智能電網(wǎng)解析
引言
從概念提出到工程實踐探索,智能電網(wǎng)經(jīng)歷了由論壇、技術(shù)路線再到政府企業(yè)推動等一系列發(fā)展歷程,這些可以從國內(nèi)外的發(fā)展概況大致尋覓到一些蹤跡。
智能電網(wǎng)概念的提出源自于美國。為升級其老化的電網(wǎng),提升電網(wǎng)的安全性、可靠性,并提高用電方效率,節(jié)省用電支出,美國的研究機(jī)構(gòu)于2001年提出智能電網(wǎng)的概念,又在2009年將其確立為國家戰(zhàn)略,并相繼成立了智能電網(wǎng)聯(lián)盟和其他組織。在政府、電力企業(yè)和制造企業(yè)共同推廣下,Xcel公司建設(shè)了世界上第一個以智能計量為基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)城市一博爾德(Boulder),逐步開展智能電網(wǎng)的工程實踐和示范應(yīng)用。美國專注發(fā)展智能電網(wǎng)的配電和配電側(cè),注意電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的更新和升級,同時促進(jìn)可再生能源和分布式電源接入的發(fā)展。
歐洲智能電網(wǎng)主要是在分布式能源系統(tǒng)和可再生能源的大規(guī)模利用的基礎(chǔ)上建立的。2004年設(shè)立了智能電網(wǎng)技術(shù)論壇,從環(huán)境友好的視角著手,倡導(dǎo)并積極推動分布式電源,尤其是光伏發(fā)電的應(yīng)用。
在世界其他國家都在積極建設(shè)智能電網(wǎng)的同時,中國也在積極推動著智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。在“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上,我國國務(wù)院副總理張德江表示,已將智能電網(wǎng)發(fā)展納入到我國國家能源戰(zhàn)略的規(guī)劃中。同年8月,國家電網(wǎng)公司啟動了一項研究,以開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、智能化規(guī)劃編制、重大項目和試點研究測試中心建設(shè)工程化研究等一系列工作。中國南方電網(wǎng)公司和其他一些地方電力公司還開展智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)理論研究,基于集中抄表系統(tǒng)試點和饋線自動化的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究、開發(fā)及小規(guī)模示范應(yīng)用。
國家電網(wǎng)公司明確提出:智能電網(wǎng)是以特(超)高壓為骨干網(wǎng)架,各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展,以通信信息平臺為支撐,具有互動化、信息化、自動化特征,涵蓋電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電、配電、輸電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié),覆蓋所有電壓等級,實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。
在2011年,國家電網(wǎng)公司建成智能電網(wǎng)綜合示范工程一一天津濱海新區(qū)“中新生態(tài)城”。南方電網(wǎng)公司正在啟動建設(shè)橫琴島智慧城市項目。
1智能電網(wǎng)
1.1智能電網(wǎng)的概念
目前為止,針對智能電網(wǎng)這一概念,分別從不同的角度分類和功能進(jìn)行描述,出現(xiàn)了各種版本,尚未給出一個確切而嚴(yán)格的定義。一般而言,智能電網(wǎng)是集成了電力系統(tǒng)中計算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用。從智能電網(wǎng)的混合動力控制理論出發(fā),協(xié)同、有效和可靠的方式來實現(xiàn)所有的電網(wǎng)運行,具有自愈功能;能夠快速響應(yīng)電力市場的業(yè)務(wù)需求;通過構(gòu)建一個統(tǒng)一的通信架構(gòu)平臺,實現(xiàn)實時、全面、準(zhǔn)確的信息采集。
對于智能電網(wǎng),堅強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)可以為其提供物理支持,而各種集成高級應(yīng)用功能可為其可視化軟件支持,準(zhǔn)許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入和微網(wǎng)運行。
智能配電網(wǎng)以配電網(wǎng)高級自動化的先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ),以先進(jìn)的測量和傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息和通信等技術(shù)的應(yīng)用和集成為媒介,采用智能開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備,經(jīng)由堅強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持,以及各種集成高級應(yīng)用功能的可視化軟件支持,準(zhǔn)許可再生能源和分布式發(fā)電微電網(wǎng)操作單元大量接入和微網(wǎng)運行,促使不同類型的電力用戶主動參與到電網(wǎng)互動中來,進(jìn)而使在正常工作狀態(tài)下配電網(wǎng)的全面監(jiān)控、保護(hù)、控制、優(yōu)化和非正常運行狀態(tài)下的自愈控制成為可能,最終為電力用戶提供安全、可靠、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的電力供應(yīng)及其他附加服務(wù)。
1.2建設(shè)智能電網(wǎng)的重要意義
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),保障能源安全供應(yīng);優(yōu)化資源,提高電網(wǎng)資源配置能力;提升系統(tǒng)的清潔能源接納能力;推動節(jié)能減排,促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)。
2智能電網(wǎng)的系統(tǒng)組成
2.1應(yīng)用系統(tǒng)
智能電網(wǎng)的系統(tǒng)組成主要包括智能調(diào)度自動化系統(tǒng)、智能變電站自動化系統(tǒng)和智能配電自動化系統(tǒng)。調(diào)度自動化是集成自動化的一部分,由遙控裝置和調(diào)度主站系統(tǒng)組成,用于監(jiān)視整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)。通過對主站、廠站端、通信三大通信組件的調(diào)度實現(xiàn)自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的調(diào)度。其作用包括:實現(xiàn)電網(wǎng)的安全運行監(jiān)控,實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度,實現(xiàn)安全分析和事故處理的狀態(tài)。
智能變電站自動化系統(tǒng)由智能變壓器、智能開關(guān)等設(shè)備和各種繼電保護(hù)裝置、自動重合閘裝置、低頻自動減負(fù)荷裝置、備用電源自投裝置、遙控裝置等組成;其綜合了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù),實現(xiàn)了全變電站主要設(shè)備和輸、配電線路自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機(jī)保護(hù),以及通訊和調(diào)度等綜合自動化系統(tǒng),集保護(hù)、測量、控制、調(diào)節(jié)、通信、調(diào)度于一體。
智能配電網(wǎng)絡(luò)主要是由主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端的組成,采用分布網(wǎng)絡(luò),智能模塊和設(shè)備,并結(jié)合了地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。在正常情況下,使得配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化運行得以實現(xiàn);而在故障情況下,保證快速定位、隔離、恢復(fù)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移等功能得以實現(xiàn),為用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的電力,為電力企業(yè)提供便捷、高效的管理平臺和渠道,從而實現(xiàn)電力企業(yè)管理者、電力用戶、系統(tǒng)運行操作的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。
智能電網(wǎng)需要先進(jìn)的技術(shù)支撐,其主要技術(shù)組成包括:智能化通信技術(shù);智能化量測技術(shù);智能化控制技術(shù);智能調(diào)度技術(shù);智能化設(shè)備技術(shù)。
2.2基本功能與目標(biāo)
智能電網(wǎng)作為一種先進(jìn)的工具,其基本功能與目如下:
提高供電的可靠性:通過物理電網(wǎng)建設(shè),提高控制水平,在電網(wǎng)受到各種干擾時,以保證可靠運行;
改善電能質(zhì)量:電能質(zhì)量的三項主要指標(biāo)是電壓、頻率和波形。通過系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化無功,在地方分層分類控制就地平衡的基礎(chǔ)上,確保電壓合格率的前提下,減少諧波量,從而實現(xiàn)電能質(zhì)量的優(yōu)化;
降低網(wǎng)損:主要利用新的技術(shù)和設(shè)備,減輕設(shè)備磨損,采用調(diào)整經(jīng)營模式的途徑以降低網(wǎng)損,通過合理控制調(diào)度初級能源的轉(zhuǎn)換效率;
環(huán)保:采用技術(shù)手段來開發(fā)并加大風(fēng)電,太陽能發(fā)電能新能源接入電網(wǎng)的比例,以節(jié)省化石能源的使用,從而控制碳排放量,并減少對環(huán)境的破壞等。
2.3智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用及高級應(yīng)用
智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用包括:傳統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)度運維功能及其初步提升等;高級應(yīng)用包括智能調(diào)度、智能控制、優(yōu)化運行等,還包括一些定制化的應(yīng)用。
2.4智能配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與通信平臺
配電網(wǎng)特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環(huán)境與調(diào)度中心到變電站之間的點對點的不同,要求涵蓋整個配電網(wǎng)側(cè)的分支與分段開關(guān),理想狀態(tài)如圖1所示,與配電網(wǎng)主網(wǎng)架重合。結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架完善的配電網(wǎng)主體和安全經(jīng)濟(jì)、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網(wǎng)的發(fā)展基礎(chǔ)。
通信平臺是智能配電網(wǎng)的信息通道,可以采用無源光纖等構(gòu)建主環(huán),利用有線、載波、光纖、無線、公網(wǎng)相結(jié)合的多種通信方式的整合應(yīng)用來構(gòu)建分支線路與區(qū)域。
3結(jié)語
智能電網(wǎng)從基礎(chǔ)研究的概念提出到關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(fā),再到智能電網(wǎng)的引入,直至當(dāng)前登陸的示范應(yīng)用,都是一個不斷發(fā)展的過程。智能電網(wǎng)的內(nèi)涵和外延,伴隨著新材料、新技術(shù)的開發(fā)和利用都將不斷發(fā)生變化。
智能電網(wǎng)這一宏偉的目標(biāo)并不能單純依靠幾個具體的項目建設(shè)來實現(xiàn)。縱觀歷史可以看出,推動工業(yè)革命發(fā)展的力量是能源的發(fā)展,從蒸汽機(jī)時代的化石燃料向可再生能源時代,電力作為二次能源的時代,從集中式向分布式,智能電網(wǎng)技術(shù)可以更加靈活有效的控制需求來實現(xiàn)電源系統(tǒng)。
綜上所述,今后智能電網(wǎng)和電力人追求的目標(biāo)和關(guān)注的重點應(yīng)該是:通過不斷研發(fā)改進(jìn)各種關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)的電網(wǎng)自愈,故障的隔離和網(wǎng)絡(luò)的重組,進(jìn)而完成對電網(wǎng)的快速反應(yīng)。
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