我國智能電網(wǎng)技術(shù)體系探討

趙宇海

吉林省電力有限公司四平供電公司，吉林四平 136000

1 我國智能電網(wǎng)開發(fā)背景

電力是各個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱之一，是國民經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的大動脈，電力行業(yè)的發(fā)展運(yùn)行直接關(guān)系到國計(jì)民生的各個方面。近年來，我國經(jīng)濟(jì)高速、穩(wěn)定的發(fā)展及人民生活水平不斷提高，社會對電力的需求也日益的增大。“十一五”期間我國發(fā)電裝機(jī)容量從2005年底的5.17億kW增加到2010年底的9.5億kW，年均增長8 000多萬kW，全國各網(wǎng)區(qū)的售電量也實(shí)現(xiàn)了跨越式增長。“十二五”期間我國全社會用電量預(yù)計(jì)年均增長將在8.5%左右，2015年將達(dá)到6.27萬億kW·h。預(yù)計(jì)到2020年，我國用電需求將達(dá)到7.7萬億kW·h，發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到16億kW左右，均為現(xiàn)有水平的2倍以上。同時，隨著科技進(jìn)步和信息化水平的不斷提高，電動汽車、智能設(shè)備、智能家電、智能建筑、智能交通、智能城市等將成為未來的發(fā)展趨勢。只有加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，才能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力的需求，才能滿足客戶對供電服務(wù)的多樣化、個性化、互動化需求，不斷提高服務(wù)質(zhì)量和水平。要保障“十二五”期間電力可靠有效供應(yīng)，就必然要有一個堅(jiān)強(qiáng)穩(wěn)定的電網(wǎng)，必然要求電網(wǎng)建設(shè)要適度超前發(fā)展，而電網(wǎng)作為資源配置的手段之一，應(yīng)該以消耗資源最少、環(huán)境代價最小、經(jīng)濟(jì)效益最佳為約束條件，這就對我國電網(wǎng)的建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)代電力技術(shù)不斷的創(chuàng)新，各種先進(jìn)的傳感技術(shù)、測量技術(shù)、通信技術(shù)以及電子控制技術(shù)等高新技術(shù)的創(chuàng)新和高質(zhì)量高效能電子材料的出現(xiàn)也為我們向智能化電網(wǎng)開發(fā)方向做好了充分的準(zhǔn)備。2009年國家電網(wǎng)會議確定了智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和總體投資計(jì)劃，我國智能電網(wǎng)建設(shè)正式啟動。

我國的智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感量測技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)、自動控制技術(shù)和能源電力技術(shù)相結(jié)合，并于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。具備堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化等主要特征，包含的電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)，具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動化的技術(shù)特征。智能電網(wǎng)的建設(shè)與推行也將成為我國電力事業(yè)又一座耀眼的“里程碑”。

在電力系統(tǒng)電網(wǎng)研發(fā)中，需要某種特定能源體系和特定技術(shù)體系支撐，智能電網(wǎng)發(fā)展的本質(zhì)，需要以現(xiàn)代技術(shù)體系，現(xiàn)代儲能技術(shù)，以及新電網(wǎng)組織技術(shù)等運(yùn)動和關(guān)系，因此，智能電網(wǎng)技術(shù)體系探討具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。

2 我國智能電網(wǎng)技術(shù)體系

1）靈活的智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。靈活的智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)放射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，線路發(fā)生故障，難以實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)對負(fù)載供電的問題。靈活的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是目前建設(shè)的智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之一，網(wǎng)絡(luò)如果發(fā)生故障，該結(jié)構(gòu)可以將故障控制在最小范圍，這有效的保證了快速實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)問題。因此，配電系統(tǒng)側(cè)面，需要發(fā)展循環(huán)分布網(wǎng)絡(luò)，同時，環(huán)形總線，以及分布式微電網(wǎng)設(shè)置。實(shí)現(xiàn)雙向流量控制，以及實(shí)現(xiàn)電路之間的功率交換。智能電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和輸送模式，必需要綜合考慮可再生能源，載荷，以及能量存儲系統(tǒng)的分布狀況而定；

2）智能電網(wǎng)的先進(jìn)傳感技術(shù)和測量技術(shù)。為滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要，保證對用戶分時管理，需要發(fā)展快速反應(yīng)和準(zhǔn)確的傳感和測量技術(shù)，例如智能儀表，分布式實(shí)時監(jiān)測設(shè)備，另外，還需包含一些大量傳感器和測量裝置，運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，已經(jīng)運(yùn)行的故障參數(shù)，和故障進(jìn)行檢測和定位。傳感器和測量系統(tǒng)有機(jī)集成，可以實(shí)現(xiàn)智能化控制，智能電網(wǎng)研發(fā)中，高精度、低能耗的傳感器技術(shù)，以及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器與測量單位的能源供應(yīng)是當(dāng)前急需的；

3）智能電網(wǎng)的專用芯片技術(shù)。智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，需要專用芯片技術(shù)支撐，智能電網(wǎng)的專用機(jī)芯用于當(dāng)前先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)設(shè)備功能的升級，智能電網(wǎng)的專用芯片技術(shù)支撐的設(shè)備，可參照任務(wù)需要完成某項(xiàng)功能，專用芯片技術(shù)包括：計(jì)量芯片（只要用于智能電網(wǎng)中智能所用），智能驅(qū)動芯片（主要用于智能電網(wǎng)用電設(shè)備），智能控制芯片（主要用于智能電網(wǎng)控制設(shè)備），及時時間芯片（主要被用于準(zhǔn)確計(jì)時），通信系統(tǒng)芯片（主要用于設(shè)備與傳感器通信裝置）等。多功能智能的電表是用戶端智能化的基礎(chǔ)。在國外，最后一英里是智能電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)，在國內(nèi)，實(shí)現(xiàn)用戶端數(shù)據(jù)雙向通信和互動，智能電表也是必不可少的物理?xiàng)l件。用戶端智能電表的數(shù)據(jù)采集將需要集中的數(shù)據(jù)采集器，未來集中的數(shù)據(jù)采集裝置將形成堅(jiān)強(qiáng)的底層數(shù)據(jù)網(wǎng)架，和智能電表共同構(gòu)成智能電網(wǎng)實(shí)時通信的必要條件；

4）通信技術(shù)。智能電網(wǎng)的建設(shè)，將采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的原則，構(gòu)建成為開放和集成性特征的通信系統(tǒng)，職能電網(wǎng)的建設(shè)范圍，將涵蓋從發(fā)電機(jī)到用戶終端全范圍，建成以后，可以滿足對整個智能電網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時控制，即時智能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息交流改善，每個部分均可以雙向通信。對于網(wǎng)絡(luò)智能傳感器、控制裝置、保護(hù)系統(tǒng)和用戶等可以實(shí)現(xiàn)“即插即用”的方式，所有的系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)等，均可以實(shí)現(xiàn)可視化，通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能化加強(qiáng)；

5）網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全技術(shù)。智能電網(wǎng)是一個高技術(shù)，信息化高度集中的高科技電網(wǎng)，智能電網(wǎng)安全內(nèi)涵要高于傳統(tǒng)意義上的電網(wǎng)安全概念，保證智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與信息安全是非常重要的，網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全技術(shù)主要包括：系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)生存性，主動實(shí)時防護(hù)，安全的數(shù)據(jù)存儲，網(wǎng)絡(luò)病毒防護(hù)，防止惡意攻擊技術(shù)，信息信任系統(tǒng)，新密碼技術(shù)，實(shí)時鏡像備用等；

6）發(fā)電機(jī)功率和負(fù)荷短期預(yù)測技術(shù)。職能電網(wǎng)技術(shù)體系構(gòu)建中，必須形成高性能的預(yù)測能力，以及高敏感的預(yù)警能力。智能電網(wǎng)發(fā)電機(jī)功率和負(fù)荷短期預(yù)測技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要運(yùn)用高性能傳感器，通信和信息等技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)短時預(yù)測或者是預(yù)警，例如各類短期負(fù)荷預(yù)測，可再生能源發(fā)電功率短期預(yù)測等，也可實(shí)現(xiàn)超時預(yù)警預(yù)測；

7）蓄能技術(shù)。眾所周知，可再生能源的特點(diǎn)是不穩(wěn)定的，因此，傳統(tǒng)電網(wǎng)功率瞬態(tài)平衡依靠機(jī)組慣性來實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)狀，不能滿足智能電網(wǎng)對儲能技術(shù)的要求，未來電網(wǎng)無能量存儲系統(tǒng)作為支持，難以想象智能電網(wǎng)發(fā)展前景。智能電網(wǎng)儲能技術(shù)主要包含儲能單元技術(shù)，例如化學(xué)電池，燃料電池，電容器和超導(dǎo)磁儲能等，這些儲能單元具有高效和高密度的特點(diǎn)；

8）先進(jìn)材料技術(shù)，智能電網(wǎng)的發(fā)展需要依靠先進(jìn)的材料技術(shù)，作為其發(fā)展的物質(zhì)支撐，我國智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)智能電網(wǎng)配套的先進(jìn)材料技術(shù)；

9）分布式電源技術(shù)。分布式電源技術(shù)是智能電網(wǎng)技術(shù)體系構(gòu)建的重點(diǎn)之一，智能電網(wǎng)分布式電源技術(shù)，一個重要的特點(diǎn)是靠近負(fù)荷，該特點(diǎn)可以有效降低了電網(wǎng)的輸電能力擴(kuò)展需要，這就有利于大幅度的提高職能電網(wǎng)供電的可靠性，隨之我國智能電網(wǎng)供電的質(zhì)量也會越來越完善，因而，智能電網(wǎng)發(fā)展中，凸顯了巨大的綜合效益。同時，智能電網(wǎng)分布式電源技術(shù)物理基礎(chǔ)，利用智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，和控制運(yùn)作模式，實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)的高度集成化。分布式電源種類眾多，像可再生能源的太陽能和風(fēng)能等，這些能源是普通用戶生活所需的常見能源，另外，分布式電源也可以是一個能量儲存系統(tǒng)，更可以是充電站。分布式電源協(xié)同控制，也可以被用于發(fā)電廠；

10）電力電子與控制技術(shù)。在智能電網(wǎng)技術(shù)體系構(gòu)建中，電力電子與控制技術(shù)作為優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方案的關(guān)鍵組成部分，具有十分重要的作用。

3 結(jié)論

建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，要立足科學(xué)發(fā)展，依靠科技創(chuàng)新，調(diào)動社會各方力量，做到統(tǒng)籌兼顧。要更加注重電網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；更加注重發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)發(fā)展；更加注重應(yīng)用先進(jìn)的通信信息和自動控制等技術(shù)來提高電網(wǎng)智能化水平。智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是一個具備系統(tǒng)性、邏輯性、和開放性的層級結(jié)構(gòu)，而我國智能電網(wǎng)研發(fā)和實(shí)踐都處于初期階段，各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、各體系模塊之間的轉(zhuǎn)換以及實(shí)際建設(shè)實(shí)施等也在不斷的探索、改進(jìn)、總結(jié)中進(jìn)步和成熟。本文也通過對構(gòu)建我國智能電網(wǎng)技術(shù)體系的探討來促進(jìn)我國智能電網(wǎng)信息化，自動化和智能化的快速發(fā)展和加快我國智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。

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