淺談中外智能電網(wǎng)的異同與佛山地區(qū)智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

歐陽旭

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,518000)

引言：伴隨著全球氣候變暖等環(huán)境問題日益嚴(yán)重，可再生能源的利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們工作生活的需求都對(duì)電網(wǎng)提出了更新更高的要求。智能電網(wǎng)由此而生。相對(duì)于傳統(tǒng)的電網(wǎng)，智能電網(wǎng)被賦予了更多的希望，希望能充分提高電網(wǎng)對(duì)不穩(wěn)定電源的容納程度、充分體現(xiàn)用戶的需求、更穩(wěn)定的隔離與抵御各類故障、更高的效率與優(yōu)質(zhì)電能等等。

1 智能電網(wǎng)的提出與歐、美智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)概念的提出源于美國。當(dāng)以極高供電可靠率服務(wù)于大眾的美國電網(wǎng)遭遇負(fù)荷的飛速發(fā)展與電網(wǎng)內(nèi)敏感電力電子負(fù)荷增多。傳統(tǒng)的電網(wǎng)越來越難以滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的需求。目前，美國開展了一系列前瞻性和系統(tǒng)性的研究，智能電網(wǎng)建設(shè)已上升到戰(zhàn)略高度。由于誕生之初就是基于用戶側(cè)對(duì)電網(wǎng)的訴求，美國的智能電網(wǎng)注重用戶的主動(dòng)參與，與電網(wǎng)互動(dòng)；適應(yīng)所有種類的電源（包括常規(guī)電源、可再生能源電源和儲(chǔ)能設(shè)備）接入電網(wǎng)；電力市場化；將提供優(yōu)質(zhì)的電能以滿足數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的要求；優(yōu)化資產(chǎn)利用率，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率；具有自愈性；能夠?qū)θ藶楣艋蜃匀粸?zāi)害作出辨別和反應(yīng)。

相對(duì)于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的美國，老牌的資本主義國家——?dú)W洲各國，電網(wǎng)發(fā)展的訴求更多的是來至環(huán)境保護(hù)的壓力。由于石油天然氣等資源的短期以及全球氣候變化等問題，歐盟注重的是環(huán)境治理與低碳經(jīng)濟(jì)，鼓勵(lì)和支持可再生能源的開發(fā)利用。如何提高電網(wǎng)容納各類可再生能源的能力，是歐洲各國發(fā)展智能電網(wǎng)的主要訴求。可再生電源的不斷發(fā)展與電力基礎(chǔ)設(shè)施老化，不斷威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力市場的發(fā)展與用戶對(duì)供電可靠性與電能質(zhì)量要求的不斷增高，這些都是推動(dòng)歐洲各國開展智能電網(wǎng)建設(shè)的驅(qū)動(dòng)力。相比美國的智能電網(wǎng)建設(shè),歐盟則更多地關(guān)注分布式電源接入及其對(duì)電網(wǎng)的影響。2009 年初，歐盟進(jìn)一步明確要依靠智能電網(wǎng)技術(shù)，將北海和大西洋的海上風(fēng)電、歐洲南部和北非的太陽能融入歐洲電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模集成跳躍式發(fā)展。

2 我國智能電網(wǎng)的提出與南方電網(wǎng)的智能電網(wǎng)建設(shè)對(duì)比

相比歐美國家，我國獨(dú)特的能源分布特點(diǎn)使智能電網(wǎng)的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力和路徑有所不同。我國仍處在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)期，而且電力需求極不均衡，資源與負(fù)荷逆向分布；風(fēng)電、太陽能等不穩(wěn)定電源發(fā)展迅速，需要電網(wǎng)有強(qiáng)大的接納能力；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)仍相對(duì)薄弱，仍存在有電送不出去的問題；用戶對(duì)電能質(zhì)量與可靠性的要求逐步提高。這些誘因也導(dǎo)致了我國對(duì)智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)迫在眉睫。

2009 年5 月，國家電網(wǎng)公司在特高壓輸電技術(shù)國際會(huì)議上提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的概念：以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包括電力系統(tǒng)發(fā)電、線路、變電、配電、用電和調(diào)度的各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí), 實(shí)現(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高度一體化融合, 是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代化堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。國家電網(wǎng)對(duì)智能電網(wǎng)的訴訟主要集中在特高壓技術(shù)、堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)、智能控制、接納各類電源。

相對(duì)于國家電網(wǎng)的特高壓、全覆蓋、堅(jiān)強(qiáng)可靠的理念，南方電網(wǎng)對(duì)智能電網(wǎng)的理解有自己的特點(diǎn)。南方電網(wǎng)覆蓋南方的廣東、廣西、云南、貴州、海南五省，是個(gè)狹長的空間，負(fù)荷集中在東部的廣東，而電源則集中在西部的云貴高原，且水電比例高。為滿足長距離輸送的要求，南方電網(wǎng)在2011 年底已形成“八交五直” 交、直流混合運(yùn)行的共13 條西電東送大通道。南方電網(wǎng)對(duì)智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力來自客戶服務(wù)。為滿足客戶對(duì)可靠性、用電需求、電能質(zhì)量的要求，南方電網(wǎng)根據(jù)自身的特點(diǎn)，制定了建設(shè)智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。其中，智能旨在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、全局化、實(shí)時(shí)化、共享化、感知化、智能化，開展電網(wǎng)全方位、全過程、全要素的監(jiān)測、診斷，完善電網(wǎng)精當(dāng)決策、精準(zhǔn)控制、精細(xì)管理，支撐電網(wǎng)的高效、可靠運(yùn)行，支撐綠色電網(wǎng)的發(fā)展。高效旨在推進(jìn)制度創(chuàng)新，以管理創(chuàng)新和流程再造，建設(shè)管理與信息化深度融合的新型管理模式，提高電網(wǎng)精益化管理水平；提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率；全面提升大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置的能力。

3 佛山地區(qū)智能電網(wǎng)分析

佛山供電局作為南方電網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)下的特大型供電企業(yè)，對(duì)于智能配電網(wǎng)的建設(shè)與追求不曾停歇。佛山供電局通過十一五、十二五的建設(shè)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行了升級(jí)改造，已經(jīng)形成了以500kV 變電站為中心、以500kV 與220kV 輸電線路為連接的區(qū)域分區(qū)互聯(lián)的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；并針對(duì)配電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)率進(jìn)行了改造，形成了內(nèi)環(huán)加外環(huán)的環(huán)式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配網(wǎng)線路實(shí)現(xiàn)了N 供一備。這些均為佛山供電局開展智能電網(wǎng)建設(shè)打下了良好的物理基礎(chǔ)。

佛山供電局在輸電網(wǎng)方面，主要針對(duì)智能變電站建設(shè)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用雙T 或三T 接線形式提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性與靈活性。建設(shè)智能變電站駕駛艙是智能電網(wǎng)在變電站中的具體表現(xiàn)。它以實(shí)現(xiàn)變電站整體智能化為目標(biāo)，以生產(chǎn)MIS 系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)為信息基礎(chǔ)，將電力設(shè)備在線監(jiān)測和狀態(tài)評(píng)估所需的數(shù)據(jù)有機(jī)的集成于一個(gè)綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，并以IEC61850、面向服務(wù)框架（SOA）、智能分析、智能診斷、智能展示為技術(shù)支撐在此基礎(chǔ)上搭建運(yùn)行監(jiān)視、分析、查詢、操作等 “一站式”平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的智能管理，實(shí)現(xiàn)變電站的可測、可視、可控和自愈（變電站駕駛艙邏輯架構(gòu)圖見圖1）。目前，佛山供電局近四百座220kV及以下變電站全部實(shí)現(xiàn)了無人值守與遠(yuǎn)程操作，并逐步對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其更加智能。

圖1：變電站駕駛艙邏輯架構(gòu)圖

智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是電網(wǎng)直對(duì)用戶的最后一環(huán)。較多小水電、風(fēng)電等通過配電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)，而用戶與電網(wǎng)的互動(dòng)與要求也是靠配網(wǎng)去實(shí)現(xiàn)。國外對(duì)智能電網(wǎng)的研究始于配網(wǎng)，大部分實(shí)踐也集中在配網(wǎng)。佛山供電局在前期除了完善環(huán)網(wǎng)建設(shè)外，針對(duì)每條線路加裝了帶自動(dòng)重合閘與遠(yuǎn)程控制功能的分段開關(guān)與看門狗開關(guān)，并且也完成了對(duì)配網(wǎng)GIS 系統(tǒng)的建立。佛山供電局智能配電網(wǎng)是以配電網(wǎng)高級(jí)自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，集成計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電生產(chǎn)管理系統(tǒng)二次綜合開發(fā)；在堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持以及各種集成高級(jí)應(yīng)用功能的可視化軟件支持下，循南網(wǎng)一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（OS2）規(guī)范建設(shè)。基于SOA 架構(gòu)，由OSB 總線和縱向的廣域OSB 總線作為系統(tǒng)總線，按IEC61968、IEC61970 的標(biāo)準(zhǔn)來共享配網(wǎng)GIS 系統(tǒng)提供的每個(gè)用戶的信息、配網(wǎng)模型信息、地理信息、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)提供的測量與故障信息，最后結(jié)合EMS/DMS 系統(tǒng)的配電線路自動(dòng)化測量信息，高度集合為配網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（如圖1 所示）。目前，智能配電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)的智能運(yùn)行控制與故障自愈。佛山供電局正在深入探索配網(wǎng)自愈系統(tǒng)的研究與實(shí)際測試，期待有重大的成果。

圖2：佛山配網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)硬件圖

佛山供電局還在智能用電技術(shù)與分布式電源接入方面做出了大膽嘗試。曾經(jīng)建立了智能家居示范家庭等對(duì)智能用電技術(shù)進(jìn)行嘗試，并且對(duì)光伏太陽能、小水電接入系統(tǒng)進(jìn)行了研究并建立了實(shí)體研究區(qū)。佛山供電局還在轄區(qū)內(nèi)建立了多個(gè)電動(dòng)汽車的智能充電站與充電樁，對(duì)佛山地區(qū)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了支持。

4 結(jié)束語

盡管國際、國內(nèi)對(duì)智能電網(wǎng)的研究均在如火如荼的進(jìn)行，但由于各國電源結(jié)構(gòu)、電源與負(fù)荷的分布特點(diǎn)不同，電網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)發(fā)展水平也不同，這就導(dǎo)致了智能電網(wǎng)的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力、目標(biāo)與研究方向也就大相徑庭。本文通過介紹歐、美智能電網(wǎng)特點(diǎn)與我國智能電網(wǎng)現(xiàn)狀，得出了智能電網(wǎng)發(fā)展的共性：發(fā)展以通信與自動(dòng)化為載體的智能控制與保護(hù)技術(shù)；提高對(duì)可再生能源的接納能力；具備自愈性、能抵抗外界侵?jǐn)_的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)；更多的與用戶互動(dòng)；重視電能質(zhì)量與供電可靠性；支持電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展等。南方電網(wǎng)較其它區(qū)域?qū)χ悄茈娋W(wǎng)的研究更為專一，旨在建設(shè)智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)。佛山供電局承接了南方電網(wǎng)對(duì)智能電網(wǎng)研究的較多項(xiàng)目，在智能變電站、智能配電網(wǎng)與智能用電技術(shù)等均做出了實(shí)質(zhì)性的嘗試與應(yīng)用研究。

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