文／國家電網(wǎng)中國電力技術裝備有限公司 周逢權／

智能電網(wǎng)從根本上講是將信息技術與傳統(tǒng)電網(wǎng)高度“融合”，從而極大地提升電網(wǎng)的信息感知、信息互聯(lián)和智能控制能力，提高電網(wǎng)品質，實現(xiàn)各種新的應用。因此，它需要進行大量信息采集，并通過龐大通信網(wǎng)絡，形成實時、高速、雙向的信息流，采用開放的系統(tǒng)和共享的信息模式，促進電力流、信息流、業(yè)務流的高度融合和統(tǒng)一，以保證包括從需求側設施到廣泛分散的分布式發(fā)電再到電力市場的整個電力系統(tǒng)及相關環(huán)節(jié)的正常運行，支撐各類業(yè)務正常運轉。

一、智能電網(wǎng)引起的變化

智能電網(wǎng)采用感知、嵌入處理和數(shù)字通信技術，使電網(wǎng)具有可見性、可控性、自動化以及完全集成的功能。

埃森哲認為智能電網(wǎng)實現(xiàn)智能的方法：

（1）控制：多代理系統(tǒng)；高級變電站自動化；高級配電自動化；Web服務和網(wǎng)絡計算。

（2）決策：準自治軟件；高級模式識別；高級可視化方法；數(shù)值氣象預報。

（3）通信：第二代互聯(lián)網(wǎng)；光纖以太網(wǎng)；電力寬帶；3G及4G無線通訊技術；新型無線網(wǎng)絡技術。

（4）采集：線路在線測溫；無線智能電網(wǎng)信息感應器；光纖PT和CT；無線智能設備狀態(tài)感應器；客戶門戶。

（5）設備：分布式微網(wǎng)；高效率的綠色分布式電源；高級儲能系統(tǒng)；高級電網(wǎng)控制設備；高級大容量導體。

二、二次設備的重新定義

1 智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)

智能電網(wǎng)從根本上講是將信息技術與傳統(tǒng)電網(wǎng)高度“融合”，從而極大地提升電網(wǎng)的信息感知、信息互聯(lián)和智能控制能力，提高電網(wǎng)品質，實現(xiàn)各種新的應用。因此，它需要進行大量信息采集，并通過龐大通信網(wǎng)絡，形成實時、高速、雙向的信息流，采用開放的系統(tǒng)和共享的信息模式，促進電力流、信息流、業(yè)務流的高度融合和統(tǒng)一，以保證包括從需求側設施到廣泛分散的分布式發(fā)電再到電力市場的整個電力系統(tǒng)及相關環(huán)節(jié)的正常運行，支撐各類業(yè)務正常運轉。

另一方面，電網(wǎng)和電力系統(tǒng)以及相關物品與設備等滿足物聯(lián)網(wǎng)的各種特征，且電力系統(tǒng)的自動化水平與信息化水平高，基礎通信條件好，有利于推進物聯(lián)網(wǎng)應用的快速發(fā)展，是物聯(lián)網(wǎng)的重要應用領域。目前，智能電網(wǎng)目標明確，需求清晰，預期效果明顯。智能電網(wǎng)的發(fā)展與建設將成為拉動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，甚至整個信息通信產(chǎn)業(yè)（ICT）發(fā)展的強大驅動力，并有力影響和推動其他行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應用和部署進度，進而提高我國工業(yè)生產(chǎn)、行業(yè)運作和公眾生活等各個方面的信息化水平。

2 傳感與量測技術與傳感器

傳感與量測技術在智能電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測、分析、控制中起著基礎性作用，提高了智能電網(wǎng)的可觀測性。傳感與量測技術將在智能電網(wǎng)中得到廣泛應用，涉及新能源發(fā)電、輸電、配電、用電等眾多領域。

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置。智能電網(wǎng)使用的傳感器包括傳統(tǒng)傳感器、光纖傳感器以及新興的智能傳感器等。傳統(tǒng)傳感器包括電流/電壓傳感器、氣體傳感器、超高頻傳感器、溫濕度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、噪聲傳感器、風速和風向傳感器等。

傳感器技術已經(jīng)從過去的單一化向集成化、微型化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡作為物聯(lián)網(wǎng)的一種表現(xiàn)形式已開始得到應用，傳感器網(wǎng)絡的基本要素是傳感器、感知對象和觀察者。傳感器之間、傳感器與觀察者之間通過有線或無線網(wǎng)絡進行通信。

3 新能源發(fā)電與物聯(lián)網(wǎng)的關系

大規(guī)模新能源發(fā)電場的狀態(tài)監(jiān)控和量測離不開使用大量傳感器，例如：傳感技術開始用于檢測和優(yōu)化風力發(fā)電風輪系統(tǒng)。這些風輪通常體積巨大，又安裝在比較遙遠的地點。監(jiān)視工程師需要實時了解這些風輪的狀態(tài)。傳感器通常在風輪組裝的時候很容易安裝在風輪上。

4 智能輸變電與物聯(lián)網(wǎng)的關系

智能變電環(huán)節(jié)是智能電網(wǎng)中一個十分重要的環(huán)節(jié)，特別是設備狀態(tài)檢修，資產(chǎn)全壽命管理，變電站綜合自動化。利用物聯(lián)網(wǎng)的相關技術，可以提高電網(wǎng)變電環(huán)節(jié)的自動化和數(shù)字化水平、設備檢修模式以及設備狀態(tài)自動診斷，提高電網(wǎng)變電環(huán)節(jié)各方面的技術水平。

輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)的重要應用之一。采用不同的傳感器可以監(jiān)測包括微風振動、風偏、線路舞動、線路溫度、線路覆冰、桿塔傾斜等輸電線路狀態(tài)，環(huán)境溫度、風速、障礙物距離、危險接近等。

對于調度來說，采用物聯(lián)網(wǎng)技術可以全面有效地對電力傳輸?shù)恼麄€系統(tǒng)，從電廠、變電站、高壓輸電線路直至用戶終端進行智能化處理。包括對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和自動故障處理，確定電網(wǎng)整體的健康水平，觸發(fā)可能導致電網(wǎng)故障發(fā)展的早期預警，確定是否需要立即進行檢查或采取相應的措施，分析電網(wǎng)系統(tǒng)的故障、電壓降低、電能質量差、過載和其他不希望的系統(tǒng)狀態(tài)，基于這些分析，采取相應控制行動。

5 智能配電與物聯(lián)網(wǎng)的關系

物聯(lián)網(wǎng)在配電網(wǎng)設備狀態(tài)監(jiān)測、預警與檢修方面的應用主要有：

（1）對配電網(wǎng)關鍵設備的環(huán)境狀態(tài)信息、機械狀態(tài)信息、運行狀態(tài)信息的感知與監(jiān)測；

（2）配電網(wǎng)設備安全防護預警；

（3）對配電網(wǎng)設備故障的診斷評估和配電網(wǎng)設備定位檢修等方面。

（4）例如物聯(lián)網(wǎng)技術可用于智能配電網(wǎng)的現(xiàn)場作業(yè)管理以及智能巡檢。

6 智能用電與物聯(lián)網(wǎng)的關系

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，智能用電將快速實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向互動，供提高電可靠率與用電效率，大量分布式電源、微網(wǎng)、電動汽車充放電系統(tǒng)、大范圍應用儲能設備接入電網(wǎng)，這些都需要物聯(lián)網(wǎng)技術的支撐。

物聯(lián)網(wǎng)技術在智能用電環(huán)節(jié)擁有廣泛應用空間，例如∶智能表計及高級量測、智能插座、智能用電交互與智能用電服務；電動汽車及其充電站的管理；綠色數(shù)據(jù)中心與智能機房；能效監(jiān)測與管理和電力需求側管理等。

7 智能電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器

面向智能電網(wǎng)運行與設備制造的實際需求，充分利用已有技術成果，研制基于電力物聯(lián)網(wǎng)的電流/電壓傳感器、氣體傳感器、超聲波傳感器、超高頻傳感器、光學傳感器、溫濕度傳感器與壓力傳感器、震動傳感器、振動傳感器、噪聲傳感器、角度傳感器、紅外傳感器、集成溫濕度傳感器、風速和風向傳感器、行波傳感器、煙霧傳感器、日照強度傳感器、圖像傳感器、傾斜角傳感器、感應報警傳感器、微波感應傳感器、氣敏傳感器、聲表面波傳感器、絕緣子傳感器等擁有自主知識產(chǎn)權的智能電網(wǎng)系列專用智能感知裝備，推動物聯(lián)網(wǎng)技術和智能感知裝備的大力發(fā)展，滿足我國面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應用的信息采集前端產(chǎn)品需求。

三、控制保護領域的突破

1 主網(wǎng)保護的變化

主網(wǎng)保護是利用先進的光纖通信技術、計算機技術、傳感技術、繼電保護及控制、電網(wǎng)運行等技術，基于IEC61850標準，并將其擴展到調度層面，將調度范圍內的保護集中配置，實現(xiàn)電網(wǎng)的調度自動化與保護控制的一體化，并按照三級調度（國調、省調、地調）配備。其通俗的含義是基于變電站信息共享標準化、傳輸網(wǎng)絡化特征，將區(qū)域電網(wǎng)內多變電站信息傳輸至監(jiān)控中心，集中實現(xiàn)繼電保護及自動化/監(jiān)控功能的系統(tǒng)。它的基本特性是大大簡化了變電站內的二次系統(tǒng)，實現(xiàn)了定值免整定，促進了調控一體化建設。

2 網(wǎng)絡保護的概念

1）現(xiàn)有技術背景

（1）傳統(tǒng)后備保護定值整定和配合困難；

（2）基于IEC61850-9-2協(xié)議的數(shù)據(jù)共享采樣傳輸技術；

（3）支持IEEE1588時間同步協(xié)議的技術及設備發(fā)展成熟；

（4）智能電網(wǎng)和智能變電站、調控一體化技術的發(fā)展促進了對網(wǎng)絡化保護的關注和研究。

2）主要特征

（1）站內設備一次化：變電站測量和智能組件與一次設備整合一體化安裝。

（2）保護監(jiān)控集成化：按照調度管理范圍變電站的繼電保護與自動化系統(tǒng)功能全部上移至調度控制中心并集中完成。

（3）調度控制一體化：調控一體化與變電站自動化系統(tǒng)一體化設計，實現(xiàn)一體化保護、監(jiān)測與控制。

（4）電網(wǎng)運行智能化：利用全景實時信息，實現(xiàn)對電網(wǎng)的智能化監(jiān)測、保護、控制、計量及運行檢修管理。

3 網(wǎng)絡保護對現(xiàn)有系統(tǒng)的變革

1）電子式互感器、通信網(wǎng)絡技術的優(yōu)越特性，使繼電保護、自動化、通信、計量等二次專業(yè)融為一體，不可分割，必然帶來運行管理方式的變化，促進了“大二次”的建設。

2）繼電保護定值免整定。解決了繼電保護整定計算周期較長，后備保護長期難以配合而帶來的安全隱患。

3）繼電保護由面向元件轉變?yōu)槊嫦蛳到y(tǒng)，并實現(xiàn)高度集成集中配置，解決二次設備較多，配置不靈活，不能適應分布式電源接入，不能實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)運行等諸多問題。

4 網(wǎng)絡保護完成的目標

1）變電站內建設一次化，一次設備智能化，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡化，二次設備集成化。取消變電站級繼電保護設備及其他二次設備，只保留網(wǎng)絡設備和電源系統(tǒng)。

2）二次測量、智能單元、合并單元、在線監(jiān)測組件與一次設備集成，實現(xiàn)標準化配置；變電站建設實現(xiàn)模塊化。

3）保護控制策略上升到系統(tǒng)調度層面，全面提高繼電保護和控制性能，提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

4）繼電保護主保護全部采用原理簡單、性能可靠的差動保護，后備保護實現(xiàn)免整定，從而自適應系統(tǒng)擴建、新能源分布式接入、環(huán)網(wǎng)運行等變化。

5）采用網(wǎng)絡化計量，實現(xiàn)網(wǎng)損、 線損的在線動態(tài)監(jiān)測與分析，全面提升電網(wǎng)管理水平。

6）調度數(shù)據(jù)由秒級提升到亞秒級，使系統(tǒng)分析、預警、控制具備實時性，可實現(xiàn)調度策略的實時在線調控，智能調度。

7）低頻減載、聯(lián)機切負荷、備自投等裝置實現(xiàn)控制量自由組合，在調度集中設置，實現(xiàn)調度安全自動控制和倒閘操作的順序控制。

8）建立設備狀態(tài)專家系統(tǒng)和RFID電子化標簽系統(tǒng)，可實現(xiàn)設備全生命周期管理，實現(xiàn)設備檢修的自動化管理。

5 網(wǎng)絡保護系統(tǒng)解決方案

1）變電站設備

采用測量、智能單元、合并單元、一段保護（基于參數(shù)測量技術，保護范圍達95%，通信故障時投入）一體化的綜合智能裝置，雙重化配置，并與一次設備整合。

2）區(qū)域保護配置

（1）將區(qū)域電網(wǎng)整體視為保護對象；

（2）主保護故障隔離范圍定義為直接與故障點相連的所有開關，用這些開關CT做多端差動保護，保護動作時跳開與故障點相連的所有開關；

（3）當開關CT異?；蜷_關失靈時投入后備擴大差動保護；

（4）根據(jù)開關失靈狀態(tài)自動隔離失靈開關，迅速恢復供電。

6 配電網(wǎng)供電結構變化趨勢

1）輻射網(wǎng)供電

2）雙環(huán)網(wǎng)供電

3）智能小區(qū)集中保護

集中保護與智能終端配合快速實現(xiàn)配電線路閉環(huán)運行的故障區(qū)段識別和故障隔離。

智能配電站系統(tǒng)（非實時處理）：根據(jù)配電網(wǎng)的實時拓撲結構，生成網(wǎng)絡化差勁算法定值整定文件；生成恢復重構定值整定文件；下載到集中式保護控制裝置。

集中式保護控制裝置（實時處理）：接受終端上送矢量值和狀態(tài)信息；根據(jù)定值整定進行網(wǎng)絡化差動運；根據(jù)恢復整定進行開關操作；上送故障信息。

智能終端（實時處理）：采集電壓電流及開關位置等狀態(tài)信息；接受集中式保護控制裝置跳合閘命令；根據(jù)整定完成后備保護功能；上送故障信息及其他運行信息。

4）定制電力—提高供電可靠性

利用低壓固態(tài)開關SSTS實現(xiàn)雙回路供電的快速切換，提高電力供電可靠性

5）定制電力—提高電能質量

利用DSTATCOM快速連續(xù)提供容性和感性無功功率，實現(xiàn)電壓和無功功率控制，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質地運行

利用UPQC同時補償無功、諧波電流、諧波電壓，提高母線電能質量,并配合分布式電源實現(xiàn)重要負荷的不間斷供電。

四、計量領域的突破帶來的變革

1 能源計量體系的變革，如右圖所示。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的網(wǎng)絡計量

（1）實時監(jiān)測每個電器的耗電量；

（2）提供更加詳盡的用電信息；

（3）用戶用電行為模式分析；

（4）電器智能控制。

五、總結

新一代智能電網(wǎng)具有能源生產(chǎn)形式多樣化、能源消費有序化、管理分層化的內涵；新能源、多能源交通工具的使用，分布式能源的廣泛接入，實現(xiàn)能源的高效利用；新型通信技術、自動控制技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、節(jié)能環(huán)保技術等一體的新型集成系統(tǒng)，為人們提供綠色、清潔、健康、環(huán)保、便捷的工作生活環(huán)境，實現(xiàn)人類活動與環(huán)境的和諧發(fā)展。