智能電網(wǎng)在電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用

湯俊峰，周錦旺

（國網(wǎng)浙江縉云縣供電有限公司，浙江 麗水 321400）

0 引 言

智能電網(wǎng)是建立在物理電網(wǎng)基礎(chǔ)上的，集現(xiàn)代先進的傳感測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)及先進的決策支持系統(tǒng)于一體的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)涵蓋的環(huán)節(jié)有發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、調(diào)度環(huán)節(jié)以及變電環(huán)節(jié)等。它不僅可以減少運營成本，而且可以提升系統(tǒng)的安全性、可靠性以及自愈性。

1 智能電網(wǎng)的概念

2006年，美國IBM公司提出“智能電網(wǎng)”解決方案。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化（智電電力），也被稱為“電網(wǎng)2.0”。它建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。它的主要特征包括自愈、激勵和保護用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行[1]。

2 智能電網(wǎng)的特征分析

與現(xiàn)有電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)體現(xiàn)出電力流、信息流和業(yè)務(wù)流高度融合的顯著特點。其先進性和優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾方面。第一，具有堅強的電網(wǎng)基礎(chǔ)體系和技術(shù)支撐體系，能抵御各類外部干擾和攻擊，能適應(yīng)大規(guī)模清潔能源和可再生能源的接入，電網(wǎng)的堅強性得到鞏固和提升。第二，信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有機融合，可獲取電網(wǎng)的全景信息，及時發(fā)現(xiàn)、預(yù)見可能發(fā)生的故障。故障發(fā)生時，電網(wǎng)可以快速隔離故障，實現(xiàn)自我恢復(fù)，從而避免大面積停電的發(fā)生。第三，柔性交/直流輸電、網(wǎng)廠協(xié)調(diào)、智能調(diào)度、電力儲能以及配電自動化等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)運行控制更加靈活、經(jīng)濟，并能適應(yīng)大量分布式電源、微電網(wǎng)及電動汽車充放電設(shè)施的接入。第四，通信、信息和現(xiàn)代管理技術(shù)的綜合運用，將大大提高電力設(shè)備使用效率，降低電能損耗，使電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟和高效。第五，實現(xiàn)實時和非實時信息的高度集成、共享與利用，為運行管理展示全面、完整和精細的電網(wǎng)運營狀態(tài)圖，同時能提供相應(yīng)的輔助決策支持、控制實施方案和應(yīng)對預(yù)案。第六，建立雙向互動的服務(wù)模式，用戶可以實時了解供電能力、電能質(zhì)量、電價狀況和停電信息，合理安排電器使用；電力企業(yè)可以獲取用戶的詳細用電信息，為其提供更多的增值服務(wù)[2]。

3 智網(wǎng)電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)剖析

3.1 通信技術(shù)

由于智能電網(wǎng)在對數(shù)據(jù)進行獲取、保護和控制時需要通信系統(tǒng)的支持，因此智能電網(wǎng)的主要目標是建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)與電網(wǎng)一樣，都要深入家家戶戶，這就形成了兩個緊密相連的網(wǎng)絡(luò)，即電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)。它實現(xiàn)了智能電網(wǎng)的目標和關(guān)鍵功能。

通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施（動態(tài)，實時信息和交互式電源交換的）。當建成通信系統(tǒng)后，可以大大提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)利用效率，繁榮電力市場，還能有效改善及提升電網(wǎng)的價值及作用。

3.2 設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)需要廣泛運用先進的設(shè)備技術(shù)，進而提升輸配電系統(tǒng)的性能。今后，智能電網(wǎng)中的設(shè)備將會在材料、電力電子、超導(dǎo)、微電子技術(shù)及儲能方面得到充分運用，且其科研成果會越來越明顯，這樣可提升功率密度，改善電能質(zhì)量，增強供電可靠性，提升電力生產(chǎn)效率。

智能電網(wǎng)在今后將重點運用電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量儲能技術(shù)等先進技術(shù)。通過運用新技術(shù)，尋求電網(wǎng)及負荷特性間最佳的平衡點，以提升電能質(zhì)量。通過對各種各樣的先進設(shè)備（基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備）進行運用及改造，提升電網(wǎng)輸送容量及可靠性。通過將許多新的儲能設(shè)備及電源融合到配電系統(tǒng)中，對新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如微電網(wǎng)等進行有效運用[3]。

FACTS是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。

比較常見的FACTS包括靜止無功補償器、靜止同步補償器、固定串聯(lián)補償裝置和可控串聯(lián)補償裝置。除了實現(xiàn)潮流控制和電壓控制外，它還為電力系統(tǒng)提供了一種較為靈活的抑制低頻振蕩的方式。

4 應(yīng)用意義

4.1 高效減壓

電力系統(tǒng)是全部用電線路結(jié)合的產(chǎn)物。所以，將智能電網(wǎng)運用到電力系統(tǒng)規(guī)劃中，能推動整個電力系統(tǒng)朝著高效、安全、集成的方向發(fā)展。智能電網(wǎng)集發(fā)電、輸電及變電于一體，可實現(xiàn)電力運輸?shù)摹耙粭l龍”式服務(wù)，并在很大程度上節(jié)約電能運輸成本。除此之外，對于整體電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，智能電網(wǎng)還為其提供了有效的平臺，為其管理工作提供了諸多便利條件，還能夠有效緩解電路管理工作壓力。

4.2 安全防害

在氣候等因素的影響下，傳統(tǒng)的電網(wǎng)極有可能產(chǎn)生斷電或者漏電的現(xiàn)象。這樣不僅會擾亂人們正常的生活秩序，甚至還會嚴重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。而在電力系統(tǒng)規(guī)劃中運用智能電網(wǎng)，能有效降低氣候等因素對電路的干擾程度，還能應(yīng)對傳統(tǒng)電力被外力入侵卻無反應(yīng)的尷尬情形，從而降低傳統(tǒng)電網(wǎng)斷電及漏電的可能性，保障人們正常的生活秩序和人身安全。與此同時，它能主動出擊，全力對抗外力入侵，如病毒的惡性攻擊。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)具有強大的自我保護能力，在今后的電力系統(tǒng)規(guī)劃中必將立于不敗之地。

4.3 調(diào)節(jié)優(yōu)化

在電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，應(yīng)用智能電網(wǎng)可以依據(jù)實際的地區(qū)供電需求，提供科學(xué)、合理的供電方案，還可以優(yōu)化、改進和調(diào)配供電線路。在過去，電網(wǎng)反應(yīng)比較慢，在應(yīng)對負荷較大的電流時，只能選擇“忍讓”，長此以往，電路的正常運輸通道會遭到損害，其運輸負擔(dān)會越來越大。為了改變這一局面，可在電路管理過程中運用智能電網(wǎng)。因為在周邊環(huán)境發(fā)生巨大變化的情況下，智能電網(wǎng)能依據(jù)實際情況在第一時間自動制定相應(yīng)的電路解決方案，同時還能自動執(zhí)行可行性方案，無須使用人工進行調(diào)配，對電路配置方案的改進、電路管理效率的提升具有非常重要的作用。

4.4 自動求解

將智能電網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)規(guī)劃中，可在一定程度上實現(xiàn)對煩瑣問題的處理，還可實現(xiàn)智能化調(diào)度，科學(xué)地管理電力系統(tǒng)運行的各種情況，同時可以以最少的成本合理規(guī)劃電力系統(tǒng)。因此，將智能電網(wǎng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)規(guī)劃中，可快速高效地尋找到最佳的解決問題的途徑。

5 實際應(yīng)用研究

5.1 在電力調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用

在總體電力系統(tǒng)規(guī)劃中，電力調(diào)度是最重要的組成部分。而在電力調(diào)度中運用智能電網(wǎng)，可以更加科學(xué)、有效地管理電力系統(tǒng)的用電情況。智能電網(wǎng)的引進極大地豐富了電力資源，促使電網(wǎng)能跟蹤分析電力資源，還能對其進行目的性的調(diào)節(jié)。此外，運用智能電網(wǎng)還能全面分析電力運行數(shù)據(jù)，進而順利進行后續(xù)操作。

5.2 在電力技術(shù)中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)的推廣運用具體體現(xiàn)在改進與創(chuàng)新當前使用的電力技術(shù)，因為智能電網(wǎng)需要新型的電力技術(shù)提供支持，還需要改變與傳統(tǒng)電網(wǎng)相匹配的部分，如器件、電器，從而順應(yīng)時代的發(fā)展需求，促使電力系統(tǒng)更好地滿足社會要求[4]。

5.3 雙向通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)在雙向通信領(lǐng)域中也有非常關(guān)鍵的運用。科學(xué)地運營智能電網(wǎng)，能使雙向通信快速記錄電力使用情況、電力運輸過程，同時傳輸獲取的數(shù)據(jù)。科學(xué)地運用智能電網(wǎng)，在很大程度上能高效縮短雙向通信的時間。此外，科學(xué)地運用智能電網(wǎng)，能有效提升電力運輸?shù)木珳市约半娏Ψ峙涞臏蚀_性，最終提升電力系統(tǒng)的工作效率。

5.4 智能固態(tài)表針的應(yīng)用

在過去的電力系統(tǒng)規(guī)劃過程中，電磁表的運用比較廣泛，能高效管理用電情況。與電磁表相比，智能固態(tài)表針的特征及優(yōu)勢則更加顯著。智能固態(tài)表針可以在電網(wǎng)系統(tǒng)的輻射范圍內(nèi)連續(xù)測量終端用戶在一天中不同時段的電能需求，還可以將電力公司指定的高峰和低谷電價信號和費率儲存在電力系統(tǒng)計數(shù)設(shè)備中，并在終端用戶操作界面上反映任一時段的電費政策的相關(guān)信息。

5.5 在輸電配電中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)規(guī)劃中，輸電和配電是關(guān)鍵步驟。如何在輸配電中運用智能電網(wǎng)，是目前最重要的問題之一。在輸配電中，有效利用智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)電力資源的高效運用，解決長距離的電力系統(tǒng)相連接的問題，還能進一步運用超高溫高導(dǎo)電措施，實現(xiàn)損失消耗最小化，同時控制污染度為零。

6 未來發(fā)展趨勢

6.1 通過加強運營管理與成本控制來提升供電效率及服務(wù)質(zhì)量

社會化進程的推進，使得電力系統(tǒng)面臨著巨大壓力。與此同時，市場經(jīng)濟、發(fā)用電計劃及配電業(yè)務(wù)的變革，促使智能電網(wǎng)面臨更多挑戰(zhàn)。在此種情形下，不僅要確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運營，還要研發(fā)新型電力技術(shù)，以節(jié)約發(fā)電成本。因此，通過強化運營管理及成本控制，提升供電效率及供電服務(wù)質(zhì)量是非常必要的。

6.2 構(gòu)建新型能源體系

可以利用智能電網(wǎng)來構(gòu)建新型能源體系，以轉(zhuǎn)化后的新型能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源，提升能源利用率，實現(xiàn)能源的可循環(huán)利用。隨著智能電網(wǎng)的持續(xù)進步，將來電力系統(tǒng)的發(fā)展目標將以新型能源為基本標準，促進能源生產(chǎn)，全面實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

6.3 電力市場化

構(gòu)建電力行業(yè)平等競爭的市場機制，即實現(xiàn)電力市場化。在市場經(jīng)濟大環(huán)境下，根據(jù)電力行業(yè)的發(fā)展需求，在保證中國用電安全的基礎(chǔ)上，逐步優(yōu)化電力市場競爭環(huán)境，促使其實現(xiàn)科學(xué)化、有序化、公平性及公正性，構(gòu)建發(fā)電公司的競標電網(wǎng)機制，并建立電網(wǎng)公司電力產(chǎn)品銷售機制，用于競爭性的傳輸、分配、交付和銷售中，促使電力市場化得以充分實現(xiàn)。

7 結(jié) 論

在電力行業(yè)發(fā)展中，智能電網(wǎng)是其重要組成部分，其能在很大程度上解決電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中存在的各種問題。近年來，我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，電力行業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用不斷凸顯。為了充分發(fā)揮其重要作用，必須在我國電力行業(yè)中，尤其是電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中運用智能電網(wǎng)。