孫亞賢（天津市市政公路管理局計(jì)量中心站）

智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)綜述

孫亞賢（天津市市政公路管理局計(jì)量中心站）

1 智能電網(wǎng)的特征及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵和特征

目前對(duì)于智能電網(wǎng)尚未有統(tǒng)一的定義，但一致認(rèn)為智能電網(wǎng)是一個(gè)中長(zhǎng)期的目標(biāo)和愿景 (vision o文獻(xiàn) [13—15]主要強(qiáng)調(diào)了突出自愈功能的智能電網(wǎng)，文獻(xiàn)[16—171提出了智能配電網(wǎng)的定義，認(rèn)為研究重點(diǎn)關(guān)注的應(yīng)為配電網(wǎng)；文獻(xiàn)[18—20]闡述了一種將信息與通信、控制技術(shù)集成到電力系統(tǒng)所有相關(guān)環(huán)節(jié)，覆蓋從需求側(cè)到發(fā)電側(cè)以及電力市場(chǎng)的全面智能電力網(wǎng)絡(luò)。但也有能源專家認(rèn)為“互動(dòng)電網(wǎng)”更能體現(xiàn)下一代電網(wǎng)的特征。

1 )自愈的電網(wǎng)(包括對(duì)事故的預(yù)測(cè)與決策)。通過實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速診斷可能存在的隱患，預(yù)測(cè)故障及其可能引發(fā)的系統(tǒng)震蕩和級(jí)聯(lián)事件，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并且采取預(yù)防和校正控制手段，如將大電網(wǎng)按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)適當(dāng)分區(qū)等；當(dāng)故障發(fā)生后，迅速把電網(wǎng)中有問題的元件從系統(tǒng)中隔離出去，并自動(dòng)進(jìn)行必要的事故控制和恢復(fù)控制，保證用戶供電的連續(xù)性，防止大面積停電．的發(fā)生

2 )互動(dòng)的電網(wǎng)。與傳統(tǒng)的“單向電網(wǎng)”相比，智能電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)功能，鼓勵(lì)用戶參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理。電力供應(yīng)方與用戶問建立雙向?qū)崟r(shí)的通信系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)通知用戶其電力消費(fèi)的成本、實(shí)時(shí)電價(jià)、電網(wǎng)目前的狀況、計(jì)劃停電信息以及其他一些服務(wù)的信息，從而用戶也可以根據(jù)這些信息制定自己的電力使用的方案，有助于平衡供求關(guān)系，確保系統(tǒng)的可靠性。

3 )安全的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的安全策略包含應(yīng)付威懾、實(shí)現(xiàn)預(yù)防、檢測(cè)和反應(yīng)，以盡量避免和減輕事故對(duì)電網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)的影響。智能電網(wǎng)需要通過加強(qiáng)電力企業(yè)與政府之間的密切溝通，并且在電網(wǎng)規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)安全風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行安全和網(wǎng)絡(luò)安全等手段，提高智能電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。

4 )優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)。新型的智能電網(wǎng)可提供滿足不同用戶需求的優(yōu)質(zhì)電能，并且能對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)和價(jià)格聯(lián)動(dòng)。

5 )高效的電網(wǎng)。通過高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高單個(gè)資源的利用效率，整體優(yōu)化調(diào)整電網(wǎng)資產(chǎn)的管理和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最低的運(yùn)行維護(hù)成本及投資。

6 )市場(chǎng)化的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)通過市場(chǎng)上供給和需求的互動(dòng)，將形成更為緊密與高效的市場(chǎng)行為模式；通過有效的市場(chǎng)設(shè)計(jì)可以提高電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和可靠性管理水平，從而促進(jìn)電力市場(chǎng)的自由買賣以及公平競(jìng)爭(zhēng)。

7 )兼容的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)打破了傳統(tǒng)單一的遠(yuǎn)端集中式發(fā)電，而實(shí)現(xiàn)集中發(fā)電與分散發(fā)電的兼容。各種可再生能源分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)以“即插即用”的形式接人，擴(kuò)大了系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的可選資源范圍，滿足電網(wǎng)與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

8 )多元化的電網(wǎng)。以輸配電網(wǎng)為物理實(shí)體，以集成、高速、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)為平臺(tái)的智能電網(wǎng)，將電力系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、維護(hù)、能量調(diào)度、配電管理、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、企業(yè)資源計(jì)劃等系統(tǒng)統(tǒng)一集合在智能電網(wǎng)大平臺(tái)上，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的交互與集成。

1.2 各國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前智能電網(wǎng)建設(shè)正處在初始階段。由于不同國(guó)家的經(jīng)濟(jì)與發(fā)展條件的不同，各國(guó)都結(jié)合本國(guó)的特點(diǎn)來規(guī)劃和發(fā)展智能電網(wǎng)，因此其發(fā)展重點(diǎn)和步驟也不相同。

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，負(fù)荷增長(zhǎng)相對(duì)較小，輸電網(wǎng)架構(gòu)變化較小，電力工業(yè)已步人成熟期，在過去一段時(shí)間內(nèi)電力投資相對(duì)較少。但近年的大停電事故使政府對(duì)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行重新予以重視。同時(shí)為了最有效地利用資源，這些圍家關(guān)注的重點(diǎn)是停電時(shí)間最小化和市場(chǎng)效益最大化，更多地從市場(chǎng)、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境等方面出發(fā)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)與電網(wǎng)的結(jié)合及基于信息的業(yè)務(wù)重整。許多研究側(cè)重從用戶端來考慮智能電網(wǎng)的功能，來建立一個(gè)高效、安全、環(huán)保、靈活和互動(dòng)的智能電網(wǎng)。

在亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的日本和韓國(guó)相繼開展了智能電網(wǎng)的研發(fā)。日本政府所定義的智能電網(wǎng)重點(diǎn)在大規(guī)模開發(fā)太陽能等新能源，確保電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

(1)診斷為原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥合并垂體瘤和(或)胃腸道神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤;(2)診斷為原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥以及至少1個(gè)一級(jí)親屬診斷為MEN1;(3)1個(gè)MEN1基因的胚系突變。指南建議,所有患者均需進(jìn)行MEN1其他腫瘤的篩選。治療及預(yù)后:MEN1治療的總原則以手術(shù)切除病灶為主,內(nèi)科治療為輔。

韓國(guó)把智能電網(wǎng)的重點(diǎn)定為電力產(chǎn)業(yè)供求雙方的用戶互動(dòng)系統(tǒng)，并大力發(fā)展可再生能源發(fā)電的聯(lián)網(wǎng)和存儲(chǔ)技術(shù)，在不斷降低成本和提高效率的同時(shí)，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性及可用性 。

2 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)

智能電網(wǎng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)包括集成的通信技術(shù)、先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的電網(wǎng)設(shè)備、先進(jìn)的控制技術(shù)以及決策支持和可視化的人機(jī)接口技術(shù)。

2.1 集成的通信技術(shù)

智能電網(wǎng)的通信系統(tǒng)將集成各種通信技術(shù)，并可采用開放式的通信網(wǎng)架，具有高速、集成、兼容、雙向的特質(zhì)，可以動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)時(shí)信息與功率交互，為智能傳感器和控制裝置、控制中心、保護(hù)系統(tǒng)和需求響應(yīng)系統(tǒng)提供一個(gè)安全的 “即插即用”的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2.2 先進(jìn)的傳感與測(cè)量技術(shù)

該技術(shù)是智能電網(wǎng)信息的基礎(chǔ)，主要用于智能儀表、廣域測(cè)量系統(tǒng)和電網(wǎng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方面。

2.2.1 智能儀表

智能電網(wǎng)中的智能儀表(Smart Meter)采用先進(jìn)測(cè)量架構(gòu)(AMI)新技術(shù)，除測(cè)量功能以外，還可提供實(shí)時(shí)電價(jià)、供求狀態(tài)等更詳盡的用電信息。AMI也引領(lǐng)著未來的自動(dòng)抄表技術(shù)和智能住宅技術(shù)的發(fā)展。

2.2.2 廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)

廣域測(cè)量系統(tǒng)是由基于全球定位系統(tǒng) (GPS)的同步相量測(cè)量裝置PMU群及其通信系統(tǒng)組成。它可以動(dòng)態(tài)地測(cè)量和計(jì)算電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)相量和發(fā)電機(jī)功角。在WAMS基礎(chǔ)上結(jié)合先進(jìn)的控制理論和智能技術(shù)開發(fā)的廣域保護(hù)和控制系統(tǒng)可以快速分析系統(tǒng)狀態(tài)，鑒別其安全性。在存在風(fēng)險(xiǎn)的情況下，廣域保護(hù)和控制系統(tǒng)可通過切機(jī)、切負(fù)荷、主動(dòng)解列和靈活分區(qū)等安全控制措施，制止級(jí)聯(lián)跳閘和縮小停電范圍，還可從集中監(jiān)視控制發(fā)展到分布協(xié)調(diào)控制。作為自愈電網(wǎng)計(jì)劃的一部分，WAMS及其應(yīng)用已成為電網(wǎng)安全控制的研究熱點(diǎn)。

2.2.3 電網(wǎng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)

該技術(shù)包括電氣量以及非電氣量的監(jiān)測(cè)。電氣量監(jiān)測(cè)主要通過監(jiān)測(cè)電網(wǎng)設(shè)備的電流、電壓、相角、功率、功率因數(shù)等運(yùn)行狀態(tài)量；非電氣量監(jiān)測(cè)則包括監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備中的介質(zhì)的壓力、流量、氣體成分、溫度等。采用先進(jìn)的傳感器通過對(duì)以上各狀態(tài)量的監(jiān)視，可完成電網(wǎng)設(shè)備的在線診斷，為實(shí)施電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢修和管理提供必要的信息?，F(xiàn)時(shí)采用電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要包括變壓器在線監(jiān)測(cè)、斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及線路容量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。

2.3 先進(jìn)的電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)

先進(jìn)的電網(wǎng)一次設(shè)備是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的物理基礎(chǔ)。以下4個(gè)方面的電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)發(fā)展值得關(guān)注：

再生能源發(fā)電和運(yùn)行技術(shù)；電力電子技術(shù)；大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)；超導(dǎo)技術(shù)。

具體包括大功率風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電場(chǎng)的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行，高壓、特高壓直流輸電和靈活交流輸電(FACTS)技術(shù)，配電系統(tǒng)中基于VSC的中壓直流系統(tǒng)和所謂D-FACTS技術(shù)，以及各種新型儲(chǔ)能技術(shù)和超導(dǎo)輸電-術(shù)等。

2.4 先進(jìn)的控制技術(shù)

現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化理論和人工智能技術(shù)在控制領(lǐng)域的綜合應(yīng)用形成了先進(jìn)的控制技術(shù)。其用于智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)。

目前使用人工智能技術(shù)開發(fā)的快速準(zhǔn)確地計(jì)算出控制策略并執(zhí)行的廣域保護(hù)系統(tǒng)(WAPS)以及使用基于靈敏度的連續(xù)線性規(guī)劃方法的電壓穩(wěn)定性監(jiān)視和控制系統(tǒng)(VSMC)兒 將不斷發(fā)展，并成為智能電網(wǎng)控制的重要組成部分。

2.5 決策支持和可視化技術(shù)

決策支持系統(tǒng)可識(shí)別和確定電網(wǎng)中的實(shí)時(shí)問題及發(fā)展趨勢(shì)，然后運(yùn)用知識(shí)庫和科學(xué)推理方法進(jìn)行分析，以提出解決問題和決策支持的方案，并將相應(yīng)的系統(tǒng)情況、多種選擇以及每種選擇的可行性等展示給運(yùn)行人員。它也可用于需求側(cè)管理系統(tǒng)(DSM)和用戶的需求響應(yīng)。而可視化技術(shù)則將各種信息形成便于運(yùn)行人員分析和決策的可視化信息，從而大大提高工作效率和決策準(zhǔn)確性。

3 AREVA T&D對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的看法

阿?，m輸配電公司(AREVA T&D)正積極開展智能電網(wǎng)最新技術(shù)的研發(fā)和提供智能電網(wǎng)相關(guān)的先進(jìn)設(shè)備、系統(tǒng)和服務(wù)。為了確保電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和取得最好的經(jīng)濟(jì)效益，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，AREVA T&D認(rèn)為，在智能電網(wǎng)建毅中需要特別注意以下幾點(diǎn)：

1 )智能電網(wǎng)是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，建設(shè)智能電網(wǎng)一定要注意實(shí)效，從實(shí)際情況和需要出發(fā)，有計(jì)劃、有步驟、有重點(diǎn)地予以實(shí)施，且應(yīng)先試點(diǎn)再推廣。

2 )應(yīng)當(dāng)優(yōu)先發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)的輸電網(wǎng)架，形成良好的一次系統(tǒng)，注意加強(qiáng)一次系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和操作控制的靈活性。在這方面直流輸電技術(shù)和FACTS技術(shù)應(yīng)予以重視。

3 )在發(fā)展優(yōu)良的一次系統(tǒng)同時(shí)，大力加強(qiáng)新技術(shù)在二次保護(hù)和控制系統(tǒng)中的綜合與集成應(yīng)用。特別是WAMS技術(shù)和在此基礎(chǔ)上發(fā)展的廣域保護(hù)和控制系統(tǒng)，以及新一代的基于PMU的能量管理系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必將對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠?jī)?yōu)質(zhì)運(yùn)行發(fā)揮重大作用，可予以重點(diǎn)研發(fā)應(yīng)用。

4 )在條件許可的地方，大力發(fā)展可再生能源。

但應(yīng)先進(jìn)行試點(diǎn)，并重點(diǎn)解決大功率風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)

運(yùn)行可能引起的頻率和電壓的波動(dòng)和穩(wěn)定問題，確保系統(tǒng)安全。

5 )在智能輸電網(wǎng)建設(shè)同時(shí)，應(yīng)積極對(duì)智能配電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)關(guān)鍵新技術(shù)(如風(fēng)力和太陽能發(fā)電、分布式發(fā)電、微網(wǎng)技術(shù)等)進(jìn)行重點(diǎn)研發(fā)和試點(diǎn)應(yīng)用。大力推進(jìn)配電系統(tǒng)數(shù)字化、信息化和自動(dòng)化，促進(jìn)市場(chǎng)環(huán)境下的需求側(cè)響應(yīng)與互動(dòng)，積極研發(fā)相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括數(shù)字計(jì)量、雙向通信、基于PMU的新一代變電站和饋線自動(dòng)化系統(tǒng)和配網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和可視化決策支持系統(tǒng)等各個(gè)方面。

6 )要建設(shè)好智能電網(wǎng)，不僅需要智能技術(shù)(smart technology)還必須有產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的優(yōu)秀的智能電網(wǎng)建設(shè)團(tuán)隊(duì)(smart team)，并積極促進(jìn)和大力開展國(guó)際合作，從而可制訂統(tǒng)一的智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有效地進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的合作研發(fā)和國(guó)際交流，建設(shè)高質(zhì)量的智能電網(wǎng)。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)智能電網(wǎng)有關(guān)的大量文獻(xiàn)的綜述，闡述了智能電網(wǎng)的歷史、核心思想、功能特征和關(guān)鍵技術(shù)，介紹了一些國(guó)家建設(shè)智能電網(wǎng)的情況，文末給出了AREVA T&D對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的看法。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力系統(tǒng)必將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化，并最終實(shí)現(xiàn)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行和節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。