電力工程技術在智能電網建設中的應用

郭玉新

（國網山東省電力公司建設公司，山東 濟南 250022）

0 引 言

目前，人口數量不斷增加，全球氣候變化形勢日益嚴峻，能源問題越來越受到人們的關注。智能電網具有堅固、頑強、較強自愈能力、較強實用性和較高經濟性的特點，有助于實現電網的長久發展，所以逐漸引起人們的關注。智能電網建設過程中，運用電力工程技術能夠節約資源，提升智能電網的穩定性，提高智能電網的建設速度和質量。因此，智能電網建設過程中需重點應用電力工程技術。

1 智能電網的概述

1.1 智能電網的含義

智能電網的概念最先由美國提出。為了緩解日益嚴峻的能源危機，將智能電網作為核心建設工作，以推進其他產業的健康發展，進而保證經濟穩健運行。美國能源部《Grid2030》中談論了智能電網，即“一個完全自動化的電力傳輸網絡，具有控制與監視每個電網節點、用戶的功能，確保從電廠至用戶這一輸配電過程中的所有節點之間的電能與信息能夠實現雙向流動”[1]。

中國電力科學研究院對智能電網的定義是“將計算機技術、通信技術、測量與傳感技術高度集成于物理電網中形成的新型電網”。智能電網的目的是保證電能的質量、電力供應的安全性、經濟性和可靠性，實現資源的最優配置，滿足環保的需求，順應當前電力市場的發展，充分滿足客戶的電力需求，提供客戶清潔、經濟、互動的電力供應和電力供應的增值服務[2]。

1.2 我國智能電網的建設特點

我國的智能電網概念，既包括長久發展的需求、現實因素的影響，還充分考慮了經濟發展的需求。我國地大物博，但人口數量日益增長，導致天然氣、石油等不可再生能源的人均儲量嚴重不足，且能源分布不均，能源消耗中心和能源分布中心不一致，因此發展智能電網是我國的重點任務。

根據我國的實際情況，智能電網的骨干網架是特高壓工程，應建設以東北、西北電網為發送端，華東、華中、華西為接收端的同步電網。此外，需大幅提升智能電網大范圍內的配置能力和資源優化能力，做到各級電網協調共存、共同發展，實現直流、交流互聯，加大新能源的投入力度，創建清潔電網，同時關注電網的自愈化、自動化和智能化。

智能運用體系、標準規范體系、發展基礎體系以及技術支撐體系共同組成了我國的智能電網。另外，智能電網的建設涉及到電力電子、傳感器、網絡通信等多個電力工程技術的運用，因此可推動材料、能源和信息等相關行業的不斷發展。

2 智能電網建設過程中電力工程技術的運用

2.1 發 電

與傳統電網相比，智能電網更加關注新型能源的利用與開發。目前，不可再生能源的日益緊缺限制了我國經濟發展。為了解決不可再生能源儲量日益減少的危機，提升電網運行的穩定性、安全性和潔凈度，近年來我國不斷研究微電網接入技術，開發清潔能源，并將分布式能源如潮汐能、太陽能、風能等能源大規模融入智能電網建設中。

新型能源具有高效率、低碳、清潔和可再生的優點，但也具有一定缺陷，如季節性特征、發電穩定性不佳等。因此，智能電網建設的發電過程中，電力工程技術應重點關注新能源的并網技術，促使新能源能夠穩定、安全、大規模地接入電網系統，避免清潔能源并網后影響電能質量和諧波注入，保證并網過程中不對電網造成過大沖擊，同時需關注大規模的儲能設備、儲能技術的開發和運用。

2.2 輸 電

我國智能電網的輸電骨架為特高壓電網，各級電網協調共存。國家電網提出的“三華”同部電網建設，全面提升了電網的智能化水平、科技水平、安全水平、經濟運行的效率以及資源的配置能力。當前，我國智能電網的輸電發展方向為直流與交流互聯、大容量、高電壓。

智能電網輸電過程中，采用特高壓直流輸電技術（UHVDC）。這種輸電技術具有多樣化的控制方式，系統的中間不需要落點，適合遠距離、大功率、點對點的電能輸送，尤其適用于實現不同交流電網的互聯。直流與交流互聯的特高壓輸送電網中，交流電網負責跟蹤用戶的需求變化，直流電網在交流電網的基礎實現電力的吸納，二者分工明確，從而保證電網系統運行的可靠性和安全性[3]。

輸電過程中，智能電網的工作主要包括監控電網運行狀況、檢修電網狀態、控制電網運行方式以及管理電網壽命等。具有代表性的裝置主要包括超導無功補償設施和波形交流變換器。此外，涉及的相關電力工程技術包括狀態檢測技術、串聯補償技術、可控高抗技術、交直流濾波技術、高壓換流技術、柔性交流輸電技術、集約化維護與運行管理技術、無功補償技術、諧波管控技術以及智能巡檢技術等。

柔性交流輸電技術涉及的電力工程技術包括電力技術、電子技術、微電子技術、通信技術和控制技術等。柔性交流輸電技術具有良好的經濟性，與原輸電方式完全協調，避免了機械磨損，且控制信號功率小，具有較強的靈活性。輸電線路采用柔性交流輸電技術能極大提升導線的電流輸送能力，顯著提高交流系統運行的安全性與穩定性，滿足大功率、長距離電力輸送的需求，充分利用送電線路減少了發電機的備用容量[4]，保證輸電網精確、連續、快速。發生事故時，它能有效避免由于連續反應而導致大面積停電的問題。

2.3 變 電

電力工程技術在智能電網變電過程中得到了廣泛運用，其中建設智能化變電站是典型代表。建設智能化變電站體現了智能電網的自愈化、自動化和信息化，與以往的變電站相比，實現了巨大突破。

電力工程技術在智能變電站中得到了廣泛應用，包括采用高速計算機網絡實時監控變電站的運行狀況、采用光電式互感器、運用有源濾波技術與SVC以及采用智能化開關等。電力工程技術的運用實現了收集信息、物理網絡、通信協議和數據模型等多個環節的統一。另外，變電站設備具有自我診斷、自我描述、實時上傳數據、共享數據和控制數據的功能，節約了大量人力和物力，且實現了實時控制系統電壓、檢測變電站設備狀態和管理壽命等功能。

2.4 配 電

配電環節是直接接入到用戶的環節，因此智能電網建設過程中需高度關注配電環節，特別是中低壓配電網的智能化建設。智能電網中，配電網承擔了光伏、風能和其他分散能源的接入，因此必須保證電網供電的穩定性與可靠性。

配電過程中涉及的電力工程技術包括高級測量技術、智能網絡的建設、配電自動化、電動汽車的充電技術以及智能儲能技術等。通過運用智能儲能設備、充電樁、配電網的信息采集系統和研發智能交通設備、智能樓宇、智能電器設備等，推動了智能電網、智能城市的建設。此外，不斷開發超導儲能技術、液流電池、鈉硫電池等新型配電技術，進一步推動了智能儲能技術的產業化發展。

2.5 用 電

建設智能電網有效推動了建設智能小區的進程。因為用戶對電能的要求是高質量、穩定可靠和便宜，所以電力企業應實現智能化運營、精細化管理和高度信息化。隨著電力市場的不斷改革，電力企業逐漸融入市場，進而加大了電能供給方和需求方之間的交流頻率。

用電過程中，電力工程技術主要表現在智能電表、建立用電信息采集系統、開發智能測儀，研發智能電表、建設高效準確的用戶用電系統。電力工程技術的應用實現了電費計價方式的過渡，從以往的統一電價過渡為階梯式電價。分散式儲能設備、智能電氣和智能化家電的應用，進一步提高了能源的使用效率，實現了用電智能化。此外，采用終端技術、高級測量等技術保證了智能用電的技術水平，且采用多臺繳費的方式提高了服務水平，實現了用戶的智能化互動。

2.6 通信與調度

智能電網的通信與調度過程中，涉及的電力工程技術主要包括數據采集技術、通信技術和計算機技術。智能電網調度過程中，需成立全面的決策控制體系，實現風險預控、安全預警和動態監測，靈活控制電網的運行狀況，實時收集并及時傳輸相關數據，進而保證電網穩定、安全的運行。另外，為了實現智能電網相關數據的高速傳輸，需將大量的數據采集平臺設置于電網各處，同時成立專門的數據傳輸平臺和數據共享平臺，在規定的框架內建設配套的專業網絡，建立統一、完整、開放的信息通信平臺，從而支撐智能電網通信體系有效運行。

3 結 論

電能的供應對我國經濟、社會具有重要影響，且與國家的能源產業安全密切相關。建設具有我國特色、符合我國國情的智能電網是經濟、社會可持續發展建設的重要策略。智能電網建設過程中，應大力推進電力工程技術的發展，并將其運用到建設智能電網的工程中。