略論電力系統的發展方向

王興興

(上海理工大學光電信息與計算機工程學院,上海 200093)

略論電力系統的發展方向

王興興

(上海理工大學光電信息與計算機工程學院,上海 200093)

隨著我國經濟社會的快速發展,電能總消費日益增加,以及霧霾等環境問題不斷惡化,電網壓力進一步增加,以發展新能源為重點的能源結構調整正呈現加速趨勢。面對以上這些挑戰,發展堅強智能電網已是大勢所趨本文就電力系統的發展以及智能電網的建設進行粗略分析。

電力系統 發展方向 智能電網

1 電力系統的現狀

電是全世界最通用的能源形式。今天的電網主要是由大型發電廠、輸電線路和配電系統組成的，輸電線路連接大型發電廠并為配電系統供電。因此，電網的總體結構仍然與過去相同，即潮流是單向的，由發電廠通過輸電線路和配電系統到達終端用戶?，F代經濟的運行體制告訴我們，工作要巧干，苦干往往導致事倍功半的效果。一般來說，花一些時間和精力分析我們的工作方式，比只增加工作強度的效果更好。對于個人來講是如此，對于大型系統亦是如此。目前我國電網，也同樣面臨如何最好地應對這些變化的問題。我國的電力工業起步很早，幾乎與世界同步。近年來，我國電力行業發展迅猛，火電水平不斷提高，水電逐漸增大其開發強度，電源結構不斷的調整，日益增強電網的建設水平，環保方面的成績日益突出，電力裝備技術不斷提高。截止2013年底，我國在繼電網規模、發電量世界第一之后，我國發電裝機容量已超越美國位居世界第一、達到12．47億千瓦。隨著我國電力系統及其自動化水平逐年提升，我國的電力系統供給能力逐步增強，電力供給結構明顯改善。

由圖1-1可以看出，我國的總裝機容量逐年遞增。電力是保證經濟發展的重要物質基礎，經濟發展是電力發展的內在動力。隨著我國經濟水平的不斷提高，對供電量的要求也與日俱增。由圖1-2可以看出我國近年來發電量與用電量基本持平。但是近來三年的用電量略大于發電量，說明我國的電力系統供給能力仍需加強。

由圖1-3可看出，到目前為止，煤炭等化石能源仍舊是中國發電所用的的主要能源。而對于這種非清潔性能源的過度依賴，需要付出巨大的代價，因此政府計劃加大力度利用核能、水電和天然氣等清潔的能源，以實現能源供應的多樣化。盡管我國擁有豐富的能源生產所需的資源，但我國的資源存儲區域大多位于西北部地區，而能源主要的消耗中心則位于華北華中華東地區，相距甚遠。隨著我國經濟的進一步發展，要求對發電和輸配電的基礎設施進行大量的投資改造。于此同時并網風電以及并網太陽能發電發展迅速。未來將有更多的可再生能源電力并入電網，我國在可再生能源發電領域很大發展空間與潛力。且目前來看我國的電力供給結構已經明顯改善。

2 電力系統發展方向

現如今，一場針對于電網功能的根本性的變革正在發生。電能已成為全球最重要的能源之一，放眼全球，已經開始逐漸形成了以電為中心的能源的開發利用格局，并且這已經成為全球能源發展的戰略方向。變革的一大原因是由于風能、太陽能等可再生能源使用量的增加。一方面由于我國國民經濟的持續高速發展，但是能源供應基地和主要的用電負荷中心均距離很遠，并且這些主要的能源供應地大量位于西北部地區，當地的原有電網基礎設施十分落后，對于新增輸電量無力承擔；另一方面由于風能、太陽能這些能源的供應的不連續性以及難以預測性，因此大家都希望能夠實現遠距離輸電。綜合以上幾點，故我國將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建設作為發展智能電網的物理基礎[1]。

在未來20年內，用戶將可能看到電力系統的一些特性：概率幾乎為零的大面積停電；非常少的本地區域電力供應中斷，以及在電力中斷下的快速電力恢復；優質的電能質量；用戶能根據價格信息和其他經濟刺激方式(比如需求相應)來多方面選擇買電和用電服務，或通過DER進行儲能；增強的低成本電能輸送能力；高效的電網運行能力；控制系統、電力電子以及分布式電源的即插即用；提升的對外部物理攻擊或者自然災害的抵御能力；更加環保。這種未來的電力系統稱為“智能電網”。

3 堅強智能電網的建設

電網是現代社會的關鍵基礎設施。對電力系統基礎設施進行換代的傳統做法主要是興建新的發電廠，架設新的輸電線路，建造新的變電站，添加其他相關設備等。但現在從取得授權到選擇路徑到建設新線路的每一步都已變得極其困難、昂貴和費時。許多電網正在老化，并受到各種運行方案的困擾，幾十年前建設這些電網時還從未考慮到這些挑戰。從根本上說，智能電網是一種輸配電系統，其本質就是能源代替和兼容利用。

我國所發展的智能電網的理念，是堅強智能電網。其具有網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動等顯著特點。現代電網所提煉的智能電網主要有以下7個主要特征：自愈、互動、堅強、優質電能供應、兼容各種發電和儲能系統、活躍市場、優化資產和高效運行[2]。

智能電網的發展和實現對現有技術提出了一系列新的要求。主要涉及四個關鍵的技術領域。下面進行淺略分析。

3.1 集成通信

集成通信建立智能電網的基礎。隨著通信技術的發展，配電自動化也在一定程度上發展起來了，低速的SCADA系統以及EMS的應用已經成功集成了區域輸電組織、發電廠等部分，但是這些應用還是缺少全面的系統集成，高速的通信體系才是智能電網所需要的。電力載波技術已經使用很多年了。電力寬頻通信技術目前也已經發展起來并成功得到應用。同時，無線技術也被應用到不同領域。但是這些技術在電網通信體系中并未得到很好應用，在用戶側得也未得到充分的應用。

3.2 傳感與測量

參數測量對用戶、公共事業包括保護系統的推進應用主要表現在用戶所在地設備和電力服務商之間的通信；高級計量；分時電價、實時電價；負荷控制；基于網頁的計量信息和能源分析；停電檢測和通知；多個地點或設備的計量集合；用戶發電裝置的集成；遠程電能質量監測和服務；遠程設備信息診斷；竊電控制；建立能量管理系統；基于實時電價的自動負荷控制；總電能消耗監測等方面。我國已有的電力監視系統，部分已經商業化，部分目前正在研究中。在目前發展的傳感和測量技術中，廣域測量系統(WAMS)可能是最有潛力增強電網穩定的技術。

3.3 高級電力設施

電網的耳目股肱莫過于是高級電力設施，最前沿的研究成果如超導、儲能和電力電子等技術均將會在下一代的電力設備中應用，這將使電網的更大輸電量，更穩定的系統，更好的電能能力，更高效的電力效率和實時的系統診斷這些目標得以實現。將高級電力設施連接在一起，便可以構成復雜系統，例如微網。高級電力設施都是基于電力電子學技術的，柔性交流輸電系統(FACTS，包括UPFC，DVAR，SVC等)就是很好的例子。高級電力設施主要分以下幾類：有電力電子裝置、超導裝置、分布式發電、復雜系統、復合導線以及電網友好型裝置[3]。

3.4 高級控制方法和決策支持

智能電網不僅僅要實現數據的收集，更重要的是需要對收集的信息進行分析與決策。智能電網一方面要滿足個人終端用戶與電網系統的交互需求，另一方面也要滿足電網控制系統供電穩定的要求。電力系統的穩定性分為靜態穩定和暫態穩定兩種類型。通過智能電表獲取到用戶用電數據后，進行靜態和動態預想事故分析。智能電網能對用戶用電行為進行預測和建議。還可以通過對電力系統的進行數據分析，保證智能電網的決策具有科學性和實踐性。

4 結語

本文在對電網現狀進行分析之后，闡述了現在電網發展所遇到的挑戰以及今后的發展方向，最后對電網未來的發展方向——堅強智能電網進行了淺略介紹?？偠灾?，一個現代化的堅強智能電網將為電力系統帶來以下變革：降低高峰負荷和發電設備容量；消除用于新建輸配電基礎設施和電廠的投資費用；降低輸配電線路損耗，并同時降低運行和維護費用；改變負載模式，調整潮流方向，改善電壓水平和系統穩定性[4]；允許負載側的能量儲存系統和分布式發電參與系統的調度和運行；通過廣域監視系統、通信系統和運行反饋控制，進行實時的預想故障分析；為電力公司提供先進的可視化手段，以提升其監視整個系統的能力。

[1]關敬東.智能電網與低碳經濟的認識與思考.供電企業管理,2010.

[2]趙巍.基于數字化通信技術的智能電網應用前瞻.科技信息,2012.

[3]羅明志.智能電網綜述.中國電力教育:上.2010.

[4]馬寧.我國智能電網探析.建材技術與應用,2012.