智能電網(wǎng)在電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用

湯俊峰，周錦旺

（國網(wǎng)浙江縉云縣供電有限公司，浙江 麗水 321400）

0 引 言

智能電網(wǎng)是建立在物理電網(wǎng)基礎(chǔ)上的，集現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)于一體的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)涵蓋的環(huán)節(jié)有發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、調(diào)度環(huán)節(jié)以及變電環(huán)節(jié)等。它不僅可以減少運(yùn)營成本，而且可以提升系統(tǒng)的安全性、可靠性以及自愈性。

1 智能電網(wǎng)的概念

2006年，美國IBM公司提出“智能電網(wǎng)”解決方案。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化（智電電力），也被稱為“電網(wǎng)2.0”。它建立在集成的、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)。它的主要特征包括自愈、激勵和保護(hù)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、啟動電力市場及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行[1]。

2 智能電網(wǎng)的特征分析

與現(xiàn)有電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)體現(xiàn)出電力流、信息流和業(yè)務(wù)流高度融合的顯著特點。其先進(jìn)性和優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面。第一，具有堅強(qiáng)的電網(wǎng)基礎(chǔ)體系和技術(shù)支撐體系，能抵御各類外部干擾和攻擊，能適應(yīng)大規(guī)模清潔能源和可再生能源的接入，電網(wǎng)的堅強(qiáng)性得到鞏固和提升。第二，信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)融合，可獲取電網(wǎng)的全景信息，及時發(fā)現(xiàn)、預(yù)見可能發(fā)生的故障。故障發(fā)生時，電網(wǎng)可以快速隔離故障，實現(xiàn)自我恢復(fù)，從而避免大面積停電的發(fā)生。第三，柔性交/直流輸電、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)、智能調(diào)度、電力儲能以及配電自動化等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)運(yùn)行控制更加靈活、經(jīng)濟(jì)，并能適應(yīng)大量分布式電源、微電網(wǎng)及電動汽車充放電設(shè)施的接入。第四，通信、信息和現(xiàn)代管理技術(shù)的綜合運(yùn)用，將大大提高電力設(shè)備使用效率，降低電能損耗，使電網(wǎng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)和高效。第五，實現(xiàn)實時和非實時信息的高度集成、共享與利用，為運(yùn)行管理展示全面、完整和精細(xì)的電網(wǎng)運(yùn)營狀態(tài)圖，同時能提供相應(yīng)的輔助決策支持、控制實施方案和應(yīng)對預(yù)案。第六，建立雙向互動的服務(wù)模式，用戶可以實時了解供電能力、電能質(zhì)量、電價狀況和停電信息，合理安排電器使用；電力企業(yè)可以獲取用戶的詳細(xì)用電信息，為其提供更多的增值服務(wù)[2]。

3 智網(wǎng)電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)剖析

3.1 通信技術(shù)

由于智能電網(wǎng)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、保護(hù)和控制時需要通信系統(tǒng)的支持，因此智能電網(wǎng)的主要目標(biāo)是建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)與電網(wǎng)一樣，都要深入家家戶戶，這就形成了兩個緊密相連的網(wǎng)絡(luò)，即電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)。它實現(xiàn)了智能電網(wǎng)的目標(biāo)和關(guān)鍵功能。

通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施（動態(tài)，實時信息和交互式電源交換的）。當(dāng)建成通信系統(tǒng)后，可以大大提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)利用效率，繁榮電力市場，還能有效改善及提升電網(wǎng)的價值及作用。

3.2 設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)需要廣泛運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，進(jìn)而提升輸配電系統(tǒng)的性能。今后，智能電網(wǎng)中的設(shè)備將會在材料、電力電子、超導(dǎo)、微電子技術(shù)及儲能方面得到充分運(yùn)用，且其科研成果會越來越明顯，這樣可提升功率密度，改善電能質(zhì)量，增強(qiáng)供電可靠性，提升電力生產(chǎn)效率。

智能電網(wǎng)在今后將重點運(yùn)用電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量儲能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。通過運(yùn)用新技術(shù)，尋求電網(wǎng)及負(fù)荷特性間最佳的平衡點，以提升電能質(zhì)量。通過對各種各樣的先進(jìn)設(shè)備（基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備）進(jìn)行運(yùn)用及改造，提升電網(wǎng)輸送容量及可靠性。通過將許多新的儲能設(shè)備及電源融合到配電系統(tǒng)中，對新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如微電網(wǎng)等進(jìn)行有效運(yùn)用[3]。

FACTS是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。

比較常見的FACTS包括靜止無功補(bǔ)償器、靜止同步補(bǔ)償器、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置和可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置。除了實現(xiàn)潮流控制和電壓控制外，它還為電力系統(tǒng)提供了一種較為靈活的抑制低頻振蕩的方式。

4 應(yīng)用意義

4.1 高效減壓

電力系統(tǒng)是全部用電線路結(jié)合的產(chǎn)物。所以，將智能電網(wǎng)運(yùn)用到電力系統(tǒng)規(guī)劃中，能推動整個電力系統(tǒng)朝著高效、安全、集成的方向發(fā)展。智能電網(wǎng)集發(fā)電、輸電及變電于一體，可實現(xiàn)電力運(yùn)輸?shù)摹耙粭l龍”式服務(wù)，并在很大程度上節(jié)約電能運(yùn)輸成本。除此之外，對于整體電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，智能電網(wǎng)還為其提供了有效的平臺，為其管理工作提供了諸多便利條件，還能夠有效緩解電路管理工作壓力。

4.2 安全防害

在氣候等因素的影響下，傳統(tǒng)的電網(wǎng)極有可能產(chǎn)生斷電或者漏電的現(xiàn)象。這樣不僅會擾亂人們正常的生活秩序，甚至還會嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。而在電力系統(tǒng)規(guī)劃中運(yùn)用智能電網(wǎng)，能有效降低氣候等因素對電路的干擾程度，還能應(yīng)對傳統(tǒng)電力被外力入侵卻無反應(yīng)的尷尬情形，從而降低傳統(tǒng)電網(wǎng)斷電及漏電的可能性，保障人們正常的生活秩序和人身安全。與此同時，它能主動出擊，全力對抗外力入侵，如病毒的惡性攻擊。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)具有強(qiáng)大的自我保護(hù)能力，在今后的電力系統(tǒng)規(guī)劃中必將立于不敗之地。

4.3 調(diào)節(jié)優(yōu)化

在電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，應(yīng)用智能電網(wǎng)可以依據(jù)實際的地區(qū)供電需求，提供科學(xué)、合理的供電方案，還可以優(yōu)化、改進(jìn)和調(diào)配供電線路。在過去，電網(wǎng)反應(yīng)比較慢，在應(yīng)對負(fù)荷較大的電流時，只能選擇“忍讓”，長此以往，電路的正常運(yùn)輸通道會遭到損害，其運(yùn)輸負(fù)擔(dān)會越來越大。為了改變這一局面，可在電路管理過程中運(yùn)用智能電網(wǎng)。因為在周邊環(huán)境發(fā)生巨大變化的情況下，智能電網(wǎng)能依據(jù)實際情況在第一時間自動制定相應(yīng)的電路解決方案，同時還能自動執(zhí)行可行性方案，無須使用人工進(jìn)行調(diào)配，對電路配置方案的改進(jìn)、電路管理效率的提升具有非常重要的作用。

4.4 自動求解

將智能電網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃中，可在一定程度上實現(xiàn)對煩瑣問題的處理，還可實現(xiàn)智能化調(diào)度，科學(xué)地管理電力系統(tǒng)運(yùn)行的各種情況，同時可以以最少的成本合理規(guī)劃電力系統(tǒng)。因此，將智能電網(wǎng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)規(guī)劃中，可快速高效地尋找到最佳的解決問題的途徑。

5 實際應(yīng)用研究

5.1 在電力調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用

在總體電力系統(tǒng)規(guī)劃中，電力調(diào)度是最重要的組成部分。而在電力調(diào)度中運(yùn)用智能電網(wǎng)，可以更加科學(xué)、有效地管理電力系統(tǒng)的用電情況。智能電網(wǎng)的引進(jìn)極大地豐富了電力資源，促使電網(wǎng)能跟蹤分析電力資源，還能對其進(jìn)行目的性的調(diào)節(jié)。此外，運(yùn)用智能電網(wǎng)還能全面分析電力運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)而順利進(jìn)行后續(xù)操作。

5.2 在電力技術(shù)中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)的推廣運(yùn)用具體體現(xiàn)在改進(jìn)與創(chuàng)新當(dāng)前使用的電力技術(shù)，因為智能電網(wǎng)需要新型的電力技術(shù)提供支持，還需要改變與傳統(tǒng)電網(wǎng)相匹配的部分，如器件、電器，從而順應(yīng)時代的發(fā)展需求，促使電力系統(tǒng)更好地滿足社會要求[4]。

5.3 雙向通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)在雙向通信領(lǐng)域中也有非常關(guān)鍵的運(yùn)用?？茖W(xué)地運(yùn)營智能電網(wǎng)，能使雙向通信快速記錄電力使用情況、電力運(yùn)輸過程，同時傳輸獲取的數(shù)據(jù)。科學(xué)地運(yùn)用智能電網(wǎng)，在很大程度上能高效縮短雙向通信的時間。此外，科學(xué)地運(yùn)用智能電網(wǎng)，能有效提升電力運(yùn)輸?shù)木珳?zhǔn)性及電力分配的準(zhǔn)確性，最終提升電力系統(tǒng)的工作效率。

5.4 智能固態(tài)表針的應(yīng)用

在過去的電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，電磁表的運(yùn)用比較廣泛，能高效管理用電情況。與電磁表相比，智能固態(tài)表針的特征及優(yōu)勢則更加顯著。智能固態(tài)表針可以在電網(wǎng)系統(tǒng)的輻射范圍內(nèi)連續(xù)測量終端用戶在一天中不同時段的電能需求，還可以將電力公司指定的高峰和低谷電價信號和費(fèi)率儲存在電力系統(tǒng)計數(shù)設(shè)備中，并在終端用戶操作界面上反映任一時段的電費(fèi)政策的相關(guān)信息。

5.5 在輸電配電中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)規(guī)劃中，輸電和配電是關(guān)鍵步驟。如何在輸配電中運(yùn)用智能電網(wǎng)，是目前最重要的問題之一。在輸配電中，有效利用智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)電力資源的高效運(yùn)用，解決長距離的電力系統(tǒng)相連接的問題，還能進(jìn)一步運(yùn)用超高溫高導(dǎo)電措施，實現(xiàn)損失消耗最小化，同時控制污染度為零。

6 未來發(fā)展趨勢

6.1 通過加強(qiáng)運(yùn)營管理與成本控制來提升供電效率及服務(wù)質(zhì)量

社會化進(jìn)程的推進(jìn)，使得電力系統(tǒng)面臨著巨大壓力。與此同時，市場經(jīng)濟(jì)、發(fā)用電計劃及配電業(yè)務(wù)的變革，促使智能電網(wǎng)面臨更多挑戰(zhàn)。在此種情形下，不僅要確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)營，還要研發(fā)新型電力技術(shù)，以節(jié)約發(fā)電成本。因此，通過強(qiáng)化運(yùn)營管理及成本控制，提升供電效率及供電服務(wù)質(zhì)量是非常必要的。

6.2 構(gòu)建新型能源體系

可以利用智能電網(wǎng)來構(gòu)建新型能源體系，以轉(zhuǎn)化后的新型能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源，提升能源利用率，實現(xiàn)能源的可循環(huán)利用。隨著智能電網(wǎng)的持續(xù)進(jìn)步，將來電力系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)將以新型能源為基本標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)能源生產(chǎn)，全面實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

6.3 電力市場化

構(gòu)建電力行業(yè)平等競爭的市場機(jī)制，即實現(xiàn)電力市場化。在市場經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，根據(jù)電力行業(yè)的發(fā)展需求，在保證中國用電安全的基礎(chǔ)上，逐步優(yōu)化電力市場競爭環(huán)境，促使其實現(xiàn)科學(xué)化、有序化、公平性及公正性，構(gòu)建發(fā)電公司的競標(biāo)電網(wǎng)機(jī)制，并建立電網(wǎng)公司電力產(chǎn)品銷售機(jī)制，用于競爭性的傳輸、分配、交付和銷售中，促使電力市場化得以充分實現(xiàn)。

7 結(jié) 論

在電力行業(yè)發(fā)展中，智能電網(wǎng)是其重要組成部分，其能在很大程度上解決電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中存在的各種問題。近年來，我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電力行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用不斷凸顯。為了充分發(fā)揮其重要作用，必須在我國電力行業(yè)中，尤其是電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中運(yùn)用智能電網(wǎng)。