張興華,林頌晨
(中國電建集團海南電力設(shè)計研究院有限公司,海南 海口 570203)
電能是一種較為清潔的二次能源,其在社會生產(chǎn)生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電力系統(tǒng)規(guī)劃是電力資源高效利用的基礎(chǔ)。而將智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃中,能徹底改變傳統(tǒng)的電力資源利用形式,實現(xiàn)電力資源的靈活配置和高效利用。
智能電網(wǎng)包含用戶終端、配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)4個關(guān)鍵組成部分。在智能電網(wǎng)用戶終端,除既有的用電功能外,智能電網(wǎng)增加了PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)、WSN(Wireless Sensor Network,無線傳感器網(wǎng)絡(luò))、藍(lán)牙及WLAN(Wireless Local Area Networks,無線局域網(wǎng))形式的家用服務(wù)總線接口,同時為用戶終端配置統(tǒng)一固定的電子標(biāo)識碼,并設(shè)置與功能相匹配的軟硬件程序,確保了用電控制的安全性、可靠性。配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分,不僅包含電能與通信集成系統(tǒng),而且涉及分布式能源系統(tǒng)等。智能配電系統(tǒng)改變了原有的拓?fù)浣涌冢沟门潆娋W(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用更加靈活、高效,而且能動態(tài)進行電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢測,在降低損耗的同時提高電網(wǎng)利用率。智能輸電系統(tǒng)是電力資源從發(fā)電系統(tǒng)到用戶終端傳輸?shù)闹匾d體,其在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計中,要求深化整個輸電網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù),確保輸電網(wǎng)絡(luò)具有較高的“自愈”能力。與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)相比,智能電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)最顯著的區(qū)別在于其進一步加大了可再生能源的利用規(guī)模,尤其是在風(fēng)電和光電等領(lǐng)域,其發(fā)電設(shè)備的應(yīng)用更具標(biāo)準(zhǔn)化和智能化優(yōu)勢[1]。
步入新時期以來,社會生產(chǎn)對于電力資源的需求量不斷增加,促使智能電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模不斷擴大(見表1)。從智能電網(wǎng)應(yīng)用過程來看,其具有以下特征。一是智能電網(wǎng)本身具有可靠性特點。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)應(yīng)用中,電網(wǎng)本身容易受到外界因素的干擾,對于居民用電造成了較大阻礙。采用智能電網(wǎng)系統(tǒng)能實現(xiàn)有效抵御外界風(fēng)險因素,對于維護電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性具有積極作用。二是在智能控制技術(shù)的支撐下,智能電網(wǎng)實現(xiàn)了發(fā)電、輸電、配電與用電的有效銜接,在一定程度上實現(xiàn)了信息流、電力流以及業(yè)務(wù)流的高度集成,并且這種集成性特征為電力系統(tǒng)的信息共享創(chuàng)造了機會。三是智能電網(wǎng)具有自愈性特點。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建設(shè)中,電力技術(shù)的應(yīng)用存在一定缺陷,使得外界因素容易對于電力系統(tǒng)的使用造成干擾,從而引發(fā)電力系統(tǒng)運行故障。為徹底解決這些問題,提升電力系統(tǒng)應(yīng)用的高效性、穩(wěn)定性和安全性,對新時期的智能電網(wǎng)建設(shè)提出了系統(tǒng)“自愈性”要求。通過智能電網(wǎng)自愈性設(shè)計,能合理解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)應(yīng)用問題,提升智能電網(wǎng)運作效率與安全性[2]。
表1 我國電力資源應(yīng)用規(guī)模
相比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng),智能電網(wǎng)對電能存儲容量提出了更高要求。采用大容量儲能技術(shù),能顯著提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電效率和質(zhì)量,同時能提升電力企業(yè)自身的盈利能力,滿足居民和企業(yè)的用電需要。目前,大容量儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用逐漸增多,從儲能形式來看,物理儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能以及相變儲能是大容量儲能技術(shù)應(yīng)用的4種形態(tài)。抽水儲能是物理儲能的典型形式,其綜合效率保持在70%~85%。截至2020年,在全世界范圍內(nèi),抽水蓄能電站總裝機容量已經(jīng)達到9×107kW,占全球發(fā)電總?cè)萘康?%,我國抽水蓄能電站裝機容量已居世界第一,在運規(guī)模達2.849×107萬kW,在建規(guī)模達3.871×107kW,到2020年年底,我國運行總?cè)萘繉⑦_4×107kW。在電化學(xué)儲能中,除鈉硫電池、液流電池外,鉛酸電池、鎳鎘電池以及超級電容器等都是較為常用的形式。電磁儲能主要是用超導(dǎo)體制成線圈儲存磁場能量,該儲能系統(tǒng)應(yīng)用具有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高以及比能量/比功率大等優(yōu)勢[3](見表2)。相變儲能中最常見的是冰蓄冷技術(shù)。從應(yīng)用效果來看,大容量蓄能技術(shù)有效提升了電力輸送的穩(wěn)定性,其在緩解用電緊張問題的基礎(chǔ)上,給人們的生活生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。
智能通信技術(shù)是智能電網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ),具有高效性、集成性以及雙向性等特點。相比傳統(tǒng)電網(wǎng),智能電網(wǎng)的規(guī)模更大,其通信數(shù)據(jù)更加繁多。在智能通信實現(xiàn)過程中,智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)的獲取、控制及保護具有較強的專業(yè)性、綜合性以及復(fù)雜性,數(shù)據(jù)獲取困難影響了電網(wǎng)控制、運行效率。新時期,智能通信技術(shù)依托高效、集成、雙向的技術(shù)特征,為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取和控制創(chuàng)造了良好條件。一方面,在較多智能電子設(shè)備、電子控制器的作用下,融合使用智能表計、控制系統(tǒng)以及保護系統(tǒng)等,有效地實現(xiàn)了電網(wǎng)工程網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,對于提升電網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和水平具有較大影響;另一方面,在強大的智能通信技術(shù)的支撐下,電力工作人員可以及時地對配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障進行監(jiān)測,增強電網(wǎng)的防御性,通過對外部風(fēng)險要素的有效抵御,智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性更加突出,其能更好地服務(wù)于社會經(jīng)濟發(fā)展。
超導(dǎo)技術(shù)主要是通過超導(dǎo)體材料的作用,降低輸電過程損耗的一種技術(shù),其應(yīng)用形式多樣。一方面,可利用超導(dǎo)技術(shù)、超導(dǎo)材料制作磁體,應(yīng)用于電機、高能粒子加速器等設(shè)備中,以提升相應(yīng)設(shè)備的性能;另一方面,超導(dǎo)技術(shù)在高壓輸電中也有廣泛應(yīng)用。高壓輸電的電壓等級多保持在500~1 000 kV,有效提升了線路走廊的利用率,但超高壓輸電過程仍然存在一定的電力損耗。采用超導(dǎo)技術(shù)開展電力輸送,能有效地減少超高壓輸電的電力損耗。在智能電網(wǎng)輸電系統(tǒng)中,采用超導(dǎo)技術(shù)可有效保證電網(wǎng)輸電的效率及質(zhì)量,對于保障居民生活、促進經(jīng)濟發(fā)展具有積極作用。
智能診斷技術(shù)是智能電網(wǎng)自愈功能實現(xiàn)的基礎(chǔ),該技術(shù)可對電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用情況進行全面診斷、分析和預(yù)測,為人們處理電網(wǎng)系統(tǒng)故障提供有效依據(jù)。智能診斷即為智能電網(wǎng)的“專家系統(tǒng)”,該系統(tǒng)能在很大程度上防止電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障,更好地保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性及安全性[4]。需要注意的是,智能診斷技術(shù)應(yīng)用的前提是獲取電網(wǎng)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù),因此使得該技術(shù)通常與智能通信技術(shù)銜接使用。在電網(wǎng)元件監(jiān)測中,通過對電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)參數(shù)的有效收集、分析和檢測,能有效發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障,隨后借助自動控制的執(zhí)行,可解決電網(wǎng)故障問題,滿足智能電網(wǎng)自愈控制需要?,F(xiàn)階段,“專家系統(tǒng)”在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用不斷深入,其能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常問題,并在第一時間做出反應(yīng),有效地提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平,確保了電力系統(tǒng)控制、運行的高效性。
表2 超導(dǎo)電磁儲能應(yīng)用
智能固態(tài)表計是智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的重要形式。隨著電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃規(guī)模的擴大,智能固態(tài)表計的應(yīng)用也在逐漸加深。從應(yīng)用過程來看,該技術(shù)不僅能實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定性的有效評估,而且能對電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備的完整性進行檢測。此外,其能在讀取并分析表計上顯示的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,判斷用戶是否存在偷電或者其他的不法行為。這既保證了供電企業(yè)本身的效益,而且確保了整個配電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的安全性。值得注意的是,在電力系統(tǒng)規(guī)劃中,合理使用智能固態(tài)表計這一智能電網(wǎng)技術(shù),能有效提升電網(wǎng)元件之間的通信能力和自適應(yīng)能力,減少電網(wǎng)系統(tǒng)故障停電等問題的發(fā)生概率,避免電網(wǎng)故障對人們的生產(chǎn)生活造成影響。
在電力系統(tǒng)規(guī)劃中,若電網(wǎng)規(guī)劃不細(xì)致,技術(shù)應(yīng)用不合理,則易導(dǎo)致電網(wǎng)的線路出現(xiàn)超負(fù)荷運行的現(xiàn)象,進而威脅電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性。新時期,智能電網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用不斷深入。從應(yīng)用過程來看,智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具有以下發(fā)展趨勢。一是智能化電網(wǎng)技術(shù)與電力系統(tǒng)規(guī)劃工作相融合的趨勢逐步加深,在一定程度上有利于智能化電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新,而且能使得電力系統(tǒng)的規(guī)劃工作得到改善,對于電力工程現(xiàn)代化發(fā)展具有積極作用。二是數(shù)據(jù)共享是智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的另一個趨勢。在電力系統(tǒng)規(guī)劃中,受電網(wǎng)系統(tǒng)分布范圍廣、維護管理難度大等因素的影響,往往需要從多個層面進行配電、發(fā)電、變電、輸電過程的協(xié)同。信息傳遞與共享是電網(wǎng)運維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ),在智能電網(wǎng)建設(shè)中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享已成為一種必然趨勢。三是在未來電力系統(tǒng)規(guī)劃工作中,需要工作人員通過遠(yuǎn)程管理方式進行動態(tài)化監(jiān)督、控制,提升電力系統(tǒng)規(guī)劃、管理效果。
新時期,人們對于電力資源的需求量不斷增加。在電力系統(tǒng)規(guī)劃中,電力工作者深刻認(rèn)識到智能電網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢特征,立足配電網(wǎng)建設(shè)實際,實現(xiàn)智能電網(wǎng)技術(shù)與電力系統(tǒng)規(guī)劃的深度融合,才能有效提升智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平,促進我國電力工程有序發(fā)展。