智能電網技術的現狀與發展

楊錦云

（云南文山電力股份有限公司，云南 文山 663000）

引言

電網是經濟社會發展的重要基礎設施，近年來，電網負荷快速增長，大區電網互聯初步形成，電力市場運行因素對電網運行的影響H益顯現，加之受全球氣候變化的影響，極端氣候事件的出現會更加頻繁，冰災、水災、風災、熱浪以及地質災害造成的影響會越來越嚴重.這些都對電網安全穩定工作提出了諸多新挑戰。

為了解決電力行業遇到的上述問題.全球電力企業和研究機構提出了“智能電網”的未來電網發展理念，并積極推動其建設和發展。但是截至目前，智能電網還處于初期研究階段，國際上尚無統一而明確的定義。由于發展環境和驅動因素不同。不同國家的電網企業和組織都在以自己的方式來理解智能電網，對智能電網進行研究和實踐，各國智能電網發展的思路、路徑和重點也各不相同。因此智能電網概念本身也在不斷發展、豐富和明晰中。作為倡導智能電網建設的美國電力科學研究院(EPRI)，對智能電網的定義是自愈、安全、集成、協同、預測、優化、交互。這個定義主要體現了美國對電網建設的3個重要要求：可靠性要求(自愈、安全、預測)、經濟與效益要求(優化、協同、交互)、技術支撐要求(集成)。歐盟委員會對智能電網的定義內容是：支持分布式和可再生能源的接人，更可靠安全電力供應，面向服務的架構，靈活的電網應用，高級自動化和分布式智能，負荷和電源的本地交互，以客戶為中心。從這個定義可以看出，歐盟國家主要反映了電網建設在對市場、能源和環境方面的要求，分布式電網則是歐盟電網建設的重點我國作為發展中國家，在智能電網建設中密切結合中國電網建設的實際情況，認為智能電網就是以物理電網為基礎 (中國的智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎)，將先進的傳感測量技術、信息技術、通信技術、計算機技術、自動控制技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網，它具有可充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置、提高電力供應的安全性、可靠性和經濟性、減小對環境的影響、保證電能質量和減少電網的電能損耗等多個優點實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

1 智能電網的特點

盡管各國根據自身的國情對智能電網建設有著不同的重點和目標，但是智能電網建設的驅動都是基于市場、安全、電能質量和環境因素，其特征可歸結為：自愈、兼容、交互、協調、高效、優質、集成。

1.1 自愈

自愈是智能電網的一個突出特征，也是電網安全可靠運行的重要保證。它是指對于無論來自外部還是來自內部的對電網的損害，無需或僅需少量人為干預，實現電力網絡中存在問題元器件的隔離或使其恢復正常運行，盡可能小地對系統正常運行產生影響。通過進行連續的評估自測。智能電網可以檢測、分析、響應甚至恢復電力元件或局部網絡的異常運行。

1.2 兼容

支持風電和太陽能發電等可再生能源的正確、合理的接人，適應分布式發電和微電網的并網運行，做到“即插即用”，可以容納包含集中式發電在內的多種不同類型電源甚至是儲能裝置，滿足用戶多樣化的電力需求。

1.3 交互

電網在運行中與用戶設備和行為進行交互，將其視為電力系統的完整組成部分之一，可以促使電力用戶發揮積極作用，實現電力運行和環境保護等多方面的收益，使需求側管理的功能更加完善，實現與用戶的交互和高效互動。

1.4 協調

與批發電力市場甚至是零售電力市場實現無縫銜接，有效的市場設計可以提高電力系統的規劃、運行和可靠性管理水平，電力系統管理能力的提升促進電力市場競爭效率的提高。

1.5 高效

引人最先進的信息和監控技術。優化設備和資源的使用效益，可以提高單個資產的利用效率，從整體上實現網絡運行和擴容的優化，降低其運行維護成本和投資。

1.6 優質

在數字化、高科技占主導的經濟模式下，電力用戶的電能質量能夠得到有效保障，實現電能質量的差別定價。

1.7 集成實現電網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精細化管理。

2 智能電網的關鍵技術

2.1 堅強、靈活的網絡拓撲

堅強、靈活的電網結構是未來智能電網的基礎。我國能源分布與生產力布局很不平衡，為了緩解此現狀所帶來的不利影響，我國制定了“西電東送”的政策，并開展了特高壓聯網工程、直流聯網工程、點對點或點對網送電等工程的實施建設。如何進一步優化特高壓和各級電網規劃成為需要解決的關鍵問題。隨著電網規模的擴大、互聯大電網的形成.電網的安全穩定性與脆弱性問題越來越突出，對主網架結構的規劃設計要求也相應地提高了。只有靈活的電網結構才能應對冰災、戰爭等突發災害性事件對電網安全的影響

2.2 開放、標準、集成的通信系統

智能電網的發展對網絡安全提出了更高的要求，智能電網需要具有實時監視和分析系統目前狀態的能力：既包括識別故障早期征兆的預測能力，也包括對已經發生的擾動做出響應的能力，其監測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋.為電網運行、綜合管理等提供外延的應用支撐，而不僅局限于對電網裝備的監測。

2.3 高級讀表體系和需求仞l管理

智能電網的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，可對電網與用戶用電信息進行實時監控和采集，且采用最經濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置與利用，提高電網運營的可靠性和能源利用效率。所以電網的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶的用電規律，從而對需求和供應有一個更好的平衡。因此目前國外推動智能電網建設，一般以構建高級量測體系為切人點。

高級讀表體系由安裝在用戶端的智能電表、位于電力公司內的計量數據管理系統和連接它們的通信系統組成，近來，為了加強需求側管理，又將其延伸到用戶住宅內的室內網絡(HAN)。這些智能電表能根據需要設定計量間隔，并具有雙向通信功能，支持遠程設置、接通或斷開、雙向計量、定時或隨機計量讀取。同時，高級讀表體系為電力系統提供了系統范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實時電力市場。而且能夠實現對諸如遠程監測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統響應，構建智能化的用戶管理與服務體系，實現電力企業與用戶之問基本的雙向互動管理與服務功能以及營銷管理的現代化運行。隨著技術的發展.將來的智能電表還可能作為互聯網路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎，進行通信、運行寬帶業務或傳播電視信號的整合。

2.4 智能調度技術和廣域防護系統

智能調度是智能電網建設中的重要環節，調度的智能化是對現有調度控制中心功能的重大擴展，智能電網調度技術支持系統則是智能調度研究與建設的核心，是全面提升調度系統駕馭大電網和進行資源優化配置的能力、縱深風險防御能力、科學決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場調配能力的技術基礎。

調度智能化的最終目標是建立一個基于廣域同步信息的網絡保護和緊急控制一體化的新理論與新技術，協調電力系統元件保護和控制、區域穩定控制系統、緊急控制系統、解列控制系統和恢復控制系統等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調度的核心是在線實時決策指揮，目標是災變防治，實現大面積連鎖故障的預防。

2.5 高級電力瞧子設備

電力電子設備可以實現電能質量的改善與控制，為用戶提供電能質量滿足其特定需求的電力，同時它們也是能量轉換系統的關鍵部分，所以電力電子技術在發電、輸電、配電和用電的全過程中均發揮著重要作用。現代電力系統應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP全數字控制技術，包括可控硅并聯電抗器、多功能固態開關、智能電子裝置(IEDs)、靜止同步補償器(STATCOM)、有源濾波器(APF)、動態電壓恢復器(DVR)、故障電流限制器(FCL)以及高樂直流輸電(HVDC)所用裝置和配網用的柔性輸電系統裝置 (如SVC和D-Statcom)等。

2.6 高級配電自動化

高級的配電自動化(ADA)將包含系統的監視與控制、配電系統管理功能和與用戶的交互(如負荷管理、量測和實時定價等)。通過與智能電網的其他組成部分的協同運行，ADA既可改善系統監視、無功與電壓管理、降低網損和提高資產使用率，也可輔助優化人員調度和維修作業安排等。

為此，ADA需要更復雜的控制系統。

(1)系統全部元件必須在一個開放式的通信體系結構內并具有協同丁作能力。

(2)將使f}H經由分布式計算的局部分布式控制。

(3)使用傳感器、通信系統和分布式的計算主體，對電力交換系統上的擾動快速做出反應，以使其影響最小化。

在局部分布式控制的概念中，在全配電系統層面上使用分布式的配電運行中心和中央配電控制中心。中央配電控制中心將監視全配電系統 (包括遍布配電系統和其他局部代理的嵌入智能電力電子裝置)的微處理器，協調其分布式的控制能力。中央配電控制中心將同輸電層面的控制相協調，監視全系統的潮流；它也負責協調在配電層面上DER與在輸電層面上的大型發電機的電壓管理、無功管理、應急處理和系統恢復等 而局部的配電運行中心將控制局部系統實現傳統的配電自動化功能，如故障定位、隔離和服務恢復(FLIR)、多重網絡重構(MFR)、繼電保護再整定(RPR)和電壓／無功優化控制(VVC)等。

2.7 可再生能源和分布式能源接入

分布式能源(DER)包括分布式發電和分布式儲能，其中分布式發電技術包括：微型燃氣輪機技術、燃料電池技術、太陽能光伏發電技術、風力發電技術、生物質能發電技術、海洋能發電技術、地熱發電技術等；分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。配電網中的DER由于靠近負荷中心，降低了對電網擴展的需要.并提高了供電可靠性，因此被廣泛采用。特別是有助于減輕溫室效應的分布式可再生能源，在許多國家政府政策上的大力支持下，得到了迅速增長。在我國，風能、太陽能發電的主要發展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠地區大容量集中開發，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動性和間歇性的特點，會對可靠供電造成沖擊，當地電網無法適應可再生能源集中開發和利用，這就需要解決風能、太陽能等可再生能源大規模開發的間歇性、不確定性問題，保證電力的大規模接入和遠距離送，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰。

3 結語

中國特色的智能電網建設是一項高度復雜的系統工程，本文介紹了智能電網的發展背景、定義和特征、應用和發展現狀，詳細討論了智能電網的關鍵技術，希望可以對智能電網的了解和研究有所幫助。

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