數字化電網關鍵技術的研究

【摘要】電力作為國家的支柱能源和經濟命脈，在國民經濟可持續發展中起著重要作用。在中國，為適應國民經濟騰飛和資源、環境壓力，電網技術正朝著高電壓、大容量、跨區域、大電網的方向發展。隨著以特高壓為骨干網架和以各級電網為分區的中國特色電網的形成，基于節能減排目的的風力發電、太陽能發電、燃料電池發電等分布式可再生能源發電資源數量的不斷增加，電力網絡與電力市場、用戶之間的協調和交換越加緊密，電能質量水平要求逐漸提高，傳統的電力網絡以及控制措施已經難以支持如此多的發展要求。針對目前電網在抵御風險方面的脆弱性，新能源接入和應用方面的局限性，世界電力科研機構和較大的公司都開展了對新一代電網的研究，相繼提出了“先進電網”、“智能電網”的藍圖。中國的電力專家們提出了建設數字化電網，最近提出了統一堅強智能電網的概念。

【關鍵詞】數字化電網；信息建模；面向服務對象構架

一、研究背景

電力作為國家的支柱能源和經濟命脈，在國民經濟可持續發展中起著重要作用。在中國，為適應國民經濟騰飛和資源、環境壓力，電網技術正朝著高電壓、大容量、跨區域、大電網的方向發展。隨著以特高壓為骨干網架和以各級電網為分區的中國特色電網的形成，基于節能減排目的的風力發電、太陽能發電、燃料電池發電等分布式可再生能源發電資源數量的不斷增加，電力網絡與電力市場、用戶之間的協調和交換越加緊密，電能質量水平要求逐漸提高，傳統的電力網絡以及控制措施已經難以支持如此多的發展要求。

針對電力系統發展面臨著的這些挑戰，智能電網被認為是有效的解決方案，開放的信息系統和共享的信息模式是智能電網的基礎。我國已于2009年5月提出發展統一堅強智能電網的設想，實現對傳統電網的升級換代以及電網運行、控制新思路的改革，同時也為中國電力市場的真正形成打下良好的基礎。統一堅強智能電網發展思路是，從中國國情出發，以社會用戶服務需求為導向，以先進信息、通信和控制技術為手段，以滿足經濟社會可持續發展為目標，以堅強網架為基礎，以信息平臺為支撐，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合，構建貫穿發電、輸電、變電、配電、用電和調度全部環節和全電壓等級的電網可持續發展體系。

電力系統在不斷發展壯大的同時，面臨著許多問題和矛盾，例如，經濟發展與電力建設之間的矛盾，能源分布與負荷分布之間的矛盾，電網復雜度增加與控制技術之間的矛盾，電能質量與用戶要求之間的矛盾，電力發展與環境惡化之間的矛盾，建設投資大與已有資源利用不充分之間的矛盾，等等。這些矛盾在全球范圍內具有普遍性。從近年來國內外大停電事故來看，現有的技術手段和應對策略不足以解決所有問題，電力工業巫須一種突破。在此背景下，智能電網被確定為電力工業下一階段的建設目標。智能電網以安全可靠、經濟高效、節能環保為運行目標，有自愈、兼容、堅強、開放，以及支持電力市場和互動化等特征，能夠有效地解決當前電力工業發展遇到的問題。

二、研究意義

目前智能電網還處于初期研究階段，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對智能電網進行理解、研究和實踐，各國智能電網發展的思路、路徑和重點各不相同。因此，國際上尚無統一而明確的定義。各國對智能電網的定義、特征、功能、結構、基本工作原理、關鍵技術等方面目前還處在認知和探索階段。智能電網是對電網未來發展的一種愿景，也更接近于一種未來電網先進技術的總體框架，而不是一種具有廣泛接受的規范的特定名詞，其涵蓋的內容從傳統的一次、二次設備，直至超導、智能化等高科技領域。短期內所能夠進行的是在智能電網愿景和技術框架下，結合本國、本地區電網實際需求，對相關的技術進行研究、試點、推廣和普及。實現電力流的合理分布是智能電網的最終目標。要實現這一目標，需要一個對物理電網運行進行調控的神經中樞系統和大腦。神經中樞系統傳遞的是信息，涉及的是信息的流動，包括了信息的采集、傳輸、處理、挖掘、分配和展示等各個環節，表現為一個高度自動化的信息處理過程。為信息流提供通道的基礎設施也十分重要，它是實現智能電網的技術保證和一系列技術規范的總稱，而不是一種具有廣泛接受的規范的特定名詞。智能電網的智能性必須通過先進的管理信息系統、數字化通信網絡和智能硬件設備實現。因此，在傳統電網向智能電網轉變的發展過程，需要一個較為長期的發展建設過程，廣泛認為，數字化是智能電網的重要特征和發展基礎。

我國在數字化電網進行了大量前瞻性研究。1999年清華大學提出“數字電力系統”理念，揭開了數字電網研究工作序幕；2005年國家電網公司實施“SG186”工程，開始進行數字化電網和數字化變電站的框架研究和示范工程建設；同年，南方電網公司委托清華大學開展“數字南方電網”研究；2006年，上海市電力公司提出“數字化供電系統”研究和實踐。因此，構建基于信息標準化、集成化技術的數字化電網體系是建設智能電網的基礎，數字化電網則是智能電網的一個重要組成部分和初級階段。

為了實現數字化電網，需要大量的基礎性研究成果作為支撐，尤其需要實現其信息建模的標準化，實現信息集成，應用集成并確保其信息安全。因此，積極開展數字化電網研究工作具有重要意義。

三、研究現狀

智能電網之前，數字電力系統的概念已在被正式提出，DPS被定義為：某一實際運行的電力系統的物理結構、物理特性、技術性能、經濟管理、環保指標、人員狀況、科教活動等數字地、形象化地、實時地描述與再現。DPS包括從電力系統的物理結構、運行狀態、運行效率、自動裝置的動作特性，到電力企業的運營策略、管理模式、人員信息、市場信息以及影響電力系統安全的特殊自然環境等各方面的信息，實現科學的管理和決策、實時安全穩定性評估與改善、經濟運行策略制定和實行、緊急控制和最適解列方案的實施、快速恢復策略的制定以及科學研究和系統規劃設計等功能。可以看到，該文對DPS的闡述主要集中于電力系統的安全穩定運行方面的角度。

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【作者簡介】

張為（1988—），男，湖北大悟人，湖北工業大學電氣與電子工程學院電氣工程專業2013級碩士研究生，主要研究方向：電力系統自動化。