网对电网调度人员的决策有着严格的要求, 智能化的电网可以将将传统的复杂电力数据转化为易于识别的动画技术、虚拟现实技术、动态着色技术等, 帮助系统控制人员可以及时的对问题进行分析和进行决策, 减小电力故障带来的损失。智能化的决策系统利用现代计算机技术实现的操作界面的可视化、人性化, 节约了决策的时间和提高的决策的准确性。

3.4 分布式能源接入技术。

分布式能源接入技术, 是智能电网的关键技术之一, 它可以帮助智能电网实现对风力发电、染料发电、光伏发电和小水电等发电方式的集成入网运行, 不仅节约了输电网建设的成本, 而且对于提高可再生能源的利用率, 应对电网高峰负荷, 提高电网的安全和可靠性, 具有重要的意义。智能电网在中低压输配电网上接入分布式电源, 彻底改变的传统的电网单相潮流现象, 实现的双向的、多分布的能源接入。

4 总结

智能电网是电网发展的必然趋势, 当前我国的智能电网研究和建设, 前景比较乐观。智能电网建设涉及到通信、控制、在线监测等多种技术, 好需要建立完善的管理制度和市场机制。电力企业加大智能电网发展, 对于提高整个电网的安全可靠性具有重要的意义, 促进电力资源为国民经济建设发挥更大的作用。

参考文献

[1]薛春.智能电网及其关键技术综述[J].资源节约与环保, 2012 (04) [1]薛春.智能电网及其关键技术综述[J].资源节约与环保, 2012 (04)

[2]施海斌.试论智能电网技术的研发与应用[J].科技资讯, 2012 (21) [2]施海斌.试论智能电网技术的研发与应用[J].科技资讯, 2012 (21)

智能配电网在电网中的发展 篇11

关键词：智能配电网

0 引言

智能电网是目前社会的热点话题，也是广大电力科研人员所关注的热点领域之一。智能电网结构上分为智能输电网和智能配电网两个部分，很多高新技术被应用到智能配电网当中，其结构已与传统配电网有了很大不同，因此如何建设好智能配电网是实现电网智能化的不可或缺的部分。

1 什么是智能配电网

智能配电网（smart distribution grid，SDG）：集成了传统和前沿配电工程技术、高级传感和测控技术、现代计算机与通信技术的配电系统，更加安全、可靠、优质、高效，支持分布式电源的大量接入，并为用户提供择时用电等与配电网互动的服务。

智能配电网与传统配电网相比，主要在三个方面有差异：

传统输电网是电网向用户供电，智能配电网可实现电能的双向流动。

传统配电网信息交流速度慢，通信手段落后，智能配电网应用现代通信技术，可实现通信的高速双向流动。

传统配电网的业务流程仅限于部门内部，智能配电网业务贯穿多个部门，支持互动业务流程，全局角度的优化政策。

智能配电网加强了电网对全网的掌控，使电网调度更加合理、迅速，优化了能源的最大利用，使能源投资效益最大化，保证了广大用电区域的可靠供电。预计实现全网的智能化配电后，全国平均停电时间降低至欧美、日本等实现高度智能配电的国家水平。

2 智能配电网的发展现状

我国在配电网中的投资严重不足，全国平均停电时间为7-8个小时。就发电、输电、配电3个环节来说，美国投资比例为1：0.43：0.7；英国是1：0.45：0.78；日本是1：0.41：0.68。我国在2000年前是1：0.21：0.12，这两年电网投资有所加大，2009年电网投资8亿，第一次超过电源投资，但由于负荷也在快速增长，电网、特别是配电网建设滞后的问题还没有得到根本解决。

在智能电网中，配电网未来预期投资比例将达到总投资的40%，智能配电网截至目前已经在多个城市试点运行，北京具有智能自愈功能的配电网线路已有24条，另有数量可观的一批开关站、电缆分界室、小区配电室等站点、设备和167条架空混合线路，具备了实时监控、故障判断、故障区段定位与远程隔离等自动化功能；杭州市在初步建成智能配电网后，已实现供电可靠性由原来的99.99%提升到99.995%，10千伏线损由原来的2.5%下降到现在的2.2%，同比减少损耗2015.8万千瓦时。

一大批建成的智能配电网证明了发展智能配电网的必要性。

3 智能配电网中的技术

智能配电网中的技术涉及许多学科，其中主要包括以下几个方面[1]：

先进的IP通信网技术。智能配电网将融合通信技术，以光纤，无线通信等方式将控制中心、变电站、用户等配电网中的各个节点连接成一个巨大的电力领域的通信网络，使配电网中的变电站，中压馈线及用户的管理、监控、优化等技术带来质的飞跃。

传感、检测和支持智能配电工程的高级量测系统[2]，包括高级的传感器，能实时监测架空线路和电缆线的温度；智能化的变电站，实时监视各配电区负荷情况、各种事故情况并能及时作出策略应对；智能化的电表，能显示实时电价，实现电能的质量监控。

先进的保护控制技术，包括广域保护、自适应保护、 配电系统快速模拟仿真、网络重构等技术，实现配电信息系统的信息安全防护、运行维护管理控制和容灾备用，保证信息系统对智能配电系统运行的可靠支持。

高级配电自动化技术[3]。高级配电系统自动化在故障隔离与自愈、分布式电源与可平移负荷调度、通信技术、计算机辅助决策等方面有新的要求。需要建立在具备可自愈的配电网络结构基础之上，可以有效提高供电可靠性，缩小非故障停电区域，减少停电恢复时间。

分布式电源并网技术。分布式储能装置并网后，可在负荷低谷时从电网上获取电能，而在负荷高峰时向电网送电，起到对负荷削峰填谷的作用，提高电网运行效率。

DFACTS是柔性交流输电(FACTS)技术在配电网的延伸，包括电能质量与动态潮流控制两部分内容。

故障电流限制技术，指利用电力电子、高温超导技术限制短路电流的技术。

智能调度技术。获取配网全景信息实现一体化的信息支撑优化调度计划。

4 建设智能配电网的目的

4.1 实现配电网的经济运行

我国10kv的配电网线路长度占电力网总长度的60%左右[4]，但损耗却占总线损的80%左右，因此实现电网的节能减排，必须从配电网损耗着手。

智能配电网的全网监视功能，使调度人员可以了解配电网的运行情况，为全网的优化运行提供技术支持，实现负荷的最优化分布，降低某些线路的过载情况，从而降低线损，达到节能效果。

4.2 实现电网用户的可靠性供电

智能配电网不仅可以克服以往故障重合闸、倒闸操作引起的短暂供电中断，而且可以消除电压聚降、谐波、不平衡的影响，极大的提高了供电质量。另外拥有分布式电源装置的微网可以在大电网事故时维持重要用户的持续供电，避免大面积停电给国民经济带来的严重后果和巨大损失。

4.3 推动新能源在电网中的大规模应用，实现电网绿色化

风能、太阳能等新能源发电装置不可避免的一个问题是发电的间歇性，分布式储能装置的并网可以弥补新能源发电装置的间歇性问题，两者结合使用可以大大降低对石油、煤炭等化石燃料的依赖，实现电网的可持续发展。

5 总结

我国由于历史原因，配电网投资相对不足，停电事故时有发生，像北京、中山等配电网比较发达的城市全年平均停电时间也达到3-5个小时，带来了巨大的经济损失，而新加坡、东京等发达国家和地区全年平均停电时间只有几分钟左右，所以建设现代化的智能配电网具有重大意义。

智能配电网涉及能源、信息、电子、通信、材料等多个科学技术领域，政府部门需要大力组织和精细规划，推动多部门的共同合作，广大科技工作者也要齐心努力，尽早实现我国的智能配电网。

参考文献：

[1]徐丙垠，李天友，薛永端，金文龙.智能配电网讲座[J].供用电.2009，26(4):22-27.

[2]余贻鑫.新形势下的智能配电网[J].电网与清洁能源.2009，25(7):1-3.

[3]王成山，王守相，郭力.我国智能配电技术展望[J].南方电网技术.2010，4(1):18-22.

[4]张继红.配电网损耗简析[J].高科技与产业化.2010，5:72-73.

我国智能电网的发展背景及方向 篇12

智能电网 (Smart Grid) 具有可靠、优质、高效、兼容、互动等特点, 是现代电网的发展方向。在我国, 国家电网公司是智能电网的主要倡导者和承建单位, 给智能电网的定义是:以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础, 利用先进的通信、信息和控制技术构建的以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。可见我国致力于建设的智能电网是首先考虑电力控制智能化, 供送电的可靠性。

1 智能电网在我国的发展背景

智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点, 其先进性和优势较传统电网非常明显。不过智能电网在我国发展还是比一些欧洲发达国家落后很多, 发展空间极大。近年来我国对智能电网的建设越来越重视, 归其原因有以下几点:

1.1 我国能源资源分布不均

我国各种能源资源在地域分布上都具有不同程度的不平衡性。各地区呈现明显的差异, 我国东部沿海地区经济发达, 科学技术先进, 但能源相对短, 严重制约着经济的发展;中西部地区则恰好相反, 能源储量丰富, 但经济、科技、教育等都比较落后。由于上述情况制约着能源短缺省市的进一步发展, 能源富庶省市能源利用率不高等问题。由于资源的不均衡性, 实施“西电东送”和“南北互供”的战略是必然选择。建立智能电网可以有效地利用电力优化调度, 改善由于能源分布不均导致的部分地区电力紧张短缺的情况。

1.2 负荷快速增长

电力需求一般通过“负荷”这一指标来反映, 负荷是指在电力系统中, 所有的用电设备耗用的总功率。现在我国工业发展步伐加快, 电力负荷增长迅猛, 电网供电压力增大, 出现电力波动、电压骤降、电力短缺等问题的可能性增大, 然而越来越多的企业或居民对于电能供应的可靠性提出了越来越高的要求。由于电网的发展速度跟不上负荷的增长速度, 导致导致负荷高峰期间出现拉、限电的现象, 制约了经济发展的速度, 引起电力用户的不满情绪。智能电网可以将全国电力组网, 实时监控发电量供电量的需求变化, 优化电力调度, 尽可能实现无间断供电。

1.3 节能减排

我国以火电为主的电源结构导致了污染物的大量排放。燃煤发电厂排放了大量的烟尘、氮氧化物等污染物导致诸多环境问题。因此, 电力行业作为我国社会经济中的主要排放部门, 需要从根本上调整行业发展战略, 大力推进低碳电力发展, 顺应时势, 为实现我国制定的低碳发展目标做出贡献。随着2012首届国际节能减排大会的召开, “节能减排”已成为人类一个十分关注的问题, 智能电网将成为世界各国竞相发展的一个重点领域。

2 智能电网的发展方向

21世纪用户对电力质量, 电力的不间断性等要求将越来越高, 传统电网将渐渐不能满足用户需求, 在市场体制下向智能电网过渡。文章总结了智能电网未来发展的重点及方向如下:

2.1 加强环境效益

当前, 为了应对全球环境的恶化、降低对日益匮乏的不可再生能源的依赖、降低我国能源对外依存度, 世界各国将发展清洁能源和提高能源利用效率提到了前所未有的高度。低排放、低污染的可再生能源将被大量开发利用。智能电网可以直接从发电侧减少煤炭等化石燃料的消耗, 采用清洁能源的部分接入, 从而直接减少污染气体的排放;也可以通过提高电网侧电能输送效率和用电侧电能利用效率、减少过程损耗所带来的电量节约, 进而减少发电侧的能源消耗, 从而间接减少的排放。

但是我国整个电力能源系统装机中占比例最大的仍然是火力发电机组, 而传统的火力发电企业主要以燃煤石油为主。化石燃料排出大量二氧化碳和硫的氧化物, 造成恶劣的环境影响。智能电网必将向着接入清洁能源迈进, 清洁能源 (风电、水电、光伏发电、分布式电源、燃料电池、生物质发电) 在很多方面都具有很大的优势, 其主要的优点可以概括如下:资源非常丰富;发电技术趋于成熟, 发电成本已得到有效控制;产生的污染非常小。

2.2 建设坚强电网

建设坚强电网主要通过提高自愈性和抑制电压骤降两个方面。

智能电网通过运用当前先进信息手段, 实现自身网络的实时监控, 在检测到可能发生的故障后, 根据电网返回的实时讯息快速隔离故障环节, 根据事先在系统内部存储的各类故障形式, 结合当前系统状态, 对故障后系统的特征进行分析计算, 从而使系统决策系统提前预知物理系统将来的状态, 给出适当的控制措施, 并且正常电力绕过损毁区域, 重新供电, 减小停电损失或将影响降至最小。

智能电网的自愈性还通过对电压骤降的抑制达到电力质量的优化, 减少由于电压骤降对用电敏感用户带来不必要的经济损失。

2.3 提升用户体验

未来的智能电网在运行中, 能与各层次电力用户、电力设备与局部系统等进行交互。良好的用户体验将大大提高电网的核心竞争力, 推进智能电网的发展。智能电网可以实现双向通信, 用户端可以实时查询电厂电量情况, 分时电价信息和停电提醒等服务。电力企业可以获取用户的详细用电信息, 根据具体的用电情况为用户提供个性化定制, 提供用户需求的增值服务, 根据用电反馈峰值-低谷信息, 创建分时电价, 缓解用电压力。电网公司还可以根据商业用户的性质进行差别定价, 如致力新能源发展企业, 环保等级高的工厂实行低电价;排放超标、污染严重的企业实行惩罚性的高电价。通过此举措还可以提升企业的环保意识, 为绿色可持续发展铺路。

3 结束语

我国特有的能源形势, 对环境保护方案的实施国家政策方针的重视, 智能电网必将逐步取代传统电网, 发展壮大。智能电网优势明显, 为实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全做好基础。智能电网今后也将继续为加强环境效益、建设坚强电网、提升用户体验而不断发展。智能电表的全国普及安装、智能楼宇建设等项目商业潜力巨大, 必将推动智能电网在我国的发展。

参考文献

[1]李天友, 徐丙垠.智能配电网自愈功能与评价指标[J].电力系统保护与控制, 2010, 22:105-108.

[2]鲁丽娟.自愈性的智能电网[J].科技情报开发与经济, 2009, 35:92-95.

[3]周世平.智能电网及国内近期发展概述[J].湖北电力, 2010, 34 (1) :1-5.