【摘要】文章結合筆者多年實際工程經(jīng)驗,闡述了我國智能電網(wǎng)的發(fā)展和特點,指出了建設智能電網(wǎng)在網(wǎng)絡拓撲、通信系統(tǒng)、計量體系、需求側管理、智能調(diào)度、電力電子設備、分布式電源接入等領域需要解決的關鍵技術問題。
【關鍵詞】智能電網(wǎng);需求側管理;智能調(diào)度
智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化,是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上,通過先進的傳感和測量技術、先進的設備、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)的應用,實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效和環(huán)境友好的目標。
本文通過介紹智能電網(wǎng)的發(fā)展、特點和意義,詳細討論了智能電網(wǎng)的關鍵技術,希望可以增進更多的人對智能電網(wǎng)的了解。
1.智能電網(wǎng)的發(fā)展
根據(jù)國家電網(wǎng)2009年6月公布的智能電網(wǎng)發(fā)展計劃,2009年至2010年為規(guī)劃試點階段,自2011年開始至2015年為全面建設階段,2020年時基本建成以信息化、自動化、互動化為特征的“堅強智能電網(wǎng)”。
今年國家電網(wǎng)公司將建設堅強智能電網(wǎng)的投資將超過3000億元,國家電力市場交易電量超過4100億千瓦時,用于研發(fā)核心技術和關鍵設備的經(jīng)費達80億元,并規(guī)劃“十二五”期間實施新的無電地區(qū)通電工程,預計在2012年為9.6萬戶超過40萬無電人口解決用電問題。將推廣建設11類智能電網(wǎng)試點工程。建成智能變電站67座;在19個城市核心區(qū)建成配電自動化系統(tǒng);推廣應用5000萬具智能電表;新建173座電動汽車充換電站和9211個充電樁;完成25個智能小區(qū)/樓宇建設;推廣建設6.2萬戶電力光纖到戶;完成中新天津生態(tài)城智能電網(wǎng)綜合示范工程建設;接納風電容量2000萬千瓦;制定智能電網(wǎng)標準88項。國家電網(wǎng)將在2015年基本建成堅強智能電網(wǎng),實現(xiàn)接入風電1億千瓦和光伏發(fā)電500萬千瓦的目標。
2.智能電網(wǎng)的特點
根據(jù)相關文獻,智能電網(wǎng)的特點如下:
1)自愈和自適應。實時掌控電網(wǎng)運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患;在盡量少的人工干預下,快速隔離故障、自我恢復,避免大面積停電的發(fā)生。
2)安全可靠。更好地對人為或自然發(fā)生的擾動做出辨識與反應。
3)經(jīng)濟高效。優(yōu)化資源配置,提高設備傳輸容量和利用率,實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)優(yōu)化運行。
4)兼容。既能適應大電源的集中接入,也支持分布式發(fā)電方式友好接入以及可再生能源的大規(guī)模應用,滿足電力與自然環(huán)境、社會經(jīng)濟和諧發(fā)展的要求。
5)與用戶友好互動。實現(xiàn)與客戶的智能互動,以最佳的電能質(zhì)量和供電可靠性滿足客戶需求。
3.建設智能電網(wǎng)的意義
智能電網(wǎng)為相關企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理,可以節(jié)省電費、實現(xiàn)智能管理、具有更強的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動力車的接入,以及使家電設備智能化。國家對能源、電網(wǎng)的期望是節(jié)能減排,提高能源利用效率。電網(wǎng)公司主要關注電網(wǎng)運營的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。用戶關注電費支出和用電可靠性。因此,提高電網(wǎng)運營的安全性、可靠性和經(jīng)濟性,降低用戶電費支出,提高能源利用效率,實現(xiàn)節(jié)能減排、低碳環(huán)保,是智能電網(wǎng)建設發(fā)展的根本目標。
4.建設智能電網(wǎng)涉及的關鍵技術
4.1堅強而靈活的網(wǎng)絡拓撲
堅強、靈活的電網(wǎng)結構是未來智能電網(wǎng)的基礎。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡,無論從當前還是從長遠看,要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對電力的需求,必須走遠距離、大規(guī)模輸電和大范圍資源優(yōu)化配置的道路。如何進一步優(yōu)化特高壓和各級電網(wǎng)規(guī)劃,做好特高壓交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的銜接、特高壓電網(wǎng)與各級電網(wǎng)的銜接,促進各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、送端電網(wǎng)和受端電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、城市電網(wǎng)與農(nóng)村電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展,成為需要解決的關鍵問題。
4.2開放、標準、集成的通信系統(tǒng)
智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡安全提出了更高的要求,智能電網(wǎng)需要具有實時監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的能力:既包括識別故障早期征兆的預測能力,也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動做出響應的能力,其監(jiān)測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋,為電網(wǎng)運行、綜合管理等提供外延的應用支撐,而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監(jiān)測。
4.3高級計量體系和需求側管理
智能電網(wǎng)的核心在于構建具備智能判斷與自適應調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng),可對電網(wǎng)與用戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集,并且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶,實現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用,提高電網(wǎng)運營的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶的用電規(guī)律,從而對需求和供應有一個更好的平衡。
因此目前國外推動智能電網(wǎng)建設,一般以構建高級量測體系為切入點。同時,高級讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實時電力市場,而且能夠?qū)崿F(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統(tǒng)響應,構建智能化的用戶管理與服務體系,實現(xiàn)電力企業(yè)與用戶之間基本的雙向互動管理與服務功能以及營銷管理的現(xiàn)代化運行。
4.4智能調(diào)度技術和廣域防護系統(tǒng)
智能調(diào)度是未來電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢,調(diào)度的智能化是對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴展。調(diào)度智能化的最終目標是建立一個基于廣域同步信息的網(wǎng)絡保護和緊急控制一體化的新理論與新技術,協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件保護和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系。智能化調(diào)度的核心是在線實時決策指揮,目標是災變防治,實現(xiàn)大面積連鎖故障的預防。
4.5高級電力電子設備
電力電子技術在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過程均發(fā)揮著重要作用?,F(xiàn)代電力系統(tǒng)應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP 全數(shù)字控制技術。目前我國在電力電子技術領域與國外的主要差距是:國內(nèi)不能制造全控電力電子器件;大功率變流器制造技術水平較低,裝置可靠性差;電力電子全數(shù)字控制技術水平還處于初級階段;應用系統(tǒng)控制技術和系統(tǒng)控制軟件水平較低;缺乏重大工程經(jīng)驗積累等。
4.6可再生能源和分布式能源接入
在發(fā)展智能電網(wǎng)時,如何安全、可靠地接入各種可再生能源電源和分布式能源電源也是面臨的一大挑戰(zhàn)。分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能,在許多國家都得到了迅速發(fā)展。分布式發(fā)電技術包括:微型燃氣輪機技術、燃料電池技術、太陽能光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、生物質(zhì)能發(fā)電技術、海洋能發(fā)電技術、地熱發(fā)電技術等。分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。風能、太陽能等可再生能源在地理位置上分布不均勻,并且易受天氣影響,發(fā)電機的可調(diào)節(jié)能力比較弱,需要有一個網(wǎng)架堅強、備用充足的電網(wǎng)支撐其穩(wěn)定運行。隨著電網(wǎng)接入風電量的增加,風電廠規(guī)劃與運行研究對風電場動態(tài)模型的精度和計算速度提出了更高的要求。
5.結語
智能電網(wǎng)作為電網(wǎng)發(fā)展一項革命性的新技術應用運動,世界各國都在投入人力物力逐步推進。而我國也在積極建設中國特色的智能電網(wǎng),這是一項高度復雜的系統(tǒng)工程,也是我國電網(wǎng)發(fā)展的目標。相信在廣大電力科技工作者的不懈努力下,一定會建成堅強、穩(wěn)定、科學、高效的智能電網(wǎng)。