電力工程技術在智能電網建設中的應用研究

高正曉，樊忠洋

（1.山東眾源博創電力科技有限公司；2.山東國研電力股份有限公司，山東 濟南 250000）

近年來，社會經濟發展和滿足人民日益增長的美好生活需要對電力能源的需求與日俱增。構建清潔低碳、安全高效的能源體系，推動能源生產和消費革命，而電能是優質、高效、清潔的二次能源，智能電網是現代能源體系的重要組成部分，也是能源優化配置的平臺和電力市場的載體，建設智能電網是能源生產與消費革命的戰略選擇。建設智能電網需要充分發揮電力工程技術的作用，本文將簡單介紹智能電網的基本概念，系統論述電力工程技術在智能電網建設中發揮的作用，并綜合探討電力工程技術在智能電網建設中的應用方案。

1 智能電網的基本概念

從基本概念來講，智能電網特指實現電網的智能化運作。智能電網的建設網絡基礎是傳統集成化網絡與高速雙向通信網絡，在以此為依托的同時，融合傳感技術和測量技術，對電網決策支持系統進行完善，量化相關技術應用工序，全面確保智能電網的安全運行。

在新時代背景下，智能電網兼具自愈能力和保護用戶的作用，同時，能夠滿足廣大用戶的基本用電質量需求，使用戶在能源系統中變得更加主動。智能電網的特征體現在以下5 個方面。

（1）智能電網有完善的技術支撐體系。電網整體網絡架構完整、堅固，遇到恐怖攻擊或自然災害時具有快速恢復供電的能力，各級防線之間緊密協調抵御嚴重故障或突發事件，能夠憑借堅強而安全的電網結構，確保電能高效可靠輸送，有效避免大范圍停電或連鎖故障，維持電網的安全穩定性和供電可靠性。

（2）智能電網能夠實現柔性交流輸電與直流輸電，確保智能調度的正常完成，做好電力資源儲能管理工作，優化配電自動化技術，確保電網系統運行的安全性、靈活性與穩定性，提高電力經濟價值。

（3）智能電網具有環保性。當代智能電網建設工作符合節能環保理念，可以對各種能源進行循環利用加工，能源處理機制更科學、環保，同時，國家建立了更完善的電網運行平臺，在確保能源綜合利用效率的前提下，建立降低電網體系對生態環境的污染問題，全面實現節能降耗的環保目標。

（4）當代智能電網構建了集成性應用模式，將電力通信、數據信息和現代管理技術結合在一起，幫助國家電力企業提高經濟效益。目前，各地電力企業在開展電網建設工作時，不僅兼顧電網工程項目的實用價值，而且會綜合分析該項目的經濟效益。在建立智能電網的過程中，制定資源多元化運用機制，這樣不僅可以確保電網系統質量，而且可以促進電網經濟效益的持續遞增。

（5）和傳統電網相比，智能電網可以進一步提高資源利用率，這是因為智能電網的資源優化分配與重組方式更科學、更先進，能避免資源浪費。

2 電力工程技術在智能電網建設中發揮的作用

在智能電網建設中，電力工程技術發揮的作用表現為總體作用和具體作用。從發展視角來看，將電力工程技術應用于智能電網建設工作，可以推動中國智能化電力系統的全面發展。當前，新能源的類型與數量持續增多，市場經濟環境下的電力企業所面臨的市場競爭壓力也明顯驟增。為了確保電力企業在市場競爭中立于不敗之地，節約資金成本，避免資源浪費，不僅要重視優化電力成本監控流程，而且要積極引進相匹配的電力工程技術，以此確保電網系統的安全穩定性與可靠性。具體作用則是指將電力工程技術應用于智能電網建設活動中，有助于實現電力工程的全面性發展，構建更完善的智能電網，充分發揮各種新技術的作用，做好電力資源循環應用處理工作。各電力企業在構建當代電力工程體系的同時，會充分借助先進的技術搭建低碳型電力工程模型，針對智能電網建設工作，制定科學的整體規劃，通過模型來演示工程效果。另外，電力工程技術具有高度專業性與規范性，能夠有效地加強智能電網工程的安全性與穩定性，幫助電力企業避免市場環境中的不良因素所產生的風險和一切負面影響，不斷增強電力企業的核心競爭力。

3 電力工程技術在智能電網建設中的應用方案

3.1 在電網能源轉換中的應用

隨著各行業的發展，能源消耗量不斷增加，各種能源處于稀缺狀態，為了有效控制資源浪費，緩解能源緊張問題，確保各行業的正常發展，電力企業要緊密結合新技術，積極研究各種新興能源開發利用方案，不斷加強智能電網建設。與此同時，電力企業會充分運用先進的技術方案來推進電網能源轉化，旨在提高能源的利用率。國家已經成功研究和應用電廠并網技術方案，提高電力系統對清潔能源的消納能力，施行經濟環保發電，同時，積極開發光伏發電項目，運用電力工程技術建立更科學的能源處理運用模式。

3.2 在電網輸電工作中的應用

在電網輸電工作中，特高壓輸電技術頗為常用。隨著大規模輸電系統的發展，為了獲取更高電力工程項目的經濟效益，滿足大量的用電需求，電力企業將最高輸電電壓登記調整到了765kV，預期目標等級是1000kV。高壓輸電電壓（HV）等級包括100（110）、125、132、138、161、230（220）kV 和275kV。超高壓（EHV）輸電電壓等級包括345（330）、400、500kV 和765（750）kV。在特高壓輸電技術應用中，交流連接更容易和電網的其他部分互聯。在相同的功率水平下，裝有斷路器和變壓器的區域比交流與直流之間的換流站造價小，而且損耗低。更遠距離和更高電壓等級交流輸電受限的主要原因是無功補償和絕緣問題解決更加困難，這就加大了其擴大規模時的局限性。與此同時，因為交流輸電50/60Hz高電磁輻射的干擾，在人口密集區，特高壓交流輸電會受到限制。對此，采用直流連接線損更低，單位輸電容量的線路造價更小。當用直流輸電線路來連接兩個交流子網時，可以有效屏蔽這兩個交流子網的穩定與震蕩問題。從經濟角度來分析，一條1000kV 的交流輸電線路自然單回路的輸電容量大約是5GW，一條±800kV 的直流輸電線路的最大傳輸功率是6.4GW。一條交流輸電線路的傳輸容量是逐步增加的，由電力系統連接方式決定。只要有交流供電電源，直流輸電線路的輸電容量就可以達到其設計水平。如果傳輸距離超過1000km 時，±800kV 的直流輸電線路將成為最經濟的遠距離輸電方式，這也是因為減少的線路成本和降低的損耗抵消了換流站增加的成本。具有交流輸電網一般特征的1000kV交流輸電網可以構成一個國家電力系統的超級骨干網。作為交流輸電網的補充，±800kV 的直流輸電線路是一條直線，能夠實現遠距離輸電。另外，應充分發揮柔性交流輸電技術的作用。在智能電網工程建設中，可以運用柔性交流輸電技術來滿足供電需求。該技術屬于微處理技術、微電子技術和電力科技技術的集合體系，在運用柔性交流輸電技術模式的過程中，需要發揮其合成技術的作用，構建技術處理平臺和電能控制平臺。與傳統技術相比，柔性交流輸電技術可以降低污染與資源浪費，優化新能源控制系統，同時，結合電子技術與通信技術來滿足高壓輸電的需求。

3.3 優化電能質量

運用電力工程技術優化電能質量，首先，要正確運用電能質量優化技術建立科學的基礎控制管理模式，發揮自適應凈值無功補償技術的作用，為了做好電能控制管理工作提供準確的信息采樣整合分析處理支持、溫度上升分析支持和系統操作分析支持服務。同時，結合供需側調整方案為新建電源供應點與負荷中心提供相應的送電需求，確保智能電網的應用效率。其次，要充分發揮直流有源濾波器技術的作用，通過匹配有源濾波器不斷改善電能資源的應用質量，降低冗余，盡量消除噪音，提高智能電網應用效果。舉例而言，在某城市智能電網綜合建設工程中，本市全面執行了生態城市智能電網建設方案，運用先進的電力工程技術體系構建應用服務模式，在該模式中集中了電力流、業務流與信息流，根據電源側的特征、電網側建設標準和用電側需求，與自適應凈值無功補償技術進行匹配，全面開發和應用多項完善的子系統。2020 年，該城市生態核心區的日常用電負荷平均是40MW，能夠生產豐富的再生能源，據研究統計，該城市可再生能源的消納率高達100%。再次，該城市為了進一步促進本市智能電網的良好發展，全面融合了當代電力工程技術方案，在智能電網建設和能源處理工作中發揮電力工程技術的協調性、環保性與開放性作用，積極研發和配置特高壓關鍵組件與高性能電工材料，制定更完善的能源匹配轉換方案，從而不斷優化電能質量，搭建高效的應用控制平臺，全面提高電力工程技術在智能電網建設中的應用效果。

3.4 運用光伏發電

光伏發電技術主要是運用太陽能來發電，提高光伏發電效率要做好以下幾方面。

（1）要做好光伏陣列設置工作。從組合框架來看，光伏陣列分為三層結構：第一，光伏發電單元，這一單元系統是由太陽能電池方陣和相匹配的逆變器連接組成，從而構成發電系統，又名光伏發電單元系統。第二，光伏發電分系統，該系統是由升壓變壓器與另一臺逆變器連接組成。第三，光伏電站系統，該系統是多個箱式變壓器連接組成，接入電網后，會形成完整的發電系統，成為光伏發電站。

（2）應重視優化光伏電站電氣系統，該系統可分為直流發電系統和交流輸出系統，優化這兩種系統，則需要做好系統配置工作。在直流發電系統配置中，需要科學安裝太陽能電池組件、逆變器、匯流箱、配電柜。在交流輸出系統配置中，需要做好開關柜、電纜和逆變器的安裝工作，選用容量為1000kVA 的變壓器，將逆變器的輸出電壓調整為35kV，然后將電流匯流到開關站的母線。

（3）要做好太陽能穩壓模塊設計工作。因為太陽能電池板的輸出并不穩定，和天氣因素密切相關，而儲電模塊在輸入過程中要求電流能保持穩定狀態，電壓也必須保持為5V 的穩定狀態，所以，在太陽能穩壓模塊設計工作中，首先要保持輸出電流與輸出電壓的穩定性，選擇良好的穩壓器。一般來講，開關穩壓器是首選，這種穩壓器應用范圍最廣泛，其具備效率高、無須安置散熱板和溫度上升幅度小等優勢，輸入電壓的范圍也比較廣泛。太陽能穩壓電路將TD1410 作為主控芯片，這樣可以滿足寬范圍的輸入需求，轉化效率高，能夠做好電路保護工作，避免芯片被損壞。

另外，要做好儲電模塊設置工作。儲電模塊的主要功能是儲存電量，總容量為10200mA 的鋰電池可以滿足一千次的充放電，其電源管理芯片是VAS5185。這種芯片內部具有集成性與高效性，能夠支持多種智能工作，運用外圍電路可以進行智能識別，對負載插入與拔出實施安全管理，實施自動升壓，具有自動關機功能，用戶可以一邊充電一邊播放移動電子產品。在電池放電過程中，電池低壓與過溫保護能夠避免出現過流與短路情況。如果電池的電壓在3.15V 以下，就會自動提示低電量，當電池的電壓降低到2.80V 以下，就會自動關閉，這樣能夠避免電池受損，維護系統安全，確保芯片能夠正常工作，改善電路，提高系統的穩定性。

4 結語

我國加強智能電網建設工作正在加速推進，必將給電力工業帶來巨大變革。加強智能電網建設，優化電力工程技術在智能電網建設中的應用方案，首先，要充分發揮電力工程技術的作用，運用先進的技術方案來推進電網能源轉化，不斷提高能源利用率；與此同時，要發揮特高壓輸電技術和柔性交流輸電技術，滿足遠距離供電需求，降低污染和資源浪費。其次，要正確運用電能質量優化技術建立科學的基礎控制管理模式，發揮自適應凈值無功補償技術的作用，以此優化電能質量。再次，要發揮直流有源濾波器技術的作用，通過匹配有源濾波器來提高智能電網的應用質量。另外，要發揮光伏發電的作用，提高全系統的可靠性和效率，提供對電網的緊急功率和峰荷電力支持。