國網(wǎng)安徽省電力有限公司利辛縣供電公司 羅 斌 馮建華 趙 杰

1 引言

智能電網(wǎng)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)是現(xiàn)階段電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心，而當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程仍處于起步階段，結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)情況來看，需結(jié)合智能電網(wǎng)實(shí)際需求而引入智能化電子設(shè)備，用于革新電網(wǎng)體系，并提升電網(wǎng)智能化程度，為智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供助力。除此之外，可將新時(shí)代前沿科技手段良好融入智能電網(wǎng)體系中，強(qiáng)化技術(shù)支撐，以此切實(shí)保障智能電網(wǎng)運(yùn)行效果。

2 案例概況

為增強(qiáng)本次智能電網(wǎng)電力設(shè)備及其技術(shù)發(fā)展分析的現(xiàn)實(shí)意義，本次選取某智能電網(wǎng)為實(shí)例展開具體分析。該智能電網(wǎng)現(xiàn)已基于電力行業(yè)源網(wǎng)荷儲而形成了完整的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，且在“雙碳”目標(biāo)指導(dǎo)下接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，符合新時(shí)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展大趨勢。對案例智能電網(wǎng)基本情況進(jìn)行總結(jié)如下。

一是智能調(diào)度。該智能電網(wǎng)結(jié)合“云原生”設(shè)計(jì)理念而構(gòu)建了彈性調(diào)度平臺，并以此為基礎(chǔ)形成了調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)，極大提高了電網(wǎng)調(diào)度針對性。

二是智能配用電。該智能電網(wǎng)內(nèi)部配備新型智能化終端，可對電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)一次設(shè)備、二次設(shè)備進(jìn)行智能設(shè)置與控制，一旦配用電期間出現(xiàn)故障問題，則可依托于智能配用電新型智能化終端進(jìn)行快速診斷處理。

三是智能變電。案例智能電網(wǎng)引進(jìn)了AI 技術(shù)，構(gòu)建了以智能巡檢機(jī)器人為核心的智能巡檢系統(tǒng)，并基于此逐步推進(jìn)智能電網(wǎng)無人值守局面的形成。

四是智能電表。案例智能電網(wǎng)聚焦能源網(wǎng)關(guān)智能終端，基于“操作系統(tǒng)+可拓展模組+移動(dòng)軟件App”的形式強(qiáng)化智能電網(wǎng)電力設(shè)備及智能終端間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息互通，同時(shí)借助智能電表而良好支撐電網(wǎng)社區(qū)多能服務(wù)、分布式能源服務(wù)以及智慧電能，持續(xù)提升電網(wǎng)服務(wù)價(jià)值量。

3 基于智能電網(wǎng)實(shí)例的電力設(shè)備探討

3.1 發(fā)電設(shè)備

在智能電網(wǎng)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)過程中，主要所涉及的發(fā)電設(shè)備包括光伏、風(fēng)機(jī)等再生能源發(fā)電設(shè)備，用于保障接入智能電網(wǎng)的再生能源發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。從電氣設(shè)備角度來看，電氣發(fā)電系統(tǒng)共分為三類，其一為可再生能源分布設(shè)備，如地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)所對應(yīng)的發(fā)電設(shè)備；其二為智能控制電力設(shè)備，如動(dòng)態(tài)控制設(shè)備、分接頭變換器、智能保護(hù)繼電器等；其三為能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括飛輪、二次電池、超導(dǎo)儲能、燃料電池、蓄電池等[1]。

3.2 輸電設(shè)備

傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行期間存在遠(yuǎn)距離輸電損耗大、波動(dòng)強(qiáng)的隱患，尤其在“雙碳”目標(biāo)深化落實(shí)過程中，間歇性清潔能源（光電、風(fēng)電等）逐漸加入電網(wǎng)中，再次影響電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。智能電網(wǎng)能夠依托于智能化電力設(shè)備對輸電過程進(jìn)行調(diào)節(jié)調(diào)度，使智能輸電設(shè)備可結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況針對性轉(zhuǎn)變運(yùn)行參數(shù)，以此提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定程度。對智能電網(wǎng)案例中運(yùn)用的電力設(shè)備進(jìn)行總結(jié)如下。

一是柔性交流電設(shè)備。該類設(shè)備主要基于電力電子技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，屬于現(xiàn)代化電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)形式。在整個(gè)智能電網(wǎng)運(yùn)行期間，柔性交流電設(shè)備能夠智能化調(diào)節(jié)控制輸電系統(tǒng)參數(shù)，用于控制輸電線路損耗、輸電成本，并對電網(wǎng)輸電功率進(jìn)行優(yōu)化，確保城市電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。案例智能電網(wǎng)中所運(yùn)用的柔性交流輸電設(shè)備包括靜止快速勵(lì)磁器、串聯(lián)補(bǔ)償器、靜止調(diào)相器、無功補(bǔ)償器等。

二是超高壓直流輸電設(shè)備。通過該設(shè)備能夠使高壓交流電結(jié)合電網(wǎng)需求而轉(zhuǎn)化為高壓直流電，使電能可在智能電網(wǎng)中以直流電的形式展開遠(yuǎn)距離傳輸，而完成遠(yuǎn)距離傳輸后，再次轉(zhuǎn)變電能，使高壓直流電轉(zhuǎn)為交流電，借助該方式提升輸電穩(wěn)定性。在整個(gè)智能電網(wǎng)中，換流站是超高壓直流輸電設(shè)備的關(guān)鍵，是交流電、直流電轉(zhuǎn)換的核心，因此，案例智能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行期間，尤為看重?fù)Q流站。

三是超導(dǎo)電力設(shè)備。案例智能電網(wǎng)充分應(yīng)用了超導(dǎo)電力設(shè)備，混合應(yīng)用正常態(tài)相變物理特性以及超導(dǎo)體載流能力，借助超導(dǎo)電力設(shè)備控制電網(wǎng)輸電損耗[2]。結(jié)合案例智能電網(wǎng)來看，其引入了超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁儲能、超導(dǎo)限流器等超導(dǎo)電力設(shè)備，對上述超導(dǎo)電力設(shè)備的特征及作用進(jìn)行總結(jié)，具體見表1。

表1 基于智能電網(wǎng)的超導(dǎo)電力設(shè)備的特征及作用

3.3 變電設(shè)備

多指智能電網(wǎng)中的一次二次設(shè)備，智能電網(wǎng)運(yùn)行期間，可基于智能設(shè)備體系構(gòu)建信息數(shù)據(jù)共享交換平臺，依托于智能電網(wǎng)而提高多元化設(shè)備之間的信息傳輸效率，在整個(gè)智能電網(wǎng)體系中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。傳統(tǒng)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的信息通信模型存在差異，且數(shù)據(jù)傳輸方式具有不同，如傳統(tǒng)電網(wǎng)設(shè)備采用電纜連接，而智能電網(wǎng)設(shè)備的連接紐帶為光纖、電子式電流、電壓互感器等。因此，為防止智能電與傳統(tǒng)電網(wǎng)變電設(shè)備之間存在信息傳輸阻礙，需做好不同變電設(shè)備之間的通信對接工作，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信對接，為智能電網(wǎng)變電設(shè)備的科學(xué)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。

3.4 配電設(shè)備

智能電網(wǎng)中的自動(dòng)化配電設(shè)備需能夠良好符合分布式電源、雙向流動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行需求，結(jié)合分布式智能控制方式而使電網(wǎng)終端設(shè)備能夠基于局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通交換。在案例智能電網(wǎng)運(yùn)行期間，其充分引進(jìn)了傳感量測技術(shù)，依托于多類型傳感器裝置而采集統(tǒng)計(jì)配電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上借助通信網(wǎng)絡(luò)傳輸與集成數(shù)據(jù)信息，為配電設(shè)備協(xié)調(diào)控制與運(yùn)行監(jiān)控提供便利。此外，要求智能配電網(wǎng)絡(luò)覆蓋用戶端口、分段開關(guān)、變電站、控制中心等所有節(jié)點(diǎn)，以載波、無線、光纖為紐帶實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)銜接[3]。

4 基于智能電網(wǎng)實(shí)例的技術(shù)發(fā)展分析

4.1 AI 智能技術(shù)

AI 技術(shù)是新時(shí)代典型的技術(shù)手段，智能電網(wǎng)建設(shè)期間可將AI 技術(shù)與傳統(tǒng)電力技術(shù)相結(jié)合，將智能巡檢機(jī)器人融入智能電網(wǎng)體系配電、變電、輸電等環(huán)節(jié)中，依托于智能巡檢機(jī)器人而實(shí)現(xiàn)無人化運(yùn)維檢測，在智能巡檢機(jī)器人幫助下無遺漏、大范圍、高頻次完成電網(wǎng)巡檢任務(wù)，以防常規(guī)人工巡檢產(chǎn)生誤操作等問題。電力智能巡檢機(jī)器人不僅運(yùn)用了AI技術(shù)手段，還集成融入了導(dǎo)航定位技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、視頻采集技術(shù)、紅外檢測技術(shù)、圖像識別技術(shù)，而正是在多元化技術(shù)的集成應(yīng)用下，使電力智能巡檢機(jī)器人具備了較為全面的功能。

第一，能夠?qū)χ悄茈娋W(wǎng)內(nèi)部所有設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)集成，還可24h全天候巡檢有害氣體，借助電力智能巡檢機(jī)器人代替人工，減輕巡檢人員作業(yè)強(qiáng)度，保障智能電網(wǎng)巡檢質(zhì)量。

第二，智能電網(wǎng)運(yùn)行期間可對電力智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可遠(yuǎn)程查閱與調(diào)閱智能機(jī)器人的巡檢數(shù)據(jù)，結(jié)合巡檢數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常后，則可通過遠(yuǎn)程控制對電力智能巡檢機(jī)器人下達(dá)指令，使其執(zhí)行臨時(shí)巡檢任務(wù)。

第三，電力智能巡檢機(jī)器人所采集到的巡檢數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至智能電網(wǎng)控制中心，此時(shí)可通過數(shù)據(jù)對比檢查展開分析，若出現(xiàn)參數(shù)超限問題，可及時(shí)檢查核實(shí)并處理解決，大幅提升智能電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

4.2 電網(wǎng)儲能技術(shù)

傳統(tǒng)電網(wǎng)的電能輸出與變配具有同步性，電能難以存儲，而在智能電網(wǎng)建設(shè)期間，可引入新時(shí)代儲能技術(shù)，將儲能技術(shù)與光電、風(fēng)電等系統(tǒng)相銜接，發(fā)電高峰將額外電能存儲，當(dāng)發(fā)電效率較低時(shí)，則可運(yùn)用儲能電池中的電能進(jìn)行變配，以此起到削峰填谷的作用。案例智能電網(wǎng)銜接光伏發(fā)電系統(tǒng)，于該智能電網(wǎng)中融入了儲能技術(shù)，搭建了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其所產(chǎn)生的電能可直接饋入電網(wǎng)，依托分布式光伏自發(fā)自用離網(wǎng)儲能系統(tǒng)，該儲能系統(tǒng)自發(fā)自用，應(yīng)用靈活，且光伏電能清潔低碳，并可憑借儲能系統(tǒng)解決光伏發(fā)電波動(dòng)的情況。

整體來看，智能電網(wǎng)引入儲能基礎(chǔ)后，大幅提升了電能利用率，對電網(wǎng)運(yùn)行成本與損耗成本進(jìn)行了有效控制，同時(shí)還可極大推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的有效落實(shí)，減小負(fù)荷峰谷差，為智能電網(wǎng)科學(xué)調(diào)度、規(guī)劃、控制提供便利。分布式光伏自發(fā)自用離網(wǎng)儲能系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 分布式光伏自發(fā)自用離網(wǎng)儲能系統(tǒng)

4.3 高級配電輸電體系

案例智能電網(wǎng)中設(shè)置了高級配電體系，其由配電SCADA、AC/DC 微網(wǎng)運(yùn)行、配電快速仿真與模擬、新興電力電子裝置、高級配電自動(dòng)化、GIS 配電地理系統(tǒng)、分布式電源運(yùn)行等構(gòu)成，在多裝置協(xié)同運(yùn)行下，則可使智能電網(wǎng)具備“自愈”效果[4]。結(jié)合案例智能電網(wǎng)來看，其高級快速仿真與模擬模板還可便捷化評估電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，若經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)評估后發(fā)現(xiàn)存在隱患問題，則可第一時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，在高級配電體系作用下使智能電網(wǎng)具備數(shù)字支持、預(yù)測能力，在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的同時(shí)，可精準(zhǔn)可靠評估電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)預(yù)測，盡可能保障智能電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性。高級輸電體系在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用大幅規(guī)避停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)，其由輸電GIS 技術(shù)、EMS 高級報(bào)警可視化、輸電阻塞管理、輸電SCADA、輸電系統(tǒng)仿真與模擬等模塊構(gòu)成，在高級輸電體系幫助下有效提升智能電網(wǎng)輸電運(yùn)行效率，以便智能電網(wǎng)更好地發(fā)揮作用。

5 結(jié)語

智能電網(wǎng)是未來階段電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向，而在智能電網(wǎng)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)過程中，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行需求而科學(xué)適宜地引入配電設(shè)備、變電設(shè)備、輸電設(shè)備以及發(fā)電設(shè)備，為智能電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行夯實(shí)設(shè)備基礎(chǔ)。此外，為盡可能地發(fā)揮出智能電網(wǎng)的優(yōu)勢，可引入AI 智能技術(shù)、電力儲能技術(shù)、高級配電輸電體系，從不同技術(shù)角度入手，構(gòu)建一個(gè)高效穩(wěn)定的智能電網(wǎng)系統(tǒng)。