淺析智能電網(wǎng)與新能源

保定供電公司 李會濤

近年來國際范圍內(nèi)逐步開展了智能電網(wǎng)的研究與實踐計劃，智能電網(wǎng)的概念首先是在歐美發(fā)達(dá)國家提出的。由于計算機(jī)、通信、電力電子等新技術(shù)的飛速發(fā)展，社會各行各業(yè)都已經(jīng)應(yīng)用這些新技術(shù)提高行業(yè)的現(xiàn)代化水平，電力工業(yè)是一個傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)經(jīng)歷了上百年的歷史，而且歐美發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入老化的時期，迫切要求更新改造，而這些新技術(shù)的發(fā)展使得實現(xiàn)電網(wǎng)智能化成為可能。

智能電網(wǎng)技術(shù)有機(jī)融合了高級傳感、通信、自動控制等技術(shù)，具有自我管理與恢復(fù)、兼容性強(qiáng)等特點，其快速發(fā)展為分布式能源的無縫并網(wǎng)提供了良好的技術(shù)保障。通過合理利用各類高級控制技術(shù)，能推動各類分布式能源與現(xiàn)有電力系統(tǒng)的有機(jī)融合，實現(xiàn)“即插即用”、實時互動和協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前，分布式能源的開發(fā)利用多處于自治運(yùn)行模式，缺乏一個長遠(yuǎn)的具體發(fā)展模式，進(jìn)而實現(xiàn)分布式能源的大規(guī)模的開發(fā)利用。因此，積極研究智能電網(wǎng)環(huán)境下的分布式能源發(fā)展模式對未來實現(xiàn)分布式能源大規(guī)模的開發(fā)，緩解能源危機(jī)等戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要的意義。

一、智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)概述

所謂智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵是實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動化和互動化，簡稱為“堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)的智能化主要體現(xiàn)在：

可觀測——采用先進(jìn)的量測、傳感技術(shù)；

可控制——對觀測狀態(tài)進(jìn)行有效控制嵌入式自主處理技術(shù)；實時分析——完成數(shù)據(jù)到信息的提升；自適應(yīng)和自愈等幾個方面。

綜合而言，智能電網(wǎng)具有以下主要特征：

1.堅強(qiáng)。在電網(wǎng)發(fā)生大擾動和故障時，電網(wǎng)仍能保持對用戶的供電能力，而不發(fā)生大面積停電事故：在自然災(zāi)害和極端氣候條件下或人為的外力破壞下仍能保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行：具有確保信息安全的能力和防計算機(jī)病毒破壞的能力。

2.自愈。具有實時、在線連續(xù)的安全評估和分析能力，強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力，自動故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力。

3.兼容。支持可再生能源的正確、合理的接入，適應(yīng)分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的接入，能使需求側(cè)管理的功能更加完善和提高，實現(xiàn)與用戶的交互和高效互動，滿足用戶多樣化的電力需求。

4.經(jīng)濟(jì)。支持電力市場和電力交易的有效開展；實現(xiàn)資源的合理配置；降低電網(wǎng)損耗；提高能源利用效率；為用戶提供可承受電價水平的電力。

5.集成。實現(xiàn)包括監(jiān)視、控制、維護(hù)、EMS、DMS、MOS等電網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺和模型，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細(xì)化管理。

6.協(xié)調(diào)。實現(xiàn)電網(wǎng)與批發(fā)電力市場和零售電力市場問的無縫銜接，提高電辦系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和可靠性管理水平，促進(jìn)電力市場競爭效率的提高。

想到這些，我按捺不住激動地?fù)芡烁赣H的電話：“爸，我今天到拜城縣的工地檢查工作，這段路好長啊，別說是開車了，光是一個單程三百多公里坐下來，就感到好累好累，真不知道您當(dāng)年是怎么熬過來的！”電話那頭的父親只是“呵呵”地笑著說：“現(xiàn)在的路比我們進(jìn)疆那時不知好了多少倍，峽谷巖壁上崎嶇險峻的路，如今已天塹變通途，舒適、高效而寬坦，出行很便利，駕車不再那么疲勞了?！?/p>

7.優(yōu)化。優(yōu)化資產(chǎn)的利用，提高資產(chǎn)利用效率，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本。

8.優(yōu)質(zhì)。電力用戶的電能質(zhì)量得到有效保障，實現(xiàn)電能質(zhì)量的差別定價。

9.交互。實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶設(shè)備和行為間的交互，促使電力用戶發(fā)揮積極作用，實現(xiàn)電力運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)等多方面收益。

為整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢，削弱分布式電源對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，充分發(fā)揮分布式能源的效益和價值，應(yīng)積極構(gòu)建基于分布式能源的微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要是由電力電子裝置負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換，并提供必須的控制；微電網(wǎng)相對外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的可控單元，同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性、安全性的要求。

智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)是21世紀(jì)新興的兩個概念，隨著世界多個國家的積極探索和研究，已迅速延伸至政府、電力、信息、經(jīng)濟(jì)、金融等多個行業(yè)和領(lǐng)域，成為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的重要方向。智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)在國際上的蓬勃發(fā)展，對中國未來電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)有著很好的啟示和借鑒意義。隨著中國電力體制改革的深入完善、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和發(fā)展方式的逐步轉(zhuǎn)變，將給建設(shè)智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇。

二、智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)的關(guān)系

1.智能電網(wǎng)首要的特點是自愈，即不論發(fā)生什么事故，它都能通過自身解決，保證電力系統(tǒng)的安全性。而微電網(wǎng)是一個集成了分布式電源、負(fù)荷、儲能以及保護(hù)和控制等一系列環(huán)節(jié)的小型供能系統(tǒng)，它最大的特點是能夠自治運(yùn)行，這一特點與智能電網(wǎng)的自愈特點相類似。2.智能電網(wǎng)鼓勵終端用戶參與電網(wǎng)進(jìn)行互動，實現(xiàn)資源的優(yōu)化合理配置。微電網(wǎng)作為一個獨立的供能網(wǎng)絡(luò)，也需要根據(jù)用戶的信息進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)供需平衡。3.智能電網(wǎng)具有全方位的安全決策，能夠抵御物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊。同樣，微電網(wǎng)不僅能夠作為備用電源對受端網(wǎng)絡(luò)提供有效支撐，還能在遭受極端災(zāi)害條件下提高整個電網(wǎng)的抗災(zāi)能力和災(zāi)后應(yīng)急能力。4.智能電網(wǎng)的可兼容性允許接入不同類型的發(fā)電和儲能系統(tǒng)。而微電網(wǎng)本身就是分布式電源和分布式儲能的集合體，正是基于這個條件微電網(wǎng)才能實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的能量存儲和轉(zhuǎn)化。5.智能電網(wǎng)能夠提供滿足未來用戶需求的電能質(zhì)量。而微電網(wǎng)構(gòu)建的條件之一是靠近負(fù)荷中心，對負(fù)荷進(jìn)行分級。微電網(wǎng)可以對不同級別的負(fù)荷實現(xiàn)個性化供電，即能夠為重要用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力服務(wù)。

三、新能源與智能電網(wǎng)

目前煤炭在我國一次能源消費(fèi)中占比高達(dá)70%，遠(yuǎn)高于29%的世界平均水平。在當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保和減排壓力下，加快新能源的發(fā)展，改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)已成為我國當(dāng)務(wù)之急：進(jìn)入21世紀(jì)后，美國電力科學(xué)研究院、美國能源部以及歐盟委員會等紛紛提出各自對未來智能電網(wǎng)的設(shè)想和框架，用以推進(jìn)新能源的發(fā)展進(jìn)程。但是如果新能源發(fā)電大規(guī)模接入就會引起電網(wǎng)電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)電壓、頻率的不穩(wěn)定等問題。因此，如何優(yōu)化新能源與智能電網(wǎng)的配置成為亟待解決的問題。

發(fā)展新能源和建設(shè)智能電網(wǎng)已成為世界的潮流。新能源與智能的電網(wǎng)發(fā)展是相輔相成的。從新能源利用方式來看，新能源主要通過轉(zhuǎn)化為電能實現(xiàn)其終端的利用，且新能源發(fā)電有著不同于常規(guī)電源的出力特性；電網(wǎng)作為電力輸送的載體，智能電網(wǎng)代表未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，是實現(xiàn)新能源發(fā)展的平臺和重要保障。新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展是我國轉(zhuǎn)變能源和電力發(fā)展方式，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的內(nèi)在要求。在我國，風(fēng)能、太陽能資源多集中分布在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的西部地區(qū)，更需要通過建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，全面提升電網(wǎng)的大范圍資源優(yōu)化配置能力，滿足新能源大規(guī)模接入和消納的需求。智能電網(wǎng)切合新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對經(jīng)濟(jì)具有強(qiáng)大的拉動作用.智能電網(wǎng)應(yīng)從我國的歷史背景和經(jīng)濟(jì)背景出發(fā)，探索高效的發(fā)展模式。

新能源指在技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)利用的能源，有太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能水能等非化石能源，具體即是能量的轉(zhuǎn)化，將太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等轉(zhuǎn)換成電能。新源的主要特征是可再生，而且分布廣、品種多，可當(dāng)?shù)鼗_發(fā)和分散式利用。更為突出的優(yōu)點是不含碳或含碳少：缺點是能量密度低，開發(fā)利用需要較大的空間，而且具有波動性、間隙性及不穩(wěn)定性等特征。智能電網(wǎng)的成熟成為新能源產(chǎn)業(yè)根本突破發(fā)展瓶頸的前提。

大力發(fā)展分布式能源勢必給當(dāng)前電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來巨大的挑戰(zhàn)。多數(shù)分布式能源的輸出功率具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，如風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等。大規(guī)模清潔電源的并入會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓水平變動、線路傳輸功率超出極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問題。智能電網(wǎng)技術(shù)有機(jī)融合了高級傳感、通信、自動控制等技術(shù)，具有自我管理與恢復(fù)、兼容性強(qiáng)等特點，其快速發(fā)展為分布式能源的無縫并網(wǎng)提供了良好的技術(shù)保障。通過合理利用各類高級控制技術(shù)，能推動各類分布式能源與現(xiàn)有電力系統(tǒng)的有機(jī)融合，實現(xiàn)“即插即用”、實時互動和協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前，分布式能源的開發(fā)利用多處于自治運(yùn)行模式，缺乏一個長遠(yuǎn)的具體發(fā)展模式，進(jìn)而實現(xiàn)分布式能源的大規(guī)模的開發(fā)利用。因此，積極研究智能電網(wǎng)環(huán)境下的分布式能源發(fā)展模式對未來實現(xiàn)分布式能源大規(guī)模的開發(fā)，緩解能源危機(jī)等戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要的意義

從利用角度來看，新能源只有當(dāng)它實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，才能發(fā)揮其作用。因此，新能源也期望能進(jìn)入電網(wǎng)，實現(xiàn)自身的價值。然而，新能源如太陽能和風(fēng)能在能量的轉(zhuǎn)化過程中存在一個致命的弱點就是其自身的間歇性、不穩(wěn)定性、不連續(xù)性等。這些必然降低電網(wǎng)的可調(diào)度性，甚至降低電網(wǎng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)的解裂，從而導(dǎo)致電網(wǎng)接入率低，風(fēng)電場利用小時數(shù)低，無法形成規(guī)模效應(yīng)等問題。因此，如何契合新能源與智能電網(wǎng)就成為當(dāng)務(wù)之急。

從協(xié)調(diào)發(fā)展內(nèi)涵來看，實現(xiàn)新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展就是要求新能源發(fā)展與智能電網(wǎng)發(fā)展在速度上匹配、在規(guī)模上均衡、在技術(shù)上適應(yīng)、在政策上配套。從新能源發(fā)展角度來看，新能源的發(fā)展要適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求，就是要建設(shè)電網(wǎng)友好型新能源電，全面提高新能源發(fā)電的可調(diào)、可控性，滿足電網(wǎng)靈活調(diào)度運(yùn)行的要求。從電網(wǎng)發(fā)展角度來看，電網(wǎng)的發(fā)展要適應(yīng)新能源發(fā)展的要求，就是要建設(shè)新能源友好型電網(wǎng)，即智能電網(wǎng)，全面提高電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力，滿足新能源大規(guī)模發(fā)展的要求。新能源與智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，從電力系統(tǒng)來看，涵蓋了發(fā)電、電網(wǎng)、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)，新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展應(yīng)該是在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)內(nèi)相互適應(yīng)、相互配合、相互促進(jìn)的過程，只有實現(xiàn)新能源和智能電網(wǎng)在各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能最終實現(xiàn)新能源與智能電網(wǎng)的總體協(xié)調(diào)發(fā)展。

從新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展分析來看，電網(wǎng)和發(fā)電環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)水平相對較高，而用電和調(diào)度環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)水平較低。表明目前實現(xiàn)新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)是用電，因此，我國新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的優(yōu)先次序依次是用電、調(diào)度、發(fā)電和電網(wǎng)環(huán)節(jié)。從各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展分析來看，各指標(biāo)對環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)度的影響程度不同，從而決定了各環(huán)節(jié)新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重點領(lǐng)域。發(fā)電環(huán)節(jié)的重點領(lǐng)域包括：建設(shè)電網(wǎng)友好型新能源電廠，提高新能源功率預(yù)測水平，加快調(diào)峰電源建設(shè)。電網(wǎng)環(huán)節(jié)的重點領(lǐng)域包括：加快配套電網(wǎng)建設(shè)，提高電網(wǎng)輸送能力，提高電網(wǎng)自愈能力。用電環(huán)節(jié)的重點領(lǐng)域包括：實施靈活電價機(jī)制，加強(qiáng)需求側(cè)管理，鼓勵用戶蓄能。調(diào)度環(huán)節(jié)的重點領(lǐng)域包括：實施靈活調(diào)度策略，加強(qiáng)新能源調(diào)控能力建設(shè)，將新能源全面納入調(diào)度計劃管理體系。

四、結(jié)語

從電網(wǎng)發(fā)展角度來看，電網(wǎng)的發(fā)展要適應(yīng)新能源發(fā)展的要求，就是要建設(shè)新能源友好型電網(wǎng)，即智能電網(wǎng)，全面提高電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力，滿足新能源大規(guī)模發(fā)展的要求。新能源與智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，從電力系統(tǒng)來看，涵蓋了發(fā)電、電網(wǎng)、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)，新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展應(yīng)該是在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)內(nèi)相互適應(yīng)、相互配合、相互促進(jìn)的過程，只有實現(xiàn)新能源和智能電網(wǎng)在各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能最終實現(xiàn)新能源與智能電網(wǎng)的總體協(xié)調(diào)發(fā)展。

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