智能電網(wǎng)發(fā)展與電能質(zhì)量改善的若干觀點(diǎn)

智能電網(wǎng)是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展的重要抓手和機(jī)遇，但是國內(nèi)對智能電網(wǎng)的認(rèn)識依然停留在“仁者見仁，智者見智”階段，人力物力投入不少，尚處示范、探索階段，只有具有明顯技術(shù)—經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)勢的項(xiàng)目才真正可持續(xù)。另外，我們的觀念需更新。假如搞電網(wǎng)的人觀念不能smart一點(diǎn)，想讓電網(wǎng)更smart是否可能?智能電網(wǎng)究竟給我們哪些概念的?由哪里切入經(jīng)濟(jì)效益和社會效益才會更大?值得深入探討。

“智能電網(wǎng)”的提出不會改變電力發(fā)展的基本矛盾

我國電力發(fā)展的基本矛盾并不因“智能電網(wǎng)”的提出而改變，電力系統(tǒng)主網(wǎng)的問題依然是主要問題。這雖然是常識問題，但常聽、看到一些難以理解的提法和作法。

我國電力系統(tǒng)經(jīng)過30年的高速發(fā)展，1996年裝機(jī)容量位居世界第二。2007年，電站項(xiàng)目投產(chǎn)規(guī)模達(dá)到9100萬kW，超過英國過去140年全國的裝機(jī)總和。2011年底，全國發(fā)現(xiàn)設(shè)備容量為10.56億kW，發(fā)電量已經(jīng)超過美國。但是，中國發(fā)展受到資源和環(huán)境的嚴(yán)重制約，技能增效任務(wù)十分繁重。

我國總體資源相對匱乏，如：我國可耕土地占全球7%，人均耕地面積是世界均量的1/3;人均淡水總量為世界人均量的1/4;人均木材總量是世界人均量的1/8;鐵礦石為世界人均量的42%;銅礦為世界人均量的18%。

資源消耗占世界的比重過大，對我國發(fā)展十分不利。如：我國2008年的GDP占世界的7.1%，而能源消耗量占世界的17.7%，為世界平均值的三倍;生鐵的消耗量占世界的39.5%;鋼材的消耗量占世界的50.9%;消耗水是為世界平均值的四倍。

中國已經(jīng)成為世界第一能源消費(fèi)國，如果不大幅度進(jìn)行節(jié)能增效工作，繼續(xù)以年均8%—9%的增速，到2020年能源消耗將達(dá)到79億t標(biāo)煤，相當(dāng)于目前世界能源消耗的一半，如此發(fā)展難以長期持續(xù)，這也是中國電力發(fā)展的主要制約。

據(jù)中國電監(jiān)會年度報(bào)告報(bào)道，2009年全國裝機(jī)84660萬kW，平均利用小時(shí)數(shù)為4527h，相當(dāng)于51.7%。截至2009年底，220kV及以上輸電線路達(dá)到40萬km，變電容量17億kVA，35kV及以上輸電線路達(dá)到137kVA電網(wǎng)規(guī)模超過美國，居世界第一。

目前，全國500kVA線路達(dá)107993km，每回線按熱穩(wěn)限制其輸電能力可達(dá)260kW。考慮穩(wěn)定和事故限制，設(shè)計(jì)輸送100萬kW。各大區(qū)系統(tǒng)情況不同，多數(shù)時(shí)間輸電水平在60萬kW以上。發(fā)展智能輸電電網(wǎng)技術(shù)，使輸電線路運(yùn)行超過設(shè)計(jì)容量100萬kW，甚至接近熱穩(wěn)極限上有很大的潛力可供挖掘。

我所理解的“智能電網(wǎng)”

文獻(xiàn)說：“智能電網(wǎng)”是使用健全的通信、高級的傳感器和分布式計(jì)算機(jī)的電力傳輸與分配的網(wǎng)絡(luò)，目的是改善電力傳送和使用效率、提高可靠性和安全性。說得通俗些，“智能電網(wǎng)”就是把現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感和控制技術(shù)最大限度地應(yīng)用于電力系統(tǒng)，以達(dá)到最大限度地提高設(shè)備效率，提高安全可靠性，節(jié)能減排，提高用戶的供電質(zhì)量，提高可再生能源的利用效率。

IBM認(rèn)為智能電網(wǎng)應(yīng)該包括3個(gè)層次：第一層次，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、資產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)和客戶用電信息的實(shí)時(shí)、全面和詳細(xì)監(jiān)視，消除監(jiān)測盲點(diǎn)，提高電網(wǎng)可觀測性;第二層次，提供先進(jìn)的IT技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對電力企業(yè)信息的傳輸和集成;第三層次，在信息集成的基礎(chǔ)上進(jìn)行高級分析，實(shí)現(xiàn)提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目標(biāo)。

清華大學(xué)高景德教授在20世紀(jì)80年代討論學(xué)科交叉的時(shí)候就曾說過，現(xiàn)代電力系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是“CCCP”——計(jì)算機(jī)。通訊和控制技術(shù)于電力系統(tǒng)的技術(shù)的結(jié)合。幾十年來電力系統(tǒng)自動(dòng)化就是這樣走過來的。

我認(rèn)為，“智能電網(wǎng)”不是名詞游戲，也不是概念炒作。“智能電網(wǎng)”的提出是現(xiàn)代電力系發(fā)展的內(nèi)在需求和必然趨勢。

在這里，有一個(gè)富有啟發(fā)性的想法和與各位業(yè)界同仁進(jìn)行交流。就是子啊系統(tǒng)中存在著大量能與電網(wǎng)合作的可平移負(fù)荷，這使得負(fù)荷曲線拉平成為可能，這些可平移負(fù)荷(如電暖氣、空調(diào)、熱水器、電冰箱等)的特點(diǎn)是不必時(shí)刻運(yùn)行，可以適當(dāng)平移，氣到旋轉(zhuǎn)備用的作用，占到20%。而電網(wǎng)的正常運(yùn)行儲備是10%—13%，也就是說可平移負(fù)荷的頻率漂移而自動(dòng)投切，則可起調(diào)頻的作用取代旋轉(zhuǎn)備用，可用來應(yīng)對大規(guī)模等電廠的極端天氣事件(如風(fēng)電出力驟降)的影響。這些想法在當(dāng)信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，技術(shù)上應(yīng)該是可行的，但是經(jīng)濟(jì)上是否值得要進(jìn)行詳細(xì)分析。是否照搬不一定，但思想非常有啟發(fā)。

智能電網(wǎng)可以引發(fā)系列新概念、新思路、新平臺、新前景。為電力系統(tǒng)技術(shù)帶來新的大變革。舉例如下。

(1)電能是即時(shí)平衡的。過去靠“以不變應(yīng)萬變”來達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，于是大量冗余造成浪費(fèi)?，F(xiàn)在充分發(fā)揮IT技術(shù)作用，有可能靠與負(fù)荷互動(dòng)來消峰填谷和減少熱備用。如果可行講引起從設(shè)計(jì)到運(yùn)行的巨大變革。

(2)現(xiàn)在測量和通訊問題(指令下行僅數(shù)十ms)得到解決，是否可以通過空置達(dá)到瞬間平衡?那么迄今靠“試探”來達(dá)到新平衡的各種電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施起步都可以重新考慮?

(3)過去由于信息傳遞的困難，眾多研究者都力求選用測量本地量作為反饋來達(dá)到最好的控制效果。廣泛采用IT技術(shù)后，可以把電力系統(tǒng)中最佳客觀點(diǎn)的物理量送到最佳可控器去，打破了“不可觀”、“不可控”的約束，這不給電力系統(tǒng)的控制帶來了革命?

(4)通過信息采集和信息傳遞，可望消除監(jiān)測盲點(diǎn)。這樣，電力系統(tǒng)一些重要參數(shù)的隨機(jī)性、時(shí)變性和不可知性可望克服，是過去只能“靠加大保守性來換取可靠性”的一系列經(jīng)典難題有可能得到解決，可大幅度提高輸電極限。

中國發(fā)展智能電網(wǎng)面對的主要矛盾和強(qiáng)力動(dòng)因如下：

(1)技能減排、資源和環(huán)境的制約。

(2)提高現(xiàn)有輸電能力和各級電力設(shè)備利用率。

(3)進(jìn)一步提高發(fā)輸供用系統(tǒng)安全可靠性。冗余大?？煽啃缘停@在供電系統(tǒng)最明顯。

(4)滿足信息時(shí)代提高供電電能質(zhì)量的新要求，這里面有許多大事和事實(shí)需要搞，值得搞。

(5)未來的更大規(guī)?？稍偕茉唇尤雴栴}，這主要是體制問題還是技術(shù)問題?

(6)當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和廣大老百姓迫切需要的是“大規(guī)模電動(dòng)汽車上網(wǎng)充電”問題嗎?是“用一個(gè)遙控器來控制多個(gè)家用電器一類的智能家居”嗎?

我國電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題已很突出

現(xiàn)在，因?yàn)殡娔苜|(zhì)量問題造成的損失很嚴(yán)重。美工每年停電及電能質(zhì)量造成的損失在250—1800億美元。我國主要城市電網(wǎng)的供電可靠性要求達(dá)到 99.98%;近期達(dá)到99.96%，而這與電壓瞬降是兩碼事。國內(nèi)某集成電路生產(chǎn)企業(yè)2002年全年共記錄了31次電壓跌落故障，每次故障造成的損失平均約200—300萬元人民幣。猶如某顯像管廠月產(chǎn)值8500萬。全部生產(chǎn)線自動(dòng)化程度很高，采用了大量的PLC控制器。因此，電壓波動(dòng)對其影響很大。每次電壓波動(dòng)，不僅當(dāng)時(shí)在生產(chǎn)線的大量產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題而報(bào)廢，而且可能引起控制程序紊亂，模具損壞，重新啟動(dòng)整條生產(chǎn)線也至少需要半小時(shí)，估計(jì)每次停電造成的損失接近百萬元。

以上說明電壓跌落(VoltageSag)是一些對電能質(zhì)量敏感的企業(yè)值得嚴(yán)重注意的新問題。再繼續(xù)治理諧波—不對稱 —閃變等電能質(zhì)量問題的同時(shí)，對暫態(tài)電壓跌落問題要引起重視，要抓緊治理。另外，安裝冬天無功補(bǔ)償和電能質(zhì)量控制裝置必須考慮節(jié)能，不能因?yàn)楦纳齐娔苜|(zhì)量而引入能耗大戶。

東莞500kV變電站±200M—STATCOM是2011年科技部“十一五”重大科技支撐項(xiàng)目。該項(xiàng)目由南方電網(wǎng)公司、清華大學(xué)和榮信公司三方密切合作，于2011年9月正式投運(yùn)。該項(xiàng)目不僅為南網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)作做出了貢獻(xiàn)，也為中國柔性輸電技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。±200M—STATCOM的成功表明中國STATCOM和D—STATCOM技術(shù)已經(jīng)成熟，第二代動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC將很快被取代。

需要強(qiáng)調(diào)的是電能質(zhì)量問題需綜合治理、合作治理。改進(jìn)控制器可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理。另外，要克服體制障礙，開展合作治理。最后總結(jié)一下：智能電網(wǎng)是在 IT技術(shù)高速發(fā)展的今天電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨;基于新的技術(shù)可能性，有望解決一大批長期制約電力系統(tǒng)發(fā)展的難題，使電力系統(tǒng)的安全、高效、綠色發(fā)展到前所未有的高度;智能電網(wǎng)只是新的手段，它的發(fā)展應(yīng)該緊密圍繞解決電力系統(tǒng)發(fā)展內(nèi)在的根本矛盾，效益是最客觀的考核標(biāo)準(zhǔn);國內(nèi)電網(wǎng)電能質(zhì)量問題已經(jīng)很突出，暫態(tài)電壓跌落的治理已經(jīng)刻不容緩，治理電能質(zhì)量問題需考慮節(jié)能;電能質(zhì)量需要綜合治理和合作治理。

(本文根據(jù)作者協(xié)會PPT編輯而成，未經(jīng)本人審閱)