淺析智能電網及核心技術

劉偉

（大同供電分公司左云支公司，山西 左云 37100）

由于世界各國經濟社會的發展對能源的依賴性，造成當今世界能源危機、資源緊張、環境日趨惡化，使人類的生存與發展面臨著前所未有的壓力與挑戰。如何在有限的資源中尋求一個新的支點，尋求一條環境、資源、經濟、社會能夠協調發展的道路，讓人類在發展自我的過程中保持與自然的和諧，這是全人類共同的責任。面對這一課題，科學家們提出了智能電網的研究及建設，由此，積極發展智能電網已成為當今世界電力發展的新趨勢。

一、智能電網的內涵

智能電網（smart power grids），是利用傳感器連接更多的資產和設備，實現對發電、配電、輸電、供電等關鍵設備運行狀況的實時監控，并把獲得的數據通過網絡系統進行收集、整合，最后通過對數據的分析挖掘，達到優化管理整個電力系統運行、降低成本、提高效率、節能降損、實現環境清潔和友好的目的。智能電網是以特高壓電網為骨干網架，以各級電網協調發展為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的統一堅強智能化電網。

中國式的智能電網，首先要滿足電力負荷的需求，在前期要保證輸電、變電的智能化建設，要保證供電安全可靠性，要滿足經濟意義和節能，最后要保證電能質量和可再生能源的接入。

二、智能電網的特點

1、自愈。自愈性是指電網維持自身穩定運行、評估薄弱環節和應對緊急狀態的能力，是實現電網安全可靠運行的主要功能。SG能夠實時檢測、分析電網運行狀態，并及時發現、快速診斷和消除故障隱患；在盡量少的人工干預下，快速隔離故障、自我恢復，最小化或避免用戶的供電中斷，避免大面積停電事故的發生。

2、安全。安全性是指電網抵御外部破壞的能力，SG能更好地對人為或自然發生的擾動做出辨識與反應，有效抵御自然災害、外力破壞和計算機攻擊等不同情況對電力系統的攻擊傷害，保證人身、設備和電網的安全。

3、兼容。支持風電和太陽能發電等可再生能源的正確、合理的接入，適應分布式發電和微電網的并網運行，做到"即插即用"，可以容納包含集中式發電在內的多種不同類型電源甚至是儲能裝置，滿足用戶多樣化的電力需求。

4、交互。電網在運行中與用戶設備和行為進行交互，將其視為電力系統的完整組成部分之一，可以促使電力用戶發揮積極作用，實現電力運行和環境保護等多方面的收益，使需求側管理的功能更加完善，實現與用戶的交互和高效互動。

5、高效。高效運營和管理是指電網提高設備利用率、減少線損、降低運營成本的能力。SG能夠優化資源配置，降低運行維護成本和投資，提高設備傳輸容量和利用率；在不同區域問進行及時調度，平衡電力供應缺口；支持電力市場競爭的要求，實行動態的浮動電價制度，實現整個電力系統的優化運行。

6、集成。實現電網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精細化管理。

三、智能電網的關鍵技術

1、參數量測技術

參數量測技術是智能電網基本的組成部件，先進的參數量測技術獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網的各個方面使用。它們評估電網設備的健康狀況和電網的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網阻塞以及與用戶的溝通。

對于電力公司來說，參數量測技術給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質量、相位關系（WAMS）、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟件系統將收集、儲存、分析和處理這些數據，為電力公司的其他業務所用。

2、開放、標準、集成的通信系統。

要形成集成的通信系統，一方面要通過各種載體實現更多信息和應用的連接和集成，使數據在發電、輸電、配電和用戶等不同主體及各類應用系統之間高速傳遞。通信技術的研究主要包括：通信方式的多樣化，合理使用互聯網、光纖、衛星、無線、第三代移動通信技術(3rdgeneration，3G)、傳感器網絡等通信方式；精確的數據對時和同步能力；重視電磁兼容，降低對外部的輻射和電磁干擾；提高抵御外部通信干擾的能力。除此之外，還需要發展和實施被使用者、供應商和其他主體廣泛接受的通信標準。目前，只在配電站自動化等有限領域建立了通信標準，而需求側響應、電力線通信等的通信標準正在研究中，標準化工作還需要繼續加強。

3、高級讀表體系和需求側管理

高級讀表體系由安裝在用戶端的智能電表、位于電力公司內的計量數據管理系統和連接它們的通信系統組成，近來，為了加強需求側管理，又將其延伸到用戶住宅內的室內網絡(HAN)。這些智能電表能根據需要設定計量間隔，并具有雙向通信功能，支持遠程設置、接通或斷開、雙向計量、定時或隨機計量讀取。同時，高級讀表體系為電力系統提供了系統范圍的可觀性，不但可以使用戶參與實時電力市場，而且能夠實現對諸如遠程監測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統響應，構建智能化的用戶管理與服務體系，實現電力企業與用戶之問基本的雙向互動管理與服務功能以及營銷管理的現代化運行。

4、智能調度技術

智能調度是智能電網建設中的重要環節，智能電網調度技術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和進行資源優化配置的能力、縱深風險防御能力、科學決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場調配能力的技術基礎。

現有的調度自動化系統面臨著許多問題，包括非自動、信息的雜亂、控制過程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策困難等。為適應大電網、特高壓以及智能電網的建設運行管理要求，實現調度業務的科學決策、電網運行的高效管理、電網異常及事故的快速響應，必須對智能調度加以分析研究。

5、高級電力電子技術

電力電子設備可以實現電能質量的改善與控制，為用戶提供電能質量滿足其特定需求的電力，同時它們也是能量轉換系統的關鍵部分，所以電力電子技術在發電、輸電、配電和用電的全過程中均發揮著重要作用。現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，包括可控硅并聯電抗器、多功能固態開關、智能電子裝置、靜止同步補償器、有源濾波器(APF)、動態電壓恢復器(DVR)、故障電流限制器(FCL)以及高樂直流輸電(HVDC)所用裝置和配網用的柔性輸電系統裝置(如SVC和D-Statcom)等。

6、分布式能源接入技術

分布式電源（DER）的種類很多，包括小水電、風力發電、光伏電源、燃料電池和儲能裝置（如飛輪、超級電容器、超導磁能存儲、液流電池和鈉硫蓄電池等）。一般來說，其容量從1kW到10MW。配電網中的DER由于靠近負荷中心，降低了對電網擴展的需要，并提高了供電可靠性，因此得到廣泛采用。

結束語

智能電網實質上是以先進的計算機、電子設備和高級元器件等為基礎，引入通信、自動控制和其他信息技術，從而實現對整個電力網絡的升級改造，將能源資源的生產、儲存、運輸、轉換、發電、輸電、配電、供電以及各種用電、用能設備信息化、聯網化和智能化整合，解決各種能源資源之間的優化平衡、各種電源轉換之間的優化平衡、各種能源需求之間的優化平衡，從而提高能源資源的利用效率、能源設備的使用效能、能源投資的經濟效益以及節能減排的實際效果，最終達到電力網絡運行更加安全可靠、經濟、環保、節能減排這一根本目標。

【1】韓曉平.《電力需求側管理》.2009年第2期.

【2】鄧慧瓊,李爭,孫麗華,候桂祥.《科技創新導報》.2009年第34期.