智能電網(wǎng)介紹

智能電網(wǎng)介紹

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引言

電網(wǎng)是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)。現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展己經(jīng)迎來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵期。一方面，電網(wǎng)需要應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，提高全天候運(yùn)行能力，滿足能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，適應(yīng)電力體制改革;另一方面，輸配電、發(fā)電、信息化、數(shù)字化等技術(shù)的進(jìn)步也為解決這一系列問(wèn)題提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。因此，智能電網(wǎng)成為現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的必由之路。

智能電網(wǎng)(smartgrid)也叫知識(shí)型電網(wǎng)(intelligrid)或者現(xiàn)代電網(wǎng)(moderngrid)，是有機(jī)融合了信息、數(shù)字等多種前沿技術(shù)的輸配電系統(tǒng);其發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠、穩(wěn)定的現(xiàn)代化電網(wǎng)。目前，多個(gè)國(guó)家和地區(qū)針對(duì)該課題啟動(dòng)了一系列研究。

美國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的研究起步較早。美國(guó)電科院(EPRI)于2002年發(fā)起了知識(shí)型電網(wǎng)研究;并于2004年發(fā)布了針對(duì)電網(wǎng)智能化的知識(shí)型電網(wǎng)體系(IntalliGridArchitecture)，為通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提出了一系列標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指引。美國(guó)能源部于2003年7月對(duì)美國(guó)到2030年的電網(wǎng)建設(shè)做出了遠(yuǎn)景規(guī)劃[1];2004年1月又針對(duì)該規(guī)劃提出了路線圖[2]。在2005財(cái)年初期，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了GridWorks和GridWise2項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃以支持路線圖的實(shí)現(xiàn)[3-4]，前者主要針對(duì)“硬件”，包括電纜導(dǎo)線、變電站、保護(hù)系統(tǒng)和電力電子等領(lǐng)域;后者主要針對(duì)“軟件”，指的是信息系統(tǒng)集成技術(shù)和數(shù)字技術(shù)等在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。2007年，美國(guó)能源部對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)的性能、特點(diǎn)、技術(shù)要求和評(píng)價(jià)指標(biāo)做出了系統(tǒng)的闡述[5]。根據(jù)《2007能源獨(dú)立與安全法案》，美國(guó)能源部、美國(guó)環(huán)境保護(hù)署、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合組建了聯(lián)邦智能電網(wǎng)工作小組(smartgridtaskforce)，以協(xié)調(diào)美國(guó)政府相關(guān)機(jī)構(gòu)的運(yùn)作，借此推動(dòng)智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的推動(dòng)下，根據(jù)可再生能源和分布式發(fā)電的發(fā)展要求，歐盟于2005年成立了歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)論壇(SmartGridsEuropeanTechnologyPlatform)[6]。該論壇為2020年的歐洲電力工業(yè)發(fā)展做出遠(yuǎn)景規(guī)劃，并指出未來(lái)的歐洲電網(wǎng)應(yīng)滿足如下要求:柔性應(yīng)對(duì)用戶需求;方便用戶和可再生能源進(jìn)入電網(wǎng);安全可靠地滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的差異化需求;具有高效的能源管理能力;實(shí)現(xiàn)電源的即插即用。

近年來(lái)，智能電網(wǎng)在中國(guó)也逐步得到了重視[7-12]。華東電網(wǎng)公司于2008年提出建設(shè)愿景，準(zhǔn)備從2008年到2030年，分3個(gè)階段逐步建成智能電網(wǎng);并于2008年和2009年先后啟動(dòng)了“華東高級(jí)調(diào)度中心項(xiàng)目群建設(shè)”和“華東多適應(yīng)性智能電網(wǎng)規(guī)劃體系”。2009年2月，華北電網(wǎng)公司的“華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統(tǒng)”通過(guò)專家組驗(yàn)收。科技部的“973計(jì)劃”也己經(jīng)提供專門資助，對(duì)高滲透率微網(wǎng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為及其運(yùn)行進(jìn)行研究。

從研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來(lái)看，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的側(cè)重點(diǎn)不完全相同。美國(guó)側(cè)重于推廣信息化、新能源、新材料和新元件，并已將其應(yīng)用在需求側(cè)管理、配電網(wǎng)重構(gòu)、分布式發(fā)電管理等方面[13-18]。歐洲側(cè)重于推廣分布式發(fā)電，比如微電網(wǎng)(microgrid)組網(wǎng)及運(yùn)行、分布式發(fā)電控制、需求側(cè)管理等[19-21]。中國(guó)的研究起步相對(duì)較晚，從大電網(wǎng)和中低壓電網(wǎng)2個(gè)角度同時(shí)切入，已經(jīng)完全成熟并產(chǎn)業(yè)化的成果相對(duì)較少。智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展是一個(gè)多學(xué)科交叉的嶄新學(xué)術(shù)領(lǐng)域，需要從多個(gè)角度統(tǒng)攬問(wèn)題[22-24]。本文從以下4個(gè)角度對(duì)智能電網(wǎng)的技術(shù)體系進(jìn)行總結(jié):

1)發(fā)展智能電網(wǎng)的必要性及其性能要求;

2)基礎(chǔ)技術(shù):

3)功能實(shí)現(xiàn);

4)績(jī)效評(píng)價(jià)體系。

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發(fā)展智能電網(wǎng)的必要性及智能電網(wǎng)的性能要求

1.1概述

電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行對(duì)于任何一個(gè)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。一個(gè)現(xiàn)代化的電網(wǎng)必須從根本上保證國(guó)家能源安全、優(yōu)化資源配置、帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、體現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)社會(huì)責(zé)任、提高電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)利用率和投資效益、適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)變化和體制改革要求。因此，在電網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)過(guò)程中，有必要提高科技投入，早日實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。

智能電網(wǎng)的性能特征體現(xiàn)了它與傳統(tǒng)電網(wǎng)的區(qū)別，可以總結(jié)為以下6個(gè)方面:自治和自愈能力、防御能力、電網(wǎng)兼容性、高效運(yùn)營(yíng)和管理、優(yōu)質(zhì)和友好性、電力交易的方便性。

1.2自治和自愈能力

自治和自愈能力是指電網(wǎng)維持自身穩(wěn)定運(yùn)行、評(píng)估薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)對(duì)緊急狀態(tài)的能力[25-27]。目前電網(wǎng)的安全穩(wěn)定計(jì)算和緊急預(yù)案制定仍以離線分析為主，其分析結(jié)果往往偏于保守，且無(wú)法在任何時(shí)刻都符合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況。在智能電網(wǎng)中，電網(wǎng)將具備更強(qiáng)的自我管理和自我恢復(fù)能力，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):1)電網(wǎng)能夠自動(dòng)合理安排運(yùn)行方式，協(xié)調(diào)國(guó)家、大區(qū)、省級(jí)、地縣各級(jí)電網(wǎng)，根據(jù)潮流、負(fù)荷、氣象條件等情況確定運(yùn)行參數(shù);2)電網(wǎng)具有在線安全穩(wěn)定分析能力，能快速對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，明確電網(wǎng)安全穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)并自動(dòng)提出解決方案;3)有快速的反應(yīng)能力，力保電力系統(tǒng)三道防線;4)能針對(duì)實(shí)際情況修改或制定黑啟動(dòng)方案。

1.3防御能力

防御能力是指電網(wǎng)抵御外部破壞的能力。外部破壞包括自然力、人為、恐怖主義、戰(zhàn)爭(zhēng)等因素[28]，因此，智能電網(wǎng)應(yīng)從2方面提高防御能力:

1)抵御物理破壞的能力，要求當(dāng)系統(tǒng)失去多臺(tái)發(fā)電機(jī)、多臺(tái)變壓器或多條主要線路以后，電網(wǎng)仍能維持穩(wěn)定運(yùn)行并向關(guān)鍵負(fù)荷穩(wěn)定地輸送電力。

2)維護(hù)信息安全的能力，要求當(dāng)系統(tǒng)的控制中心、微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息和通信系統(tǒng)等設(shè)備受到信息戰(zhàn)層面的攻擊時(shí)，電網(wǎng)仍能保持正常運(yùn)行。

1.4電網(wǎng)兼容性

電網(wǎng)兼容性是指電力系統(tǒng)能夠開(kāi)放性地兼容各種類型設(shè)備的能力。電網(wǎng)涉及的產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，包括發(fā)電、燃料、環(huán)保、需求側(cè)、裝備制造等領(lǐng)域，因此，一個(gè)開(kāi)放的、高兼容性的電網(wǎng)對(duì)于各產(chǎn)業(yè)的充分發(fā)育、增加就業(yè)崗位、促進(jìn)節(jié)能減排具有重要意義。電網(wǎng)的兼容性應(yīng)包括以下3個(gè)方面:

1)兼容一次設(shè)備，包括特高壓、FACTS、傳統(tǒng)能源、清潔能源、儲(chǔ)能裝置等;

2)兼容二次設(shè)備，包括保護(hù)、測(cè)量、控制和通信裝置、軟件等;

3)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)即插即用。

1.5高效運(yùn)營(yíng)和管理

高效運(yùn)營(yíng)和管理是指電網(wǎng)提高設(shè)備利用率、減少線損、降低運(yùn)營(yíng)成本的能力。目前，電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

1)電網(wǎng)往往要被動(dòng)地適應(yīng)負(fù)荷，因此部分設(shè)備和輸電通道的全年利用率不高;

2)配電網(wǎng)線損較大，配電網(wǎng)的設(shè)備和運(yùn)行函需優(yōu)化;

3)檢修以定期檢修為主，檢修計(jì)劃的安排不能完全與設(shè)備狀態(tài)匹配。在智能電網(wǎng)中，在合理規(guī)劃電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將會(huì)引入先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)和監(jiān)控技術(shù)，并適時(shí)引入狀態(tài)檢修和需求側(cè)管理，從而提升資產(chǎn)利用率，優(yōu)化電網(wǎng)的投資，降低企業(yè)成本。

1.6優(yōu)質(zhì)和友好性

優(yōu)質(zhì)和友好性是指電網(wǎng)與需求側(cè)、發(fā)電商、環(huán)境和諧相處的能力。在智能電網(wǎng)中，電網(wǎng)、發(fā)電商、需求側(cè)將會(huì)形成互動(dòng)的關(guān)系;需求側(cè)和發(fā)電商將可以互相選擇，而智能電網(wǎng)將為其提供完成交易的信息處理平臺(tái)和物理載體。此外，環(huán)保因素在電力調(diào)度和消費(fèi)中的影響將會(huì)上升。智能電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)和友好性主要包括以下幾方面:

1)針對(duì)電網(wǎng)、需求側(cè)和發(fā)電商建立支持各方互動(dòng)的可視化操作界面;

2)吸納需求側(cè)和分布式電源主動(dòng)參與電網(wǎng)的運(yùn)行和交易;

3)建立健全的信息發(fā)布體系，盡量避免消息不對(duì)稱;

4)提高電能質(zhì)量;

5)對(duì)用戶的差異化需求提供個(gè)性化服務(wù);

6)采用合理機(jī)制，提高清潔能源的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)節(jié)能減排。

1.7電力交易的方便性

電力交易的方便性要求電網(wǎng)能在任何交易機(jī)制下快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地處理電力交易合約。目前，電力交易體制和電力能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變革。在交易體制方面，一些國(guó)家和地區(qū)已在電力交易中引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。我國(guó)也正在探索如何建立適合我國(guó)國(guó)情的電力交易制度。2009年的《政府工作報(bào)告》指出要“繼續(xù)深化電價(jià)改革，逐步完善上網(wǎng)電價(jià)、輸配電價(jià)和銷售電價(jià)形成機(jī)制，適時(shí)理順煤電價(jià)格關(guān)系”。同時(shí)，中國(guó)電監(jiān)會(huì)也己著手建立雙邊交易試點(diǎn)。

在電力能源結(jié)構(gòu)方面，清潔能源在發(fā)電量中的比重將會(huì)提高。我國(guó)于2005年頒布了《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，規(guī)定電網(wǎng)公司必須“全額收購(gòu)其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電量”。2007年頒布的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》要求電網(wǎng)公司應(yīng)優(yōu)先調(diào)度低煤耗機(jī)組。2007年8月頒布的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》指出，力爭(zhēng)到2020年使可再生能源消費(fèi)量達(dá)到能源消費(fèi)總量的15%。2007年10月頒布的《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》指出，到2020年核電運(yùn)行裝機(jī)容量爭(zhēng)取達(dá)到4000萬(wàn)kW。

因此，智能電網(wǎng)既要適應(yīng)現(xiàn)有的電力交易制度，也要為未來(lái)的發(fā)展留有裕度;其主要功能如下:

1)支持電力市場(chǎng)，能夠公正、快速、準(zhǔn)確地處理各種交易合約;

2)快捷簡(jiǎn)便的業(yè)務(wù)結(jié)算能力;

3)建立需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制和開(kāi)放性平臺(tái)，吸引需求側(cè)和分布式電源參與電力交易:

4)具有系統(tǒng)升級(jí)能力，以適應(yīng)進(jìn)一步改革的需要。

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智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)

2.1概述

智能電網(wǎng)的構(gòu)建將有賴于多項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展、推廣和應(yīng)用。本文從以下4個(gè)角度歸納建設(shè)智能電網(wǎng)所需的基礎(chǔ)技術(shù):電力設(shè)備、量測(cè)與通信設(shè)備、信息管理系統(tǒng)、決策與控制理論。此外，為提高基礎(chǔ)技術(shù)的易用性，加快推廣速度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，在研究過(guò)程中應(yīng)注意二點(diǎn):

1)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高兼容性，實(shí)現(xiàn)即插即用;

2)實(shí)現(xiàn)集成化和小型化，減小設(shè)備體積和占地面積。

2.2電力設(shè)備

智能電網(wǎng)應(yīng)具有靈活堅(jiān)強(qiáng)的拓?fù)?，因此需要研究更為先進(jìn)的電力設(shè)備，主要包括電源和儲(chǔ)能技術(shù)、輸配電技術(shù)、電力電子技術(shù)、高效能源材料技術(shù)4大類。

1)電源和儲(chǔ)能技術(shù)。目前世界各國(guó)的能源結(jié)構(gòu)均在調(diào)整中，以求提高能源利用效率，避免由于化石能源的大量消耗造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。今后電源技術(shù)將集中于核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、氫能、燃料電池等清潔能源技術(shù)，以及潔凈煤燃燒技術(shù)、高參數(shù)超超臨界機(jī)組、超臨界大型循環(huán)流化床、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能等方面。

2)輸配電技術(shù)。在電網(wǎng)網(wǎng)架建設(shè)中，既要發(fā)展大容量遠(yuǎn)距離低損耗輸電技術(shù)，也要研究分布式供能技術(shù)以緩解輸電網(wǎng)壓力。輸配電技術(shù)主要集中于特高壓交直流輸電、特高壓絕緣、高溫超導(dǎo)、微型電網(wǎng)等方面。

3)電力電子技術(shù)。主要包括耐高壓大電流電力電子器件，輕型直流輸電，以及固態(tài)變壓器、固態(tài)斷路器、統(tǒng)一潮流控制器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、TCSC、有源濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、靜止同步補(bǔ)償器等FACTS裝置。

4)高效能源材料技術(shù)。主要包括太陽(yáng)能電池相關(guān)材料，燃料電池關(guān)鍵材料，高容量?jī)?chǔ)氫、高效二次電池材料，超導(dǎo)關(guān)鍵材料及制備技術(shù)，以及高效能量轉(zhuǎn)換等。

2.3量測(cè)與通信設(shè)備

量測(cè)設(shè)備和通信設(shè)備相輔相成，共同為系統(tǒng)運(yùn)行、保護(hù)以及設(shè)備監(jiān)測(cè)和維修提供依據(jù);兩者既可能相互獨(dú)立，也可能集成為一體。前者側(cè)重于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量和就地處理各種電氣量和非電氣量，后者側(cè)重于實(shí)現(xiàn)高速、大容量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息交互。量測(cè)系統(tǒng)包括三部分:

1)需求側(cè)量測(cè):主要具有家電控制、電能質(zhì)量分析、防偷電、功率和用電量測(cè)量、實(shí)時(shí)電價(jià)處理、成本控制、自備電源監(jiān)測(cè)等功能；

2)電網(wǎng)側(cè)量測(cè):主要具有同步相位測(cè)量、廣域測(cè)量、動(dòng)態(tài)設(shè)備監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)安全穩(wěn)定監(jiān)測(cè)等功能;

3)發(fā)電側(cè)量測(cè):主要用于監(jiān)測(cè)發(fā)電廠的出力、設(shè)備狀態(tài)、履約狀況、煤耗和排放等。

通信系統(tǒng)的研究主要包括四方面:

1)通信方式的多樣化，合理使用Internet、光纖、衛(wèi)星、無(wú)線、3G、傳感器網(wǎng)絡(luò)等通信方式;

2)精確的數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)和同步能力;

3)重視電磁兼容，降低對(duì)外部的輻射和電磁干擾;

4)提高抵御外部通信干擾的能力。

2.4信息管理系統(tǒng)

智能電網(wǎng)中的信息管理系統(tǒng)應(yīng)主要包括采集與處理、分析、集成、顯示、信息安全5個(gè)功能。

1)信息采集與處理。主要包括詳盡的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分布式的數(shù)據(jù)采集和處理服務(wù)、智能電子設(shè)備(intelligentelectronicdevice，IED)資源的動(dòng)態(tài)共享、大容量高速存取、冗余備用、精確數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)等。

2)信息分析。對(duì)經(jīng)過(guò)采集、處理和集成后的信息進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，是開(kāi)展電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的重要輔助工具?？v向包括“發(fā)電-輸電-配電-需求側(cè)”4級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)分析和“國(guó)家-大區(qū)-省級(jí)-地縣”4級(jí)電網(wǎng)信息分析。橫向包括發(fā)電計(jì)劃、停電管理、資產(chǎn)管理、維護(hù)管理、生產(chǎn)優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)管理、市場(chǎng)運(yùn)作、負(fù)荷管理、客戶關(guān)系管理、財(cái)務(wù)管理、人力資源管理等業(yè)務(wù)模塊分析。

3)信息集成。智能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)在縱向上要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈信息集成和電網(wǎng)信息集成，橫向上要實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)的信息集成。為此有必要借鑒或利用面向服務(wù)架構(gòu)({service-orientedarchitecture，SOA),IEC61850,IEC61968.IEC61970等系統(tǒng)架構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)高效標(biāo)準(zhǔn)化的信息集成系統(tǒng)。

4)信息顯示。為各類型用戶提供個(gè)性化的可視化界面，需要合理運(yùn)用平面顯示、三維動(dòng)畫、語(yǔ)音識(shí)別、觸摸屏、地理信息系統(tǒng)((GIS)等視頻和音頻技術(shù)。

5)信息安全。智能電網(wǎng)必須明確各利益主體的保密程度和權(quán)限，并保護(hù)其資料和經(jīng)濟(jì)利益。因此，必須研究復(fù)雜大系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)生存、主動(dòng)實(shí)時(shí)防護(hù)、安全存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)病毒防范、惡意攻擊防范、網(wǎng)絡(luò)信任體系與新的密碼等技術(shù)。

2.5決策與控制理論

在智能電網(wǎng)中，電網(wǎng)決策與控制的實(shí)時(shí)性、易用性、互操作性將大大提高，因此對(duì)以下幾方面技術(shù)提出了新的要求:

1)快速負(fù)荷和氣象預(yù)測(cè)技術(shù);

2)快速安全穩(wěn)定計(jì)算方法、判據(jù)和控制策略；

3)高性能計(jì)算方法和設(shè)備，如并行計(jì)算、云計(jì)算、海量存儲(chǔ)、系統(tǒng)容錯(cuò)等;

4)快速仿真和建模;

5)超短期潮流分析;

6)故障定位;

7)合理應(yīng)用新型人工智能技術(shù)，比如分散式智能代理、智能感知技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等;

8)開(kāi)發(fā)個(gè)性化人機(jī)交互界面及其內(nèi)核技術(shù)，融合多媒體、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、生物特征識(shí)別技術(shù)等;

9)針對(duì)電網(wǎng)智能化展開(kāi)電力規(guī)劃的研究。

3

智能電網(wǎng)的功能實(shí)現(xiàn)

3.1概述

智能電網(wǎng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，有賴于在完善各項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將其有效應(yīng)用到電網(wǎng)運(yùn)作的各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制的協(xié)調(diào)。本文從智能控制中心、智能變電站、智能線路、智能保護(hù)系統(tǒng)、智能需求側(cè)管理5個(gè)角度介紹智能電網(wǎng)的功能。

3.2智能控制中心

智能控制中心是現(xiàn)有的EMS,DMS,SCADA,虛擬電廠(virtualpowerplant)等技術(shù)的再升級(jí)和結(jié)合，主要具有以下功能:可視化互操作平臺(tái)、預(yù)測(cè)功能、交易與調(diào)度功能、快速安全穩(wěn)定分析功能、智能保護(hù)整定、預(yù)警報(bào)警與事故處理、虛擬電廠、鏡像備用等。在研究中還應(yīng)根據(jù)分層分區(qū)的原則，明確不同級(jí)別控制中心的權(quán)責(zé)和功能，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

1)可視化互操作平臺(tái)。該平臺(tái)能利用多媒體技術(shù)顯示潮流、電壓、功角、穩(wěn)定裕度、故障位置、變電站和線路運(yùn)行、發(fā)電廠狀態(tài)等信息，監(jiān)視控制中心各功能模塊，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化信息披露，接收運(yùn)行人員指令。

2)預(yù)測(cè)功能。以高性能通信和信息處理為依托，與氣象部門、水利部門等相關(guān)部門聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)信息的短時(shí)甚至超短時(shí)預(yù)測(cè);主要包括負(fù)荷預(yù)測(cè)(包括系統(tǒng)負(fù)荷和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷)、氣象預(yù)測(cè)(比如氣溫、降雨、覆冰、雷擊、臺(tái)風(fēng)、極端天氣)、可再生能源的出力預(yù)測(cè)等功能。

3)交易與調(diào)度功能。該功能包括數(shù)據(jù)管理、機(jī)組調(diào)度、電網(wǎng)協(xié)調(diào)、信息披露等。數(shù)據(jù)管理用于處理機(jī)組狀態(tài)、電網(wǎng)拓?fù)?、?shí)時(shí)電網(wǎng)模型、預(yù)測(cè)參數(shù)、檢修計(jì)劃、電力交易基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如雙邊合約、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、節(jié)能調(diào)度、可再生能源扶持政策、金融和約等)等信息。電網(wǎng)調(diào)度功能會(huì)在各種數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)阻塞管理、安全校核、網(wǎng)損管理等流程后實(shí)現(xiàn)優(yōu)化決策。電網(wǎng)協(xié)調(diào)功能是在綜合處理各級(jí)智能控制中心的決策后，協(xié)調(diào)各級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)行，對(duì)網(wǎng)間交易、機(jī)組組合、出力分配、安全校核、AGC,備用等方面進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)。信息披露功能則在服從相關(guān)保密和監(jiān)管條例的前提下，對(duì)發(fā)電計(jì)劃、購(gòu)電成本、網(wǎng)間交易、能耗排放、阻塞情況、預(yù)測(cè)參數(shù)以及其他必要的信息進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的披露。

4)快速安全穩(wěn)定分析功能。目前的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析主要以離線分析為主，不能完全反映系統(tǒng)的真實(shí)情況。在智能電網(wǎng)中，應(yīng)推動(dòng)安全穩(wěn)定分析的在線化和實(shí)時(shí)化。該功能首先利用高性能量測(cè)和通信系統(tǒng)到得拓?fù)洹⒊绷?、頻率、電壓、設(shè)備實(shí)時(shí)模型等信息;然后據(jù)此進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和在線建模分析;最后確定當(dāng)前系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

5)智能保護(hù)整定。目前的保護(hù)整定以離線整定為主。在智能電網(wǎng)中，將在快速安全穩(wěn)定分析、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛥?shù)、實(shí)時(shí)負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上計(jì)算出母線、線路、變壓器保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的定值。

6)預(yù)警報(bào)警與事故處理。根據(jù)緊急程度，智能控制中心將做出相應(yīng)的預(yù)警(如穩(wěn)定裕度不足、弱阻尼、備用不足、極端天氣)、報(bào)警(如功率、電壓、頻率越限、失步、振蕩、非主動(dòng)解列、故障)和事故處理(如保護(hù)協(xié)調(diào)、低頻低壓減載、連鎖切機(jī)、主動(dòng)解列、再同步等)。

7)虛擬電廠。是將某個(gè)區(qū)域的分布式電源合并作為一個(gè)電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)有效調(diào)度管理的技術(shù)。利用該技術(shù)能提高分布式電源的滲透率，吸引分布式電源參與電力交易和需求側(cè)響應(yīng)。

8)鏡像備用。在某些特殊情況下，控制中心可能失去部分或全部功能，因此有必要為控制中心的信息建立實(shí)時(shí)鏡像，在緊急情況下用鏡像取代原控制中心的功能。

3.3智能變電站

智能變電站將整合變電站自動(dòng)化、地理信息系統(tǒng)、SCADA等技術(shù)，并兼容微網(wǎng)和虛擬電廠;能與控制中心實(shí)現(xiàn)高性能通信;在控制中心授予的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行控制和建模。智能變電站主要具有4種能力:自治、實(shí)時(shí)建模、協(xié)調(diào)、操作自動(dòng)化。

1)自治能力。變電站能在必要時(shí)調(diào)整AVR(automaticvoltageregulator)的定值以減小線損、提高電能質(zhì)量和電壓穩(wěn)定性。在智能電網(wǎng)中，分布式發(fā)電滲透率將增加，微網(wǎng)、虛擬電廠等技術(shù)將逐步得到應(yīng)用，配網(wǎng)中AVR的調(diào)整方式將適應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。

智能檢修是智能變電站的重要特點(diǎn)。它能監(jiān)測(cè)分析變電站設(shè)備(如變壓器、母線、避雷器、隔離開(kāi)關(guān)和斷路器、互感器等)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，從而優(yōu)化資產(chǎn)使用和節(jié)約人力成本。此外，智能變電站還能實(shí)現(xiàn)預(yù)警報(bào)警、自動(dòng)故障診斷和處理等功能。

2)實(shí)時(shí)建模能力。變電站能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轄區(qū)運(yùn)行狀態(tài)，辨識(shí)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)模型，從而為控制中心提供決策依據(jù)。

3)協(xié)調(diào)能力。變電站應(yīng)服從控制中心指令，因此應(yīng)有專門的系統(tǒng)協(xié)調(diào)變電站自治和控制中心指令之間的關(guān)系。

4)操作自動(dòng)化。變電站能在微機(jī)的控制下取代操作人員進(jìn)行倒閘、開(kāi)閉地刀等操作。

3.4智能線路

在智能線路中，基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)水平將會(huì)提高，在線監(jiān)控和智能檢修會(huì)投入應(yīng)用。

1)基礎(chǔ)設(shè)施。特高壓、HVDC,VSC-HVDC,FACTS、高溫超導(dǎo)等技術(shù)會(huì)更多地投入使用，從而使線路獲得更高的輸電容量。合理利用其中的某些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)提高電能質(zhì)量、阻尼系統(tǒng)振蕩等功能。

2)遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能檢