電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

李曉森LI Xiao-sen

0 引言

針對(duì)電力工程施工建設(shè)而言，在智能化技術(shù)進(jìn)一步廣泛應(yīng)用和推行的背景之下，越來(lái)越廣泛的融入智能電網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)充分融入相關(guān)技術(shù)，不斷的優(yōu)化和完善智能電網(wǎng)的相關(guān)流程和操作方法，這樣可以使智能電網(wǎng)的質(zhì)量和作用得到更充分的體現(xiàn)。同時(shí)對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)體系建設(shè)和結(jié)構(gòu)改善也有著十分重要的作用，在居民的正常用電過(guò)程中可以體現(xiàn)出更為顯著的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用效能。電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，能夠提高智能電網(wǎng)的建設(shè)水平，基于此，加強(qiáng)對(duì)電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 智能電網(wǎng)含義及其優(yōu)勢(shì)

通常我們所稱(chēng)之為的智能電網(wǎng)主要指的是在電力工程和電網(wǎng)建設(shè)環(huán)節(jié)，有效融入智能化技術(shù)，并且對(duì)其進(jìn)行有效執(zhí)行和完善，確保各項(xiàng)環(huán)節(jié)有相對(duì)應(yīng)的智能化技術(shù)支持和保障，以此為電力工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化提供必要支持。智能電網(wǎng)自身優(yōu)勢(shì)包括以下幾種：

1.1 提升智能電網(wǎng)水平

電力工程技術(shù)在實(shí)際的操作過(guò)程中，可以使電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量效率進(jìn)一步提升，同時(shí)使整體應(yīng)用價(jià)值得到充分呈現(xiàn)，在針對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程中，要充分確保電力工程技術(shù)在其中得到有效融入并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)收集和整理，針對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的收集存儲(chǔ)和應(yīng)用，進(jìn)而為用戶(hù)自動(dòng)化的進(jìn)行用電控制，提供必要保障。同時(shí)通過(guò)電力數(shù)據(jù)的綜合作用，利用自動(dòng)化技術(shù)使用電更加科學(xué)合理，同時(shí)對(duì)于智能電網(wǎng)的建設(shè)全過(guò)程進(jìn)行有效管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面反饋和整理，進(jìn)而為智能電網(wǎng)建設(shè)水平的提升提供必要保障，同時(shí)通過(guò)電力工程技術(shù)的有效應(yīng)用可以充分防范人為因素的影響，使整體工作取得更加良好的建設(shè)成效和綜合效能。

1.2 更加節(jié)能環(huán)保，有助于資源整合

與傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)智能電網(wǎng)體系的有效構(gòu)建，這樣可以呈現(xiàn)出節(jié)能環(huán)保的效果，使各類(lèi)資源得到優(yōu)化處理和整合，這樣可以充分避免或者減少不必要的資金浪費(fèi)，同時(shí)通過(guò)智能電網(wǎng)的建設(shè)可以節(jié)能環(huán)保，對(duì)各類(lèi)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行充分應(yīng)用，進(jìn)而體現(xiàn)出良好的節(jié)能降耗的效果，為緩解我國(guó)用電緊張?zhí)峁┍匾С帧?/p>

1.3 加強(qiáng)電網(wǎng)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集能力

通過(guò)智能電腦的有效應(yīng)用，這樣可以針對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集整理，使隔離工序得到優(yōu)化和完善，為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息整理能力的提升提供必要的保障。同時(shí)在應(yīng)用電力工程技術(shù)的過(guò)程中，可以結(jié)合不同設(shè)備的功能和差異性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的分類(lèi)管理，這樣可以有效做好電網(wǎng)數(shù)據(jù)的換擋工作的同時(shí)也可以切實(shí)提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率，確保整個(gè)電網(wǎng)可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而確保數(shù)據(jù)信息更有效的整理和應(yīng)用，以此結(jié)合社會(huì)的需求為其提供必要的電力服務(wù)。

2 智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)

2.1 智能電網(wǎng)很堅(jiān)固

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)不同程度的干擾或者問(wèn)題，可以通過(guò)智能電網(wǎng)的有序進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且使其危害得到充分的降低，同時(shí)也可以著重做好各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)工作，進(jìn)而充分實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)處理，確保電力信息能夠得到充分應(yīng)用，進(jìn)而為智能電網(wǎng)運(yùn)行和安全可靠提供必要保障，使其更加堅(jiān)固，有效體現(xiàn)良好的效能。

2.2 智能電網(wǎng)有自愈的能力

自愈就是電網(wǎng)在智能系統(tǒng)的控制下會(huì)“自我療傷”，智能本身具有十分顯著的安全管控和分析應(yīng)對(duì)能力，在具體的操作過(guò)程中，可以通過(guò)實(shí)時(shí)在線運(yùn)作的模式使其呈現(xiàn)出更為顯著的預(yù)警效果，與此同時(shí)通過(guò)智能系統(tǒng)的有效作用也可以切實(shí)有效的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)相關(guān)故障自動(dòng)化的運(yùn)行和處理，進(jìn)而體現(xiàn)出更加良好的自我處理能力和系統(tǒng)自我恢復(fù)效果，同時(shí)有效防范各類(lèi)故障的出現(xiàn)，為智能電網(wǎng)更有效的排除問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

2.3 智能電網(wǎng)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特性

在電力市場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中需要充分做好智能電網(wǎng)的支持和推動(dòng)，在這樣的情況下，需要在電力市場(chǎng)和電力交易的過(guò)程中，更有效的推進(jìn)資源的整合和優(yōu)化配置，在智能電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中體現(xiàn)出資源能源的利用率提升效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，更有效地融入可持續(xù)發(fā)展理念，使電網(wǎng)呈現(xiàn)出更加經(jīng)濟(jì)更加實(shí)用的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，這對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行有巨大的推動(dòng)作用。

3 電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)中的具體應(yīng)用

3.1 智能電網(wǎng)建設(shè)中電力工程發(fā)電技術(shù)應(yīng)用

電力工程發(fā)電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，主要是借助于電力、電子設(shè)備進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)化和控制，采用新型電子設(shè)備能夠最大程度地控制能源的損耗，降低設(shè)備的運(yùn)行損耗，從而提升智能電網(wǎng)的運(yùn)行效率，為電網(wǎng)向高壓化方向發(fā)展創(chuàng)造有利條件。隨著對(duì)電能的需求量大幅提升，在傳統(tǒng)能源日益緊缺的形勢(shì)下，需要尋求更多的新能源發(fā)電技術(shù)。利用電力工程發(fā)電技術(shù)可將風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等新能源發(fā)電形式接入智能電網(wǎng)，但是對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)和利用存在季節(jié)性和穩(wěn)定性的弊端，所以在智能電網(wǎng)建設(shè)中，電力工程發(fā)電技術(shù)還應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注能源的有效應(yīng)用，在并網(wǎng)技術(shù)方面切實(shí)融入，同時(shí)把新能源應(yīng)用在智能電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中來(lái)，這樣可以為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供必要保障，避免對(duì)智能電網(wǎng)造成過(guò)大的沖擊。

3.2 智能電網(wǎng)建設(shè)中輸電技術(shù)應(yīng)用

智能電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)于電能質(zhì)量有更為嚴(yán)格的要求，而電能質(zhì)量對(duì)于供電質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的直接影響，為了充分確保電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行需要充分做好各類(lèi)技術(shù)的優(yōu)化和完善，同時(shí)確保相關(guān)技術(shù)人員著重掌握輸電技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和效能，對(duì)于各類(lèi)注意事項(xiàng)也可以充分掌握同時(shí)匹配高科技的設(shè)備設(shè)施，可以使用超導(dǎo)無(wú)功補(bǔ)償，使其建設(shè)效率能夠得到提升。無(wú)功補(bǔ)償裝置一般選擇靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC） 與靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）。SVC 是一種并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1。其中L 為電抗器，C 為電容器，SCR 為可控硅。

圖1 SVC 的結(jié)構(gòu)圖

靜止同步補(bǔ)償器國(guó)內(nèi)曾將其稱(chēng)為新型靜止無(wú)功發(fā)生器 （AvdancedtSiatcVARGenerator）， 簡(jiǎn) 稱(chēng) 為 ASVG。STATCOM 的原理結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 STATCOM 結(jié)構(gòu)圖

3.3 智能電網(wǎng)建設(shè)中新型能量轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用

我國(guó)地域遼闊，人口眾多，盡管我國(guó)有著十分豐富的自然資源，但是在智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，如果沒(méi)有融入可持續(xù)發(fā)展理念，極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的能源危機(jī)，因此在應(yīng)用新技術(shù)新模式的過(guò)程中，需要充分做好新型能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而為社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。同時(shí)盡可能挖掘和利用太陽(yáng)能資源，使能量轉(zhuǎn)換技術(shù)得到充分的應(yīng)用，盡量減少煤炭資源的消耗，使太陽(yáng)能發(fā)電更加高質(zhì)高量，吻合綠色發(fā)展理念，同時(shí)充分融入智能電網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)內(nèi)容，使新型能量轉(zhuǎn)換技術(shù)得到充分應(yīng)用，確保智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)而為電力建設(shè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供必要支持。

3.4 配電變電站多階段優(yōu)化規(guī)劃中智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

3.4.1 模型分析

這對(duì)配電變電站多階段的優(yōu)化問(wèn)題而言，需要更充分的體現(xiàn)出充分顯著的效能和價(jià)值在其中存在一定程度的不確定性因素，因此要進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，要確保最優(yōu)化的路徑能夠得到有效明確，并且使其費(fèi)用能夠得到充分的降低，在具體的操作過(guò)程中需要充分做好調(diào)研分析工作。如圖3 所示。

圖3 多階段規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)示意圖

不同階段有著社會(huì)顯著的關(guān)聯(lián)性，后一階段的某一狀態(tài)在對(duì)應(yīng)前一階段實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，體現(xiàn)出不可逆的特點(diǎn)。如某變電站在目標(biāo)年?duì)顟B(tài)為110kV，容量2×50MVA，初始年?duì)顟B(tài)為35kV，容量1×20MVA。在某一階段做出升壓至110kV 決策，容量從1×20MVA 變?yōu)?×50MVA，這對(duì)于此類(lèi)情況而言，對(duì)容量進(jìn)行有效計(jì)算，使其保持不變，然后對(duì)其壓力不會(huì)進(jìn)行升高，從另一方面來(lái)看針對(duì)資金應(yīng)用和不同階段的復(fù)核來(lái)說(shuō)，用同樣的決策，在不同的階段所涉及的相關(guān)資金和費(fèi)用，往往也有很大的差異，在這樣的情況下使得后續(xù)決策往往有不同的措施和策略，針對(duì)不同策略而言，所呈現(xiàn)出的函數(shù)值也有著顯著的差異性。

3.4.2 建模步驟

①針對(duì)問(wèn)題的多個(gè)階段進(jìn)行充分的分析，有針對(duì)性的結(jié)合具體的時(shí)空順序，對(duì)于遞推關(guān)系的若干階段進(jìn)行充分的滿(mǎn)足；②針對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行選擇的過(guò)程中，要確保其具備以下兩個(gè)特征：1）可知性，即過(guò)去演變過(guò)程的各階段狀態(tài)變量的取值，能直接或間接確定；2）能夠確切描述過(guò)程的演變且滿(mǎn)足無(wú)后效性；③根據(jù)狀態(tài)變量和決策變量，正確給出轉(zhuǎn)移方程或規(guī)則；④有針對(duì)性的結(jié)合指標(biāo)函數(shù)明確相關(guān)數(shù)據(jù)，并且充分明確最優(yōu)指標(biāo)函數(shù)的遞推關(guān)系和邊界條件。

3.4.3 模型解算

3.4.3.1 模型降維方法

設(shè)第k 階段的狀態(tài)數(shù)為m，每一階段的決策變量數(shù)目為n，則

有上述的降維方法和相關(guān)公式的探究，可以看到，針對(duì)不同階段來(lái)說(shuō)，所呈現(xiàn)出的狀態(tài)指數(shù)對(duì)有著十分顯著的不同，為了確保整體的復(fù)雜度能夠得到減少，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施進(jìn)度，在對(duì)其進(jìn)行操作的時(shí)候結(jié)合實(shí)際情況有效采取相應(yīng)的實(shí)施途徑。首先可以確保階段數(shù)能夠得到有效減少，也就是說(shuō)，在具體的時(shí)間范圍之內(nèi)是不同階段的長(zhǎng)度得到有效延長(zhǎng)，這樣可以使規(guī)劃范圍之內(nèi)的狀態(tài)總數(shù)得到有效減少，同時(shí)不同階段的狀態(tài)數(shù)值不會(huì)因?yàn)榫唧w變化出現(xiàn)改變。其次，可以有效減少n 值，也就是說(shuō)確保決策變量數(shù)目能夠得到有效減少，這樣可以進(jìn)一步降低總體的狀態(tài)數(shù)和階段的狀態(tài)數(shù)等等，在具體應(yīng)用過(guò)程中通過(guò)具體調(diào)研分析，可以通過(guò)相對(duì)應(yīng)的約束規(guī)則，使決策變量數(shù)目可以得到有效減少，例如，在變電站的多階段運(yùn)行過(guò)程中，可以利用決策變量的行為形式，結(jié)合不同階段的具體情況來(lái)規(guī)范和約束相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量，以此呈現(xiàn)出更為顯著的應(yīng)用價(jià)值。

3.4.3.2 模型建立和解算

①模型建立。

下面可以結(jié)合具體案例，針對(duì)變電站多階段的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建過(guò)程進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的說(shuō)明這個(gè)模型有十分顯著的適用性。

針對(duì)某地區(qū)來(lái)說(shuō)，在建設(shè)變電站的過(guò)程中有針對(duì)性的構(gòu)建兩個(gè)變電站，一個(gè)是已有的變電站，另外一個(gè)是新建的變電站，對(duì)其初始狀態(tài)容量要充分的明確，分別是2×31.5MVA 和0。設(shè)初始和目標(biāo)年的容載比為2.0，功率因數(shù)為0.9，中間各階段容載比為1.6，負(fù)荷增長(zhǎng)率為66.6%，針對(duì)總體的規(guī)劃期來(lái)說(shuō)，對(duì)其進(jìn)行相對(duì)的劃分，主要分成三個(gè)不同的階段，在目標(biāo)規(guī)劃年方面主要是第3 個(gè)階段，現(xiàn)在需要注重針對(duì)一個(gè)階段和第2 個(gè)階段的可行狀態(tài)變量進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)件，一次更充分的體現(xiàn)出應(yīng)有的構(gòu)建效果。

②模型解算。

要注重針對(duì)變電站不同階段的規(guī)劃圖以及其中的數(shù)值進(jìn)行評(píng)估和判斷，同時(shí)也要進(jìn)一步明確新增公車(chē)的具體費(fèi)用，針對(duì)變電站的具體費(fèi)用來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)相關(guān)模型得出代入容量，同時(shí)明確線路的具體費(fèi)用和供電范圍。

在具體的計(jì)算和相關(guān)公式的推進(jìn)過(guò)程中，要通過(guò)相對(duì)應(yīng)的公式對(duì)于不同階段的路徑進(jìn)行有效計(jì)算，然后從計(jì)算結(jié)果中選出最優(yōu)化的路徑，在具體的操作過(guò)程中要充分明確相對(duì)應(yīng)的計(jì)算思路，要從不同的階段出發(fā)，注重做好全面深入的調(diào)研和分析工作，對(duì)于不同網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)始狀態(tài)到初始狀態(tài)，終點(diǎn)狀態(tài)等等要充分的明確逐個(gè)階段進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的明確，這樣才能體現(xiàn)出不同狀態(tài)的綜合數(shù)值，在具體的操作過(guò)程中可以有效利用下面的公式：

式中，C（Sk，j）為從第k 階段的狀態(tài)j 至目標(biāo)階段的最小費(fèi)用；C（S（k+1），i）為k+1 階段狀態(tài)i 至目標(biāo)階段的最小費(fèi)用；C（Sk，j，S（k+1），i）為狀態(tài)轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的投資等年值；nk為k 階段的可行狀態(tài)數(shù)；r 為k 階段的貼現(xiàn)率。同時(shí)將每個(gè)階段的每個(gè)狀態(tài)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑和費(fèi)用分別存放在P（k，j）和Sk，j，中，k=1，2，…，T；j=1，2，…，nk，nk為第k 階段的狀態(tài)數(shù)。利用存放在P（k，j）和C（Sk，j，0）中的不同狀態(tài)，然后針對(duì)相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化路徑進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，同時(shí)對(duì)于具體的費(fèi)用信息也進(jìn)行充分明確，在嚴(yán)格細(xì)致的計(jì)算過(guò)程中可以獲得相對(duì)應(yīng)的最為優(yōu)化的線路，也就是說(shuō)在動(dòng)態(tài)規(guī)劃過(guò)程中體現(xiàn)出最理想的策略支持在具體的配電站開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，通過(guò)該方法的有效應(yīng)用，這樣可以使選址問(wèn)題得到有效優(yōu)化再精準(zhǔn)的模型計(jì)算和規(guī)劃完善過(guò)程中，使其呈現(xiàn)出更加良好的效能。

原有變電站六座，標(biāo)號(hào)為1，2，3，4，5，6。不同階段所涉及的間隔為5 年，對(duì)于各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總和統(tǒng)計(jì)之后，相關(guān)負(fù)荷情況見(jiàn)表1，具體容量情況見(jiàn)表2。

表1 變電站各階段所供負(fù)荷總量

表2 變電站各階段容量表

4 結(jié)束語(yǔ)

電力工程技術(shù)是電能生產(chǎn)、輸送、分配和使用中的關(guān)鍵技術(shù)，有著十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，而且在新能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域也有重要的作用，為促進(jìn)我國(guó)智能電網(wǎng)的進(jìn)一步完善奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際情況介入多種類(lèi)型的發(fā)電形式，為促進(jìn)我國(guó)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用提供了基礎(chǔ)保障，為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。