對智能電網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的探討
1智能電網(wǎng)的概念和特點(diǎn)
根據國際電工委員會(huì )IEC整體定義：智能電網(wǎng)是電網(wǎng)現代化的表現，它將電網(wǎng)中的電源及用戶(hù)通過(guò)電力和信息技術(shù)緊密結合到一起，也就是指一個(gè)完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò )，其中的每一個(gè)用戶(hù)和節點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監控，并保證從發(fā)電廠(chǎng)到用戶(hù)端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動(dòng)。智能電網(wǎng)通過(guò)廣泛的應用分布式智能和寬帶通信，以及自動(dòng)控制系統的集成，保證市場(chǎng)交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無(wú)縫連接及實(shí)時(shí)互動(dòng)。
盡管各國根據自身的國情對智能電網(wǎng)建設有著(zhù)不同的重點(diǎn)和目標，但是智能電網(wǎng)建設的驅動(dòng)都是基于市場(chǎng)、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結為：自愈、兼容、交互、協(xié)調、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。
2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1一流的智能電網(wǎng)需要一流的建設，一流的建設需要一流的規劃，一流的規劃需要一流的標準。建立堅強、靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲堅強、靈活的電網(wǎng)結構是未來(lái)智能電網(wǎng)的基礎。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現狀所帶來(lái)的不利影響，我國開(kāi)展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對網(wǎng)送電等工程的實(shí)施建設。例如，我國近年來(lái)先后在山西建設了750kV高壓交流輸電工程、在云南建設了±800kV云廣特高壓直流輸電工程等聯(lián)網(wǎng)工程，一定程度上解決了能源分布不平衡和電源送出的問(wèn)題，然而隨著(zhù)電網(wǎng)規模的擴大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的安全穩定性與脆弱性問(wèn)題越來(lái)越嚴重，對主網(wǎng)架結構的規劃設計要求也相應地提高了，2010年巴西發(fā)生的大停電事件為我們電網(wǎng)安全穩定運行敲響了警鐘。只有靈活的電網(wǎng)結構才能應對自然災害和社會(huì )災害等突發(fā)災害性事件對電網(wǎng)安全的影響。
2.2實(shí)現開(kāi)放、標準、集成的通信系統
智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò )安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實(shí)時(shí)監視和分析系統目前狀態(tài)的能力：既包括識別故障早期征兆的預測能力，也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動(dòng)做出響應的能力，其監測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋，為電網(wǎng)運行、綜合管理等提供外延的應用支撐，而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監測。
2.3配備高級的電力電子設備
電力電子設備可以實(shí)現電能質(zhì)量的改善與控制，為用戶(hù)提供電能質(zhì)量滿(mǎn)足其特定需求的電力，同時(shí)它們也是能量轉換系統的關(guān)鍵部分，所以電力電子技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過(guò)程中均發(fā)揮著(zhù)重要作用�，F代電力系統應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP全數字控制技術(shù)，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)、智能電子裝置、靜止同步補償器、有源濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統裝置等。
2.4智能調度技術(shù)和廣域防護系統
智能調度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節，調度的智能化是對現有調度控制中心功能的重大擴展，智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統則是智能調度研究與建設的核心，是全面提升調度系統駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場(chǎng)調配能力的技術(shù)基礎。
調度智能化的最終目標是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò )保護和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調電力系統元件保護和控制、區域穩定控制系統、緊急控制系統、解列控制系統和恢復控制系統等具有多道安全防線(xiàn)的綜合防御體系智能化調度的核心是在線(xiàn)實(shí)時(shí)決策指揮，目標是災變防治，實(shí)現大面積連鎖故障的預防。
2.5高級讀表體系和需求的側管理
智能電網(wǎng)的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò )系統，可對電網(wǎng)與用戶(hù)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和采集，并且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶(hù)，實(shí)現對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運營(yíng)的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶(hù)的用電規律，從而對需求和供應有一個(gè)更好的平衡。
因此目前國外推動(dòng)智能電網(wǎng)建設，一般以構建高級量測體系為切入點(diǎn)。同時(shí)，高級讀表體系為電力系統提供了系統范圍的可觀(guān)性。不但可以使用戶(hù)參與實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)，而且能夠實(shí)現對諸如遠程監測、分時(shí)電價(jià)和用戶(hù)側管理等的更快和準確的系統響應，構建智能化的用戶(hù)管理與服務(wù)體系，實(shí)現電力企業(yè)與用戶(hù)之間基本的雙向互動(dòng)管理與服務(wù)功能以及營(yíng)銷(xiāo)管理的現代化運行。
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動(dòng)電力部門(mén)以其終端用戶(hù)為基礎，進(jìn)行通信、運行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號的整合。
2.6高級配電自動(dòng)化
高級的配電自動(dòng)化將包含系統的監視與控制、配電系統管理功能和與用戶(hù)的交互。為此，高級的配電自動(dòng)化需要更復雜的控制系統。
系統全部元件必須在一個(gè)開(kāi)放式的通信體系結構內并具有協(xié)同工作能力；（2）將使用經(jīng)由分布式計算的局部分布式控制；（3）使用傳感器、通信系統和分布式的計算主體，對電力交換系統的擾動(dòng)快速做出反應，以使其影響最小化。
2.7可再生能源和分布式能源的接入
分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)電技術(shù)包括：微型燃氣輪機技術(shù)、燃料電池技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、地熱發(fā)電技術(shù)等；分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。根據“十二五”電網(wǎng)規劃，南方電網(wǎng)公司將大力支持清潔能源和可再生能源，加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統有效接入系統問(wèn)題，重點(diǎn)推動(dòng)海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)利用，力爭在“十二五”末期，實(shí)現南方電網(wǎng)區域內非化石能源裝機比重達到48％以上，發(fā)電量占總發(fā)電量的43％左右。
在我國，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠的地區，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，會(huì )對可靠供電造成沖擊，當地電網(wǎng)無(wú)法適應可再生能源集中開(kāi)發(fā)和利用，這就需要解決風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源大規模開(kāi)發(fā)的間歇性、不確定性問(wèn)題，保證電力的規模接入和遠距離送出，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰。
根據國際電工委員會(huì )IEC整體定義：智能電網(wǎng)是電網(wǎng)現代化的表現，它將電網(wǎng)中的電源及用戶(hù)通過(guò)電力和信息技術(shù)緊密結合到一起，也就是指一個(gè)完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò )，其中的每一個(gè)用戶(hù)和節點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監控，并保證從發(fā)電廠(chǎng)到用戶(hù)端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動(dòng)。智能電網(wǎng)通過(guò)廣泛的應用分布式智能和寬帶通信，以及自動(dòng)控制系統的集成，保證市場(chǎng)交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無(wú)縫連接及實(shí)時(shí)互動(dòng)。
盡管各國根據自身的國情對智能電網(wǎng)建設有著(zhù)不同的重點(diǎn)和目標，但是智能電網(wǎng)建設的驅動(dòng)都是基于市場(chǎng)、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結為：自愈、兼容、交互、協(xié)調、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。
2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1一流的智能電網(wǎng)需要一流的建設，一流的建設需要一流的規劃，一流的規劃需要一流的標準。建立堅強、靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲堅強、靈活的電網(wǎng)結構是未來(lái)智能電網(wǎng)的基礎。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現狀所帶來(lái)的不利影響，我國開(kāi)展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對網(wǎng)送電等工程的實(shí)施建設。例如，我國近年來(lái)先后在山西建設了750kV高壓交流輸電工程、在云南建設了±800kV云廣特高壓直流輸電工程等聯(lián)網(wǎng)工程，一定程度上解決了能源分布不平衡和電源送出的問(wèn)題，然而隨著(zhù)電網(wǎng)規模的擴大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的安全穩定性與脆弱性問(wèn)題越來(lái)越嚴重，對主網(wǎng)架結構的規劃設計要求也相應地提高了，2010年巴西發(fā)生的大停電事件為我們電網(wǎng)安全穩定運行敲響了警鐘。只有靈活的電網(wǎng)結構才能應對自然災害和社會(huì )災害等突發(fā)災害性事件對電網(wǎng)安全的影響。
2.2實(shí)現開(kāi)放、標準、集成的通信系統
智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò )安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實(shí)時(shí)監視和分析系統目前狀態(tài)的能力：既包括識別故障早期征兆的預測能力，也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動(dòng)做出響應的能力，其監測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋，為電網(wǎng)運行、綜合管理等提供外延的應用支撐，而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監測。
2.3配備高級的電力電子設備
電力電子設備可以實(shí)現電能質(zhì)量的改善與控制，為用戶(hù)提供電能質(zhì)量滿(mǎn)足其特定需求的電力，同時(shí)它們也是能量轉換系統的關(guān)鍵部分，所以電力電子技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過(guò)程中均發(fā)揮著(zhù)重要作用�，F代電力系統應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP全數字控制技術(shù)，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開(kāi)關(guān)、智能電子裝置、靜止同步補償器、有源濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統裝置等。
2.4智能調度技術(shù)和廣域防護系統
智能調度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節，調度的智能化是對現有調度控制中心功能的重大擴展，智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統則是智能調度研究與建設的核心，是全面提升調度系統駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場(chǎng)調配能力的技術(shù)基礎。
調度智能化的最終目標是建立一個(gè)基于廣域同步信息的網(wǎng)絡(luò )保護和緊急控制一體化的新理論與新技術(shù)，協(xié)調電力系統元件保護和控制、區域穩定控制系統、緊急控制系統、解列控制系統和恢復控制系統等具有多道安全防線(xiàn)的綜合防御體系智能化調度的核心是在線(xiàn)實(shí)時(shí)決策指揮，目標是災變防治，實(shí)現大面積連鎖故障的預防。
2.5高級讀表體系和需求的側管理
智能電網(wǎng)的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò )系統，可對電網(wǎng)與用戶(hù)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和采集，并且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶(hù)，實(shí)現對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運營(yíng)的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶(hù)的用電規律，從而對需求和供應有一個(gè)更好的平衡。
因此目前國外推動(dòng)智能電網(wǎng)建設，一般以構建高級量測體系為切入點(diǎn)。同時(shí)，高級讀表體系為電力系統提供了系統范圍的可觀(guān)性。不但可以使用戶(hù)參與實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)，而且能夠實(shí)現對諸如遠程監測、分時(shí)電價(jià)和用戶(hù)側管理等的更快和準確的系統響應，構建智能化的用戶(hù)管理與服務(wù)體系，實(shí)現電力企業(yè)與用戶(hù)之間基本的雙向互動(dòng)管理與服務(wù)功能以及營(yíng)銷(xiāo)管理的現代化運行。
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動(dòng)電力部門(mén)以其終端用戶(hù)為基礎，進(jìn)行通信、運行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號的整合。
2.6高級配電自動(dòng)化
高級的配電自動(dòng)化將包含系統的監視與控制、配電系統管理功能和與用戶(hù)的交互。為此，高級的配電自動(dòng)化需要更復雜的控制系統。
系統全部元件必須在一個(gè)開(kāi)放式的通信體系結構內并具有協(xié)同工作能力；（2）將使用經(jīng)由分布式計算的局部分布式控制；（3）使用傳感器、通信系統和分布式的計算主體，對電力交換系統的擾動(dòng)快速做出反應，以使其影響最小化。
2.7可再生能源和分布式能源的接入
分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)電技術(shù)包括：微型燃氣輪機技術(shù)、燃料電池技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、地熱發(fā)電技術(shù)等；分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。根據“十二五”電網(wǎng)規劃，南方電網(wǎng)公司將大力支持清潔能源和可再生能源，加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統有效接入系統問(wèn)題，重點(diǎn)推動(dòng)海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)利用，力爭在“十二五”末期，實(shí)現南方電網(wǎng)區域內非化石能源裝機比重達到48％以上，發(fā)電量占總發(fā)電量的43％左右。
在我國，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠的地區，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，會(huì )對可靠供電造成沖擊，當地電網(wǎng)無(wú)法適應可再生能源集中開(kāi)發(fā)和利用，這就需要解決風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源大規模開(kāi)發(fā)的間歇性、不確定性問(wèn)題，保證電力的規模接入和遠距離送出，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰。
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