開(kāi)關(guān)電源廠(chǎng)家頭頭是道講智能電網(wǎng)的挑戰性問(wèn)題
智能電網(wǎng)發(fā)展的各個(gè)階段，從基礎科學(xué)和工程技術(shù)的研究直到開(kāi)發(fā)、示范和運行都會(huì )出現障礙。指出其中關(guān)鍵性的障礙，可以明確如何才能最大限度地發(fā)揮其潛能，從而為國家提供廣泛的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。為此，梳理出發(fā)展智能電網(wǎng)所面臨的11個(gè)關(guān)鍵的挑戰性問(wèn)題，強調指出：計量科學(xué)和技術(shù)以及標準的制定是需要優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，多學(xué)科交叉合作是發(fā)展智能電網(wǎng)的必然選擇，法律框架和監管、市場(chǎng)設計以及管理改革是智能電網(wǎng)成功實(shí)施并獲取應得效益的基本保障。
實(shí)施智能電網(wǎng)發(fā)展戰略不僅能使用戶(hù)獲得高安全性、高可靠性、高質(zhì)量、高效率和價(jià)格合理的電力供應，還能提高國家的能源安全，改善環(huán)境，推動(dòng)可持續發(fā)展，同時(shí)能夠激勵市場(chǎng)不斷創(chuàng )新，從而提高國家的國際經(jīng)濟競爭力。簡(jiǎn)而言之，提高供電安全性、生態(tài)可持續性和經(jīng)濟競爭力是智能電網(wǎng)的3個(gè)目標。
智能電網(wǎng)最本質(zhì)的特點(diǎn)是：電力和信息的雙向流動(dòng)性，并由此建立起一個(gè)高度自動(dòng)化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò )；把分布式計算和通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)，實(shí)現信息實(shí)時(shí)交換和達到設備層次上近乎瞬時(shí)的供需平衡。
未來(lái)的電網(wǎng)將由集成的電力網(wǎng)和通信網(wǎng)組成。電力網(wǎng)是靈活的、可重構的，且電所及之處均有可靠的雙向通信，由底層的智能網(wǎng)絡(luò )代理(INA)開(kāi)始這兩張網(wǎng)高度融合。
微處理器歲月之前創(chuàng )建的集中規劃和控制的電力基礎設施，在很大程度上限制了電網(wǎng)的靈活性，失去了效率，致使在安全性、可靠性等幾個(gè)關(guān)鍵方面承擔著(zhù)風(fēng)險。所以智能電網(wǎng)是分布式智能的基礎設施。
以智能配電網(wǎng)為例，它被分成許多片(Cell)，每個(gè)Cell中有許多由片內通信連接起來(lái)的INAs(如繼電保護、分布式電源(DER)等)，這些代理能夠收集和交流系統信息，可以對局部控制作出自主決策(如繼電保護)，也可以通過(guò)Cell中的配電快速仿真與建模(DFSM)協(xié)調做出決策(如電壓調節與無(wú)功優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò )重構)；同時(shí)各片之間有通信聯(lián)系，由裝有DFSM的配電調度中心協(xié)調各片的決策；進(jìn)而輸、配電調度中心之間也通過(guò)通信聯(lián)絡(luò )起來(lái)，裝有輸電快速仿真與建模(TFSM)的輸電調度中心，根據整個(gè)系統的要求協(xié)調決策，實(shí)現跨地理邊界和組織邊界的智能控制，使整個(gè)系統具有自愈功能和強抗擾能力。
在智能電網(wǎng)中由于能夠實(shí)時(shí)交換信息，使得大量分布式發(fā)電(含風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電)和分布式儲能在電網(wǎng)中可以即插即用，進(jìn)而還可參與運行優(yōu)化；使得用戶(hù)中可平移負荷，可與電網(wǎng)友好合作(猶如虛擬電源)，幫助電網(wǎng)實(shí)現需求側管理(如削峰填谷)，并在緊急情況下支援電網(wǎng)運行。
通常把分布式發(fā)電、儲能和需求側管理統稱(chēng)為DER。如何處理數以萬(wàn)計的DER并應對風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的間歇性、多變性和不確定性，同時(shí)確保電網(wǎng)的可靠性以及人身和設備安全，并激勵市場(chǎng)的問(wèn)題已經(jīng)歷史性地擺在面前。
智能電網(wǎng)要實(shí)現前述3個(gè)目標并具備前述的特點(diǎn)，所面臨的挑戰是極其廣泛的，涉及許多技術(shù)、體制和社會(huì )問(wèn)題。在其發(fā)展的各個(gè)階段，從基礎科學(xué)和工程技術(shù)的研究直到開(kāi)發(fā)、示范和運行都會(huì )出現障礙。厘清其發(fā)展過(guò)程中關(guān)鍵性的障礙，可以幫助明確如何才能使其最大限度地發(fā)揮潛能，從而為國家提供廣泛的社會(huì )和經(jīng)濟效益。本文試圖歸納智能電網(wǎng)關(guān)鍵的挑戰性問(wèn)題。
1)基礎設施
2)標準和協(xié)議
3)計算機網(wǎng)絡(luò )(賽博系統)安全
4)運行和規劃模型
5)負荷與電源計劃安排與調度
6)儲能
7)能源效率、需求響應和負荷控制
9)態(tài)勢感知
10)市場(chǎng)設計
11)法律框架和監管路徑
結語(yǔ)
最后需要說(shuō)明的是：當對智能電網(wǎng)3個(gè)目標的側重點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，智能電網(wǎng)實(shí)施的路線(xiàn)圖也會(huì )不同，因而上述挑戰性問(wèn)題的優(yōu)先級也會(huì )略有變化。
這里特別強調指出以下幾點(diǎn)。
1)計量科學(xué)和技術(shù)上的進(jìn)步，以及標準的制定，將貫穿這些挑戰，并影響智能電網(wǎng)的各個(gè)方面。例如：①缺乏標準和協(xié)議是實(shí)現系統優(yōu)化和有效通信的障礙；②缺乏適當的評估、量測和證實(shí)方法，制約有效利用EE、DR和DLC策略的能力；③安全性(如電力系統概率的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)安全性評估)、電網(wǎng)性能以及規劃的測度不充分、不一致或不存在。
所有這些挑戰都具有較強的計量科學(xué)和技術(shù)的根源。因此，如果得到解決，就可能產(chǎn)生深遠的影響。為了加速智能電網(wǎng)的發(fā)展和收獲潛在的(能量的、經(jīng)濟的、環(huán)境的和社會(huì )的)效益，這些無(wú)疑是至關(guān)重要的和需要優(yōu)先研究的課題。
2)需要應對復雜的、多學(xué)科的工程挑戰。為了加快智能電網(wǎng)的創(chuàng )新，同時(shí)需要科學(xué)與工程兩個(gè)方面的進(jìn)展。物理科學(xué)領(lǐng)域的科研人員和工程師需要與信息科學(xué)的同行密切合作，并使用共同的語(yǔ)言和協(xié)議，以確保獲得具有抗擾能力的、可行的設計。
3)法律框架和監管、市場(chǎng)設計以及管理改革，是智能電網(wǎng)成功實(shí)施并獲取應得效益的基本保障，需要國家層面的關(guān)注，也需要社會(huì )學(xué)家(含律師)與科技專(zhuān)家的密切合作。
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