智能電網技術在電力系統規劃中的應用

張興華，林頌晨

（中國電建集團海南電力設計研究院有限公司，海南 海口 570203）

0 引 言

電能是一種較為清潔的二次能源，其在社會生產生活中發揮著至關重要的作用。電力系統規劃是電力資源高效利用的基礎。而將智能電網技術應用于電力系統規劃中，能徹底改變傳統的電力資源利用形式，實現電力資源的靈活配置和高效利用。

1 智能電網構成特征

1.1 智能電網的框架構成

智能電網包含用戶終端、配電系統、輸電系統及發電系統4個關鍵組成部分。在智能電網用戶終端，除既有的用電功能外，智能電網增加了PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、WSN（Wireless Sensor Network，無線傳感器網絡）、藍牙及WLAN（Wireless Local Area Networks，無線局域網）形式的家用服務總線接口，同時為用戶終端配置統一固定的電子標識碼，并設置與功能相匹配的軟硬件程序，確保了用電控制的安全性、可靠性。配電系統是智能電網的關鍵組成部分，不僅包含電能與通信集成系統，而且涉及分布式能源系統等。智能配電系統改變了原有的拓撲接口，使得配電網系統的應用更加靈活、高效，而且能動態進行電網拓撲結構檢測，在降低損耗的同時提高電網利用率。智能輸電系統是電力資源從發電系統到用戶終端傳輸的重要載體，其在拓撲結構和冗余結構設計中，要求深化整個輸電網絡的控制技術，確保輸電網絡具有較高的“自愈”能力。與傳統發電系統相比，智能電網發電系統最顯著的區別在于其進一步加大了可再生能源的利用規模，尤其是在風電和光電等領域，其發電設備的應用更具標準化和智能化優勢[1]。

1.2 智能電網的技術特征

步入新時期以來，社會生產對于電力資源的需求量不斷增加，促使智能電網工程的建設規模不斷擴大（見表1）。從智能電網應用過程來看，其具有以下特征。一是智能電網本身具有可靠性特點。在傳統電力系統應用中，電網本身容易受到外界因素的干擾，對于居民用電造成了較大阻礙。采用智能電網系統能實現有效抵御外界風險因素，對于維護電網的穩定性和安全性具有積極作用。二是在智能控制技術的支撐下，智能電網實現了發電、輸電、配電與用電的有效銜接，在一定程度上實現了信息流、電力流以及業務流的高度集成，并且這種集成性特征為電力系統的信息共享創造了機會。三是智能電網具有自愈性特點。在傳統電力系統建設中，電力技術的應用存在一定缺陷，使得外界因素容易對于電力系統的使用造成干擾，從而引發電力系統運行故障。為徹底解決這些問題，提升電力系統應用的高效性、穩定性和安全性，對新時期的智能電網建設提出了系統“自愈性”要求。通過智能電網自愈性設計，能合理解決傳統電力系統應用問題，提升智能電網運作效率與安全性[2]。

表1 我國電力資源應用規模

2 智能電網技術在電力系統規劃中的應用

2.1 大容量儲能技術應用

相比傳統的電力系統，智能電網對電能存儲容量提出了更高要求。采用大容量儲能技術，能顯著提升智能電網系統的輸電效率和質量，同時能提升電力企業自身的盈利能力，滿足居民和企業的用電需要。目前，大容量儲能技術在電力系統規劃中的應用逐漸增多，從儲能形式來看，物理儲能、電化學儲能、電磁儲能以及相變儲能是大容量儲能技術應用的4種形態。抽水儲能是物理儲能的典型形式，其綜合效率保持在70%～85%。截至2020年，在全世界范圍內，抽水蓄能電站總裝機容量已經達到9×107kW，占全球發電總容量的3%，我國抽水蓄能電站裝機容量已居世界第一，在運規模達2.849×107萬kW，在建規模達3.871×107kW，到2020年年底，我國運行總容量將達4×107kW。在電化學儲能中，除鈉硫電池、液流電池外，鉛酸電池、鎳鎘電池以及超級電容器等都是較為常用的形式。電磁儲能主要是用超導體制成線圈儲存磁場能量，該儲能系統應用具有響應速度快、轉換效率高以及比能量/比功率大等優勢[3]（見表2）。相變儲能中最常見的是冰蓄冷技術。從應用效果來看，大容量蓄能技術有效提升了電力輸送的穩定性，其在緩解用電緊張問題的基礎上，給人們的生活生產創造了良好條件。

2.2 智能通信技術應用

智能通信技術是智能電網實現的基礎，具有高效性、集成性以及雙向性等特點。相比傳統電網，智能電網的規模更大，其通信數據更加繁多。在智能通信實現過程中，智能電網中數據的獲取、控制及保護具有較強的專業性、綜合性以及復雜性，數據獲取困難影響了電網控制、運行效率。新時期，智能通信技術依托高效、集成、雙向的技術特征，為智能電網的數據獲取和控制創造了良好條件。一方面，在較多智能電子設備、電子控制器的作用下，融合使用智能表計、控制系統以及保護系統等，有效地實現了電網工程網絡化發展，對于提升電網的服務質量和水平具有較大影響；另一方面，在強大的智能通信技術的支撐下，電力工作人員可以及時地對配電網系統的故障進行監測，增強電網的防御性，通過對外部風險要素的有效抵御，智能電網系統運行的安全性、穩定性更加突出，其能更好地服務于社會經濟發展。

2.3 超導技術應用

超導技術主要是通過超導體材料的作用，降低輸電過程損耗的一種技術，其應用形式多樣。一方面，可利用超導技術、超導材料制作磁體，應用于電機、高能粒子加速器等設備中，以提升相應設備的性能；另一方面，超導技術在高壓輸電中也有廣泛應用。高壓輸電的電壓等級多保持在500～1 000 kV，有效提升了線路走廊的利用率，但超高壓輸電過程仍然存在一定的電力損耗。采用超導技術開展電力輸送，能有效地減少超高壓輸電的電力損耗。在智能電網輸電系統中，采用超導技術可有效保證電網輸電的效率及質量，對于保障居民生活、促進經濟發展具有積極作用。

2.4 智能診斷技術應用

智能診斷技術是智能電網自愈功能實現的基礎，該技術可對電網系統的應用情況進行全面診斷、分析和預測，為人們處理電網系統故障提供有效依據。智能診斷即為智能電網的“專家系統”，該系統能在很大程度上防止電力系統產生故障，更好地保障電網的穩定性及安全性[4]。需要注意的是，智能診斷技術應用的前提是獲取電網系統的運行數據，因此使得該技術通常與智能通信技術銜接使用。在電網元件監測中，通過對電網系統數據參數的有效收集、分析和檢測，能有效發現系統故障，隨后借助自動控制的執行，可解決電網故障問題，滿足智能電網自愈控制需要。現階段，“專家系統”在電網規劃中的應用不斷深入，其能及時發現系統異常問題，并在第一時間做出反應，有效地提升了電網系統的智能化水平，確保了電力系統控制、運行的高效性。

表2 超導電磁儲能應用

2.5 智能固態表計應用

智能固態表計是智能電網技術應用的重要形式。隨著電網設計規劃規模的擴大，智能固態表計的應用也在逐漸加深。從應用過程來看，該技術不僅能實現電網穩定性的有效評估，而且能對電網系統設備的完整性進行檢測。此外，其能在讀取并分析表計上顯示的數據的基礎上，判斷用戶是否存在偷電或者其他的不法行為。這既保證了供電企業本身的效益，而且確保了整個配電網系統應用的安全性。值得注意的是，在電力系統規劃中，合理使用智能固態表計這一智能電網技術，能有效提升電網元件之間的通信能力和自適應能力，減少電網系統故障停電等問題的發生概率，避免電網故障對人們的生產生活造成影響。

3 智能電網技術在電力系統規劃中應用的發展趨勢

在電力系統規劃中，若電網規劃不細致，技術應用不合理，則易導致電網的線路出現超負荷運行的現象，進而威脅電力系統運行的穩定性、安全性。新時期，智能電網技術在電力系統規劃中的應用不斷深入。從應用過程來看，智能電網技術的應用具有以下發展趨勢。一是智能化電網技術與電力系統規劃工作相融合的趨勢逐步加深，在一定程度上有利于智能化電網技術的創新，而且能使得電力系統的規劃工作得到改善，對于電力工程現代化發展具有積極作用。二是數據共享是智能電網技術應用的另一個趨勢。在電力系統規劃中，受電網系統分布范圍廣、維護管理難度大等因素的影響，往往需要從多個層面進行配電、發電、變電、輸電過程的協同。信息傳遞與共享是電網運維管理系統的基礎，在智能電網建設中，實現數據信息共享已成為一種必然趨勢。三是在未來電力系統規劃工作中，需要工作人員通過遠程管理方式進行動態化監督、控制，提升電力系統規劃、管理效果。

4 結 論

新時期，人們對于電力資源的需求量不斷增加。在電力系統規劃中，電力工作者深刻認識到智能電網技術的優勢特征，立足配電網建設實際，實現智能電網技術與電力系統規劃的深度融合，才能有效提升智能電網技術的應用水平，促進我國電力工程有序發展。