智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。下圖顯示了電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續(xù)不斷地自我監(jiān)測(cè)和校正，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測(cè)各種擾動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，重新分配潮流，避免事故的擴(kuò)大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備（IEDs）、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)以及用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。傳感器　　在這一技術(shù)領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面的技術(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注，其一就是開(kāi)放的通信架構(gòu)，它形成一個(gè)“即插即用”的環(huán)境，使電網(wǎng)元件之間能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信；其二是統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它能使所有的傳感器、智能電子設(shè)備（IEDs）以及應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的通信，也就是信息在所有這些設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠得到完全的理解，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間、設(shè)備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。這就需要電力公司、設(shè)備制造企業(yè)以及標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)進(jìn)行通力的合作，才能實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。

未來(lái)的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計(jì)及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶進(jìn)行雙向通信的智能固態(tài)表計(jì)?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛?jì)將有更多的功能，除了可以計(jì)量每天不同時(shí)段電力的使用和電費(fèi)外，還有儲(chǔ)存電力公司下達(dá)的高峰電力價(jià)格信號(hào)及電費(fèi)費(fèi)率，并通知用戶實(shí)施什么樣的費(fèi)率政策。更高級(jí)的功能有用戶自行根據(jù)費(fèi)率政策，編制時(shí)間表，自動(dòng)控制用戶內(nèi)部電力使用的策略。

對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系（WAMS）、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲(chǔ)存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

未來(lái)的數(shù)字保護(hù)將嵌入計(jì)算機(jī)代理程序，極大地提高可靠性。計(jì)算機(jī)代理程序是一個(gè)自治和交互的自適應(yīng)的軟件模塊。廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保護(hù)和控制方案將集成數(shù)字保護(hù)、先進(jìn)的通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)代理程序。在這樣一個(gè)集成的分布式的保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)元件能夠自適應(yīng)地相互通信，這樣的靈活性和自適應(yīng)能力將極大地提高可靠性，因?yàn)榧词共糠窒到y(tǒng)出現(xiàn)了故障，其他的帶有計(jì)算機(jī)代理程序的保護(hù)元件仍然能夠保護(hù)系統(tǒng)。

設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來(lái)智能電網(wǎng)將主要應(yīng)用三個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)。通過(guò)采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來(lái)提高電能質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用和改造各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來(lái)提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進(jìn)許多新的儲(chǔ)能設(shè)備和電源，同時(shí)要利用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。

經(jīng)濟(jì)的FACTS裝置將利用比現(xiàn)有半導(dǎo)體器件更能控制的低成本的電力半導(dǎo)體器件，使得這些先進(jìn)的設(shè)備可以廣泛的推廣應(yīng)用。分布式發(fā)電將被廣泛地應(yīng)用，多臺(tái)機(jī)組間通過(guò)通信系統(tǒng)連接起來(lái)形成一個(gè)可調(diào)度的虛擬電廠。超導(dǎo)技術(shù)將用于短路電流限制器、儲(chǔ)能、低損耗的旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及低損耗電纜中。先進(jìn)的計(jì)量和通信技術(shù)將使得需求響應(yīng)的應(yīng)用成為可能。

新型的儲(chǔ)能技術(shù)將被應(yīng)用為分布式能源或大型的集中式電廠。大型發(fā)電廠和分布式電源都有其不同的特性，它們必須協(xié)調(diào)有機(jī)地結(jié)合，以優(yōu)化成本，提高效率和可靠性，減少環(huán)境影響。

控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測(cè)基本的元件（參數(shù)量測(cè)技術(shù)），提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)（集成通信技術(shù)；先進(jìn)設(shè)備技術(shù)）并且對(duì)任何事件進(jìn)行快速的診斷（先進(jìn)決策技術(shù)）。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報(bào)價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。 　　未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預(yù)設(shè)的專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執(zhí)行的行動(dòng)將在秒一級(jí)水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。當(dāng)然先進(jìn)控制技術(shù)需要一個(gè)集成的高速通信系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，以處理大量的數(shù)據(jù)。先進(jìn)控制技術(shù)將支持分布式智能代理軟件、分析工具以及其它應(yīng)用軟件。

（1）收集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)電網(wǎng)元件

先進(jìn)控制技術(shù)將使用智能傳感器、智能電子設(shè)備以及其他分析工具測(cè)量的系統(tǒng)和用戶參數(shù)以及電網(wǎng)元件的狀態(tài)情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，這些數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)掌握電網(wǎng)整體的運(yùn)行狀況具有重要的意義，同時(shí)還要利用向量測(cè)量單元以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的時(shí)間信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)早期的預(yù)警。

（2）分析數(shù)據(jù)

準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理能力為軟件分析工具提供了快速擴(kuò)展和進(jìn)步的能力。狀態(tài)估計(jì)和應(yīng)急分析將在秒級(jí)而不是分鐘級(jí)水平上完成分析，這給先進(jìn)控制技術(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行人員足夠的時(shí)間來(lái)響應(yīng)緊急問(wèn)題；專家系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息用于快速?zèng)Q策；負(fù)荷預(yù)測(cè)將應(yīng)用這些準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及改進(jìn)的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷；概率風(fēng)險(xiǎn)分析將成為例行工作，確定電網(wǎng)在設(shè)備檢修期間、系統(tǒng)壓力較大期間以及不希望的供電中斷時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)的水平；電網(wǎng)建模和仿真使運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)準(zhǔn)確的電網(wǎng)可能的場(chǎng)景。

（3）診斷和解決問(wèn)題

由高速計(jì)算機(jī)處理的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得專家診斷來(lái)確定現(xiàn)有的、正在發(fā)展的和潛在的問(wèn)題的解決方案，并提交給系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行判斷。

（4）執(zhí)行自動(dòng)控制的行動(dòng)

智能電網(wǎng)通過(guò)實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)和高級(jí)分析技術(shù)的結(jié)合使得執(zhí)行問(wèn)題檢測(cè)和響應(yīng)的自動(dòng)控制行動(dòng)成為可能，它還可以降低已經(jīng)存在問(wèn)題的擴(kuò)展，防止緊急問(wèn)題的發(fā)生，修改系統(tǒng)設(shè)置、狀態(tài)和潮流以防止預(yù)測(cè)問(wèn)題的發(fā)生。

（5）為運(yùn)行人員提供信息和選擇

先進(jìn)控制技術(shù)不僅給控制裝置提供動(dòng)作信號(hào)，而且也為運(yùn)行人員提供信息?？刂葡到y(tǒng)收集的大量數(shù)據(jù)不僅對(duì)自身有用，而且對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員也有很大的應(yīng)用價(jià)值，而且這些數(shù)據(jù)輔助運(yùn)行人員進(jìn)行決策。
 
支持技術(shù)

百萬(wàn)伏級(jí)特高壓交流工程黃河大跨越工程開(kāi)始緊張布線。

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行人員一目了然的可理解的信息，因此動(dòng)畫(huà)技術(shù)、動(dòng)態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來(lái)幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)、分析和處理緊急問(wèn)題。 　　     在許多情況下，系統(tǒng)運(yùn)行人員做出決策的時(shí)間從小時(shí)縮短到分鐘，甚至到秒，這樣智能電網(wǎng)需要一個(gè)廣闊的、無(wú)縫的、實(shí)時(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)、工具和培訓(xùn)，以使電網(wǎng)運(yùn)行人員和管理者能夠快速的做出決策。

（1）可視化—決策支持技術(shù)利用大量的數(shù)據(jù)并將其裁剪成格式化的、時(shí)間段和按技術(shù)分類的最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)給電網(wǎng)運(yùn)行人員，可視化技術(shù)將這些數(shù)據(jù)展示為運(yùn)行人員可以迅速掌握的可視的格式，以便運(yùn)行人員分析和決策。

（2）決策支持—決策支持技術(shù)確定了現(xiàn)有的、正在發(fā)展的以及預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提供決策支持的分析，并展示系統(tǒng)運(yùn)行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。

（3）調(diào)度員培訓(xùn)—利用決策支持技術(shù)工具以及行業(yè)內(nèi)認(rèn)證的軟件的動(dòng)態(tài)仿真器將顯著的提高系統(tǒng)調(diào)度員的技能和水平。

（4）用戶決策—需求響應(yīng)（DR）系統(tǒng)以很容易理解的方式為用戶提供信息，使他們能夠決定如何以及何時(shí)購(gòu)買、儲(chǔ)存或生產(chǎn)電力。

（5）提高運(yùn)行效率—當(dāng)決策支持技術(shù)與現(xiàn)有的資產(chǎn)管理過(guò)程集成后，管理者和用戶就能夠提高電網(wǎng)運(yùn)行、維修和規(guī)劃的效率和有效性。