風電友好型智能電網的關鍵技術

梁廣平+朱青

摘 要 風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。文章討論了風電友好型智能電網的關鍵技術。

關鍵詞 風電場；智能電網；關鍵技術

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0008-02

目前，國家已將新能源的開發提高到了戰略高度，風電、太陽能等可再生能源將是未來一段時間新能源發展的重點。“十二五”期間為應對環境惡化和傳統能源短缺對地球帶來的威脅，世界各國越來越重視開展節能減排，發展可再生能源，打造低碳經濟。為給經濟社會提供更加安全、可靠、經濟、清潔的電能，我國提出“智能電網”的概念并開始了相關領域的研究工作。風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。

1 風電友好型智能電網

傳統電網是一個剛性系統，電源的接入與退出、電能量的傳輸等都缺乏彈性，使電網動態柔性及重組性較差；垂直的多級控制機制反應遲緩，無法構建實時、可配置和可重組的系統，自愈及自恢復能力完全依賴于物理冗余；對用戶的服務簡單、信息單向；缺乏信息共享，相互割裂和孤立的各類自動化系統不能構成實施的有機統一整體。

國網公司已經開展了兩批試點工程，達到21類共228項試點范圍涵蓋公司經營區域的26個省市，涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電、調度六大環節和通信信息平臺。第一批試點工程按照“重要領域率先突破和條件成熟地區先行”的原則，在智能電網的六大環節，優先選擇了“基礎條件好、項目可行度高、具有示范效應”的9個項目。

2 風電友好型智能電網特性

風電友好型智能電網具有特性：具備強大的資源優化配置能力；具備良好的安全穩定運行水平；適應并促進風電等清潔能源發展；實現高度智能化的電網調度；充分調動用戶側彈性資源。

3 風電友好型智能電網關鍵技術

堅強智能電網建設覆蓋電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度等全部環節，各環節的智能化建設和改造均對風電大規模開發利用有促進作用。關鍵技術主要體現在以下幾方面。

3.1 發電環節關鍵技術

發電環節關鍵技術包括風電并網建模及仿真技術、風電并網運行與控制技術、常規電源網廠協調技術（常規機組快速調節技術、常規電源調峰技術）、新能源網源協調技術、大規模儲能技術等關鍵技術。從短期和中期來看，解決風電消納問題的最有效也是成本最低的方法是提高常規電源快速調節能力：對新建電廠應該在靈活性方面提出一定規定，同時應對現有電廠進行改造使其達到相應靈活性規定。從長遠看，大規模儲能技術是新能源發電方式的有益補充，其通過存儲電能來平滑隨機和間歇的功率輸出，對大規模新能源發展起到重要作用。對于風力發電，在電源側配置動態響應特性好、壽命長、可靠性高的大規模儲能裝置，可有效解決風電的間歇性和波動性問題，大幅提高電網接納風電的能力。

圖1 適應風電大規模發展的發電環節協調技術

3.2 輸電環節關鍵技術

先進輸電技術包括特高壓交/直流輸電技術、靈活/柔性交流輸電技術、柔性直流輸電技術、輸電線路狀態監測技術、智能變電站技術等。特高壓輸電技術和柔性輸電技術可以促進我國“建設大基地，融入大電網”的風電開發模式，輸電線路狀態監測技術和智能變電站技術可以有效提高電網輸送容量，增強電網自愈水平。

3.3 配電環節關鍵技術

配電室電力系統的電能配送環節，是風電分布式發展的基礎。智能配電網支持靈活自適應的故障處理和自愈，通過電力流、信息流、業務流的一體化融合，具備快速高效的配電網絡自組織、自優化能力，方便快捷的分布式電源的有序并網、“即插即用”以及與電網的互動。

適應風電分布式接入的智能配電技術包括高級配電自動化技術、配電網定制電力技術、分布式發電并網技術、微電網技術等。

3.4 調度環節關鍵技術

智能化調度是智能電網建設的重要內容，是實現風電“可調度”的技術基礎。電力系統為了適應大規模清潔能源發電的并網運行，需要開展相應的監測、控制和調度決策支持等技術的研究，最終實現風電的可測與可控。

智能電力系統調度技術包括所有發電機組的功率預測及監控技術（包括來自風電廠、光伏發電廠的波動性發電量輸出）、發電機組低成本調度技術，當然應該考慮到不同類型發電廠各自的約束條件。電力系統調度的基礎是信息透明，即不同類型發電廠進行發電的邊際成本信息。這就考慮到了最小化成本優化，如前面對其他國家的描述中一樣，它能夠省去大量成本。適應風電發展的智能調度技術包括風電調度決策支持技術、風電接入電網的安全穩定防御技術、含新能源的節能發電調度技術、風電廠綜合監控和實時監測技術、調度端風電預測技術等關鍵技術。這些技術將針對風電出力特性，開展大規模風電發展對電網調頻、調峰影響的研究，開展大規模風電對系統開機方式、自動發電控制（AGC）和區域電網聯絡線功率控制等的影響研究，開展風電的調度管理模式研究等。

3.5 用電環節關鍵技術

用電是電力系統的電能消費環節，智能用電技術將構建系統與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系，靈活、互動的用電環節有利于系統快速跟蹤風電的變化，從而大大提高風電的消納水平。

短期之內，可以通過提高靈活性負荷用電比例來消納更多的風電。這種負荷能在風力發電量高的時候升高，而在風力發電量低的時候降低。這種負荷可以與供熱設備聯系到一起，例如熱泵、帶有大型儲熱系統的電鍋爐等。從長遠來看，智能用電技術包括高級測量體系、電動汽車充放電、用電信息采集、智能需求側管理技術、用戶側儲能技術等關鍵技術。高級測量體系（AMI）是在雙向計量、雙向實時通信、需求響應以及用戶用電信息采集技術的基礎上，支持用戶分布式電源盒電動機汽車接入和監控，實現智能電網與電力用戶的雙向互動。用電信息采集系統能指導用戶科學合理用電，為風電低谷消納提供有力的技術支持。電動汽車充放電是智能電網與用戶雙向互動的重要組成部分，可以輔助系統有效接納風電等波動性發電容量。智能需求側管理技術包括自動需求響應技術、能效電廠、智能有序用電、遠程能耗檢測與效能診斷等。用戶側儲能技術是轉移高峰電力、開發低谷用電，提高風電消納比重的一項重要技術措施，包括蓄冷技術、蓄熱技術、儲能技術等。

4 小結

從2009年5月，國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念，并計劃于2020年基本建成堅強智能電網，拉開了我國智能電網研究與實踐的序幕。近幾年，國家電網公司陸續開展試點（示范）工程，為風電有好型智能電網的關鍵技術工程實踐提供了良好機會。可以預見，未來我國電網將變得更加堅強穩固。

參考文獻

[1]張峻嶺，殷建英，黨政.風光互補發電系統及應用[J].能源研究與利用，2011（04）.endprint

摘 要 風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。文章討論了風電友好型智能電網的關鍵技術。

關鍵詞 風電場；智能電網；關鍵技術

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0008-02

目前，國家已將新能源的開發提高到了戰略高度，風電、太陽能等可再生能源將是未來一段時間新能源發展的重點。“十二五”期間為應對環境惡化和傳統能源短缺對地球帶來的威脅，世界各國越來越重視開展節能減排，發展可再生能源，打造低碳經濟。為給經濟社會提供更加安全、可靠、經濟、清潔的電能，我國提出“智能電網”的概念并開始了相關領域的研究工作。風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。

1 風電友好型智能電網

傳統電網是一個剛性系統，電源的接入與退出、電能量的傳輸等都缺乏彈性，使電網動態柔性及重組性較差；垂直的多級控制機制反應遲緩，無法構建實時、可配置和可重組的系統，自愈及自恢復能力完全依賴于物理冗余；對用戶的服務簡單、信息單向；缺乏信息共享，相互割裂和孤立的各類自動化系統不能構成實施的有機統一整體。

國網公司已經開展了兩批試點工程，達到21類共228項試點范圍涵蓋公司經營區域的26個省市，涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電、調度六大環節和通信信息平臺。第一批試點工程按照“重要領域率先突破和條件成熟地區先行”的原則，在智能電網的六大環節，優先選擇了“基礎條件好、項目可行度高、具有示范效應”的9個項目。

2 風電友好型智能電網特性

風電友好型智能電網具有特性：具備強大的資源優化配置能力；具備良好的安全穩定運行水平；適應并促進風電等清潔能源發展；實現高度智能化的電網調度；充分調動用戶側彈性資源。

3 風電友好型智能電網關鍵技術

堅強智能電網建設覆蓋電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度等全部環節，各環節的智能化建設和改造均對風電大規模開發利用有促進作用。關鍵技術主要體現在以下幾方面。

3.1 發電環節關鍵技術

發電環節關鍵技術包括風電并網建模及仿真技術、風電并網運行與控制技術、常規電源網廠協調技術（常規機組快速調節技術、常規電源調峰技術）、新能源網源協調技術、大規模儲能技術等關鍵技術。從短期和中期來看，解決風電消納問題的最有效也是成本最低的方法是提高常規電源快速調節能力：對新建電廠應該在靈活性方面提出一定規定，同時應對現有電廠進行改造使其達到相應靈活性規定。從長遠看，大規模儲能技術是新能源發電方式的有益補充，其通過存儲電能來平滑隨機和間歇的功率輸出，對大規模新能源發展起到重要作用。對于風力發電，在電源側配置動態響應特性好、壽命長、可靠性高的大規模儲能裝置，可有效解決風電的間歇性和波動性問題，大幅提高電網接納風電的能力。

圖1 適應風電大規模發展的發電環節協調技術

3.2 輸電環節關鍵技術

先進輸電技術包括特高壓交/直流輸電技術、靈活/柔性交流輸電技術、柔性直流輸電技術、輸電線路狀態監測技術、智能變電站技術等。特高壓輸電技術和柔性輸電技術可以促進我國“建設大基地，融入大電網”的風電開發模式，輸電線路狀態監測技術和智能變電站技術可以有效提高電網輸送容量，增強電網自愈水平。

3.3 配電環節關鍵技術

配電室電力系統的電能配送環節，是風電分布式發展的基礎。智能配電網支持靈活自適應的故障處理和自愈，通過電力流、信息流、業務流的一體化融合，具備快速高效的配電網絡自組織、自優化能力，方便快捷的分布式電源的有序并網、“即插即用”以及與電網的互動。

適應風電分布式接入的智能配電技術包括高級配電自動化技術、配電網定制電力技術、分布式發電并網技術、微電網技術等。

3.4 調度環節關鍵技術

智能化調度是智能電網建設的重要內容，是實現風電“可調度”的技術基礎。電力系統為了適應大規模清潔能源發電的并網運行，需要開展相應的監測、控制和調度決策支持等技術的研究，最終實現風電的可測與可控。

智能電力系統調度技術包括所有發電機組的功率預測及監控技術（包括來自風電廠、光伏發電廠的波動性發電量輸出）、發電機組低成本調度技術，當然應該考慮到不同類型發電廠各自的約束條件。電力系統調度的基礎是信息透明，即不同類型發電廠進行發電的邊際成本信息。這就考慮到了最小化成本優化，如前面對其他國家的描述中一樣，它能夠省去大量成本。適應風電發展的智能調度技術包括風電調度決策支持技術、風電接入電網的安全穩定防御技術、含新能源的節能發電調度技術、風電廠綜合監控和實時監測技術、調度端風電預測技術等關鍵技術。這些技術將針對風電出力特性，開展大規模風電發展對電網調頻、調峰影響的研究，開展大規模風電對系統開機方式、自動發電控制（AGC）和區域電網聯絡線功率控制等的影響研究，開展風電的調度管理模式研究等。

3.5 用電環節關鍵技術

用電是電力系統的電能消費環節，智能用電技術將構建系統與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系，靈活、互動的用電環節有利于系統快速跟蹤風電的變化，從而大大提高風電的消納水平。

短期之內，可以通過提高靈活性負荷用電比例來消納更多的風電。這種負荷能在風力發電量高的時候升高，而在風力發電量低的時候降低。這種負荷可以與供熱設備聯系到一起，例如熱泵、帶有大型儲熱系統的電鍋爐等。從長遠來看，智能用電技術包括高級測量體系、電動汽車充放電、用電信息采集、智能需求側管理技術、用戶側儲能技術等關鍵技術。高級測量體系（AMI）是在雙向計量、雙向實時通信、需求響應以及用戶用電信息采集技術的基礎上，支持用戶分布式電源盒電動機汽車接入和監控，實現智能電網與電力用戶的雙向互動。用電信息采集系統能指導用戶科學合理用電，為風電低谷消納提供有力的技術支持。電動汽車充放電是智能電網與用戶雙向互動的重要組成部分，可以輔助系統有效接納風電等波動性發電容量。智能需求側管理技術包括自動需求響應技術、能效電廠、智能有序用電、遠程能耗檢測與效能診斷等。用戶側儲能技術是轉移高峰電力、開發低谷用電，提高風電消納比重的一項重要技術措施，包括蓄冷技術、蓄熱技術、儲能技術等。

4 小結

從2009年5月，國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念，并計劃于2020年基本建成堅強智能電網，拉開了我國智能電網研究與實踐的序幕。近幾年，國家電網公司陸續開展試點（示范）工程，為風電有好型智能電網的關鍵技術工程實踐提供了良好機會。可以預見，未來我國電網將變得更加堅強穩固。

參考文獻

[1]張峻嶺，殷建英，黨政.風光互補發電系統及應用[J].能源研究與利用，2011（04）.endprint

摘 要 風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。文章討論了風電友好型智能電網的關鍵技術。

關鍵詞 風電場；智能電網；關鍵技術

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0008-02

目前，國家已將新能源的開發提高到了戰略高度，風電、太陽能等可再生能源將是未來一段時間新能源發展的重點。“十二五”期間為應對環境惡化和傳統能源短缺對地球帶來的威脅，世界各國越來越重視開展節能減排，發展可再生能源，打造低碳經濟。為給經濟社會提供更加安全、可靠、經濟、清潔的電能，我國提出“智能電網”的概念并開始了相關領域的研究工作。風電場裝機容量的增加，在電源中所占比例的增大，對電力系統的規劃、運行等帶來了影響，對建立風電友好型智能電網提出了迫切需求。

1 風電友好型智能電網

傳統電網是一個剛性系統，電源的接入與退出、電能量的傳輸等都缺乏彈性，使電網動態柔性及重組性較差；垂直的多級控制機制反應遲緩，無法構建實時、可配置和可重組的系統，自愈及自恢復能力完全依賴于物理冗余；對用戶的服務簡單、信息單向；缺乏信息共享，相互割裂和孤立的各類自動化系統不能構成實施的有機統一整體。

國網公司已經開展了兩批試點工程，達到21類共228項試點范圍涵蓋公司經營區域的26個省市，涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電、調度六大環節和通信信息平臺。第一批試點工程按照“重要領域率先突破和條件成熟地區先行”的原則，在智能電網的六大環節，優先選擇了“基礎條件好、項目可行度高、具有示范效應”的9個項目。

2 風電友好型智能電網特性

風電友好型智能電網具有特性：具備強大的資源優化配置能力；具備良好的安全穩定運行水平；適應并促進風電等清潔能源發展；實現高度智能化的電網調度；充分調動用戶側彈性資源。

3 風電友好型智能電網關鍵技術

堅強智能電網建設覆蓋電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度等全部環節，各環節的智能化建設和改造均對風電大規模開發利用有促進作用。關鍵技術主要體現在以下幾方面。

3.1 發電環節關鍵技術

發電環節關鍵技術包括風電并網建模及仿真技術、風電并網運行與控制技術、常規電源網廠協調技術（常規機組快速調節技術、常規電源調峰技術）、新能源網源協調技術、大規模儲能技術等關鍵技術。從短期和中期來看，解決風電消納問題的最有效也是成本最低的方法是提高常規電源快速調節能力：對新建電廠應該在靈活性方面提出一定規定，同時應對現有電廠進行改造使其達到相應靈活性規定。從長遠看，大規模儲能技術是新能源發電方式的有益補充，其通過存儲電能來平滑隨機和間歇的功率輸出，對大規模新能源發展起到重要作用。對于風力發電，在電源側配置動態響應特性好、壽命長、可靠性高的大規模儲能裝置，可有效解決風電的間歇性和波動性問題，大幅提高電網接納風電的能力。

圖1 適應風電大規模發展的發電環節協調技術

3.2 輸電環節關鍵技術

先進輸電技術包括特高壓交/直流輸電技術、靈活/柔性交流輸電技術、柔性直流輸電技術、輸電線路狀態監測技術、智能變電站技術等。特高壓輸電技術和柔性輸電技術可以促進我國“建設大基地，融入大電網”的風電開發模式，輸電線路狀態監測技術和智能變電站技術可以有效提高電網輸送容量，增強電網自愈水平。

3.3 配電環節關鍵技術

配電室電力系統的電能配送環節，是風電分布式發展的基礎。智能配電網支持靈活自適應的故障處理和自愈，通過電力流、信息流、業務流的一體化融合，具備快速高效的配電網絡自組織、自優化能力，方便快捷的分布式電源的有序并網、“即插即用”以及與電網的互動。

適應風電分布式接入的智能配電技術包括高級配電自動化技術、配電網定制電力技術、分布式發電并網技術、微電網技術等。

3.4 調度環節關鍵技術

智能化調度是智能電網建設的重要內容，是實現風電“可調度”的技術基礎。電力系統為了適應大規模清潔能源發電的并網運行，需要開展相應的監測、控制和調度決策支持等技術的研究，最終實現風電的可測與可控。

智能電力系統調度技術包括所有發電機組的功率預測及監控技術（包括來自風電廠、光伏發電廠的波動性發電量輸出）、發電機組低成本調度技術，當然應該考慮到不同類型發電廠各自的約束條件。電力系統調度的基礎是信息透明，即不同類型發電廠進行發電的邊際成本信息。這就考慮到了最小化成本優化，如前面對其他國家的描述中一樣，它能夠省去大量成本。適應風電發展的智能調度技術包括風電調度決策支持技術、風電接入電網的安全穩定防御技術、含新能源的節能發電調度技術、風電廠綜合監控和實時監測技術、調度端風電預測技術等關鍵技術。這些技術將針對風電出力特性，開展大規模風電發展對電網調頻、調峰影響的研究，開展大規模風電對系統開機方式、自動發電控制（AGC）和區域電網聯絡線功率控制等的影響研究，開展風電的調度管理模式研究等。

3.5 用電環節關鍵技術

用電是電力系統的電能消費環節，智能用電技術將構建系統與電力用戶電力流、信息流、業務流實時互動的新型供用電關系，靈活、互動的用電環節有利于系統快速跟蹤風電的變化，從而大大提高風電的消納水平。

短期之內，可以通過提高靈活性負荷用電比例來消納更多的風電。這種負荷能在風力發電量高的時候升高，而在風力發電量低的時候降低。這種負荷可以與供熱設備聯系到一起，例如熱泵、帶有大型儲熱系統的電鍋爐等。從長遠來看，智能用電技術包括高級測量體系、電動汽車充放電、用電信息采集、智能需求側管理技術、用戶側儲能技術等關鍵技術。高級測量體系（AMI）是在雙向計量、雙向實時通信、需求響應以及用戶用電信息采集技術的基礎上，支持用戶分布式電源盒電動機汽車接入和監控，實現智能電網與電力用戶的雙向互動。用電信息采集系統能指導用戶科學合理用電，為風電低谷消納提供有力的技術支持。電動汽車充放電是智能電網與用戶雙向互動的重要組成部分，可以輔助系統有效接納風電等波動性發電容量。智能需求側管理技術包括自動需求響應技術、能效電廠、智能有序用電、遠程能耗檢測與效能診斷等。用戶側儲能技術是轉移高峰電力、開發低谷用電，提高風電消納比重的一項重要技術措施，包括蓄冷技術、蓄熱技術、儲能技術等。

4 小結

從2009年5月，國家電網公司正式提出“堅強智能電網”的概念，并計劃于2020年基本建成堅強智能電網，拉開了我國智能電網研究與實踐的序幕。近幾年，國家電網公司陸續開展試點（示范）工程，為風電有好型智能電網的關鍵技術工程實踐提供了良好機會。可以預見，未來我國電網將變得更加堅強穩固。

參考文獻

[1]張峻嶺，殷建英，黨政.風光互補發電系統及應用[J].能源研究與利用，2011（04）.endprint