打造智能電網促進節能降耗

侯爽（大慶油田電力集團供電公司）

智能電網是一個相對靈活的電力產銷用一體化網絡，它將輸配用電以及能源與蓄能終端的電氣設備和用能設備聯系在一起，根據用電數量、頻率等的不同需求而變化。智能電網覆蓋了從發電到終端用戶的整個能源轉換鏈，具有很高的透明度和靈活性，能夠滿足日益增加的能源需求和供電需求。

1 智能電網技術

智能電網涉及到發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，它以現代輸配電網為基礎，建立在高速和集成雙向通信的網絡平臺上，綜合應用先進的信息與通信技術、傳感和監測技術、高級電力電子技術、高級仿真控制技術等，進行實時監控、防護和互動。具有自愈性、互動性、安全性、優質性、高效性、兼容性、市場化和多元化等特點，用以實現電網的高效運行和可持續發展[1]。

1.1 靈活的網絡拓撲結構

智能電網的基礎是堅強、靈活的電網拓撲結構。為了滿足經濟社會發展對電力的需求，構建電力“高速公路”，增加經濟輸電距離、減少輸電損耗、提高輸送容量、節省工程投資、保護生態環境勢在必行。隨著互聯電網的形成，電網規模的不斷擴大，電網的安全穩定性越來越重要，對主網架結構的規劃設計要求也越來越高[1]。只有靈活的電網拓撲結構才能應對突發災害性事件對電網安全的影響。

1.2 傳感與監測技術

智能電網通過使用先進的傳感器來獲取電網中電氣設備運行過程中產生的機械振動聲波，通過聲音傳感器對聲音進行采集，再通過數據采集器對聲音進行處理，然后由總控制器、通訊轉換器和變電站主機進行故障的判別，最后由集控站主機實現系統工作模式選擇、系統參數修改、監聽設備、錄制及存儲音頻文件和監測數據采集器狀態等功能。當系統啟動時，進入到監控模式和監聽模式，在監控模式中，對采集到的電氣設備音頻信號進行處理，并分析音頻信號的特征量并進行提取，然后判斷電氣設備的故障類型并發送報警信號。同時在監聽模式下，繪制出當前音頻的數據波形圖和頻譜幅度圖后，進行音頻的錄制和存儲，以此來監測和評估電網的安全穩定性與電氣設備的狀態。

在智能電網的配電環節中，傳統的電磁表計和讀取系統已被雙向通信的智能表計所取代，用于記錄和測量電氣設備和電網設置參數，聯絡中心控制服務器以及分布式負荷，并提供能耗數據，實現需求側響應，更好地做出針對性的用電方案。智能電表還能夠接通或切斷負荷，提高了電力供應的安全性和可靠性。

在智能電網的輸電環節，輸變電設備狀態監測和廣域測量系統技術的應用越來越廣泛。輸變電設備狀態監測系統能夠構建綜合優化體系，讓智能電網實時地獲取全網內各種狀態信息并實現共享，且能夠優化升級電氣設備的運行和檢修方式，從而提高利用效益。廣域測量系統是在同步向量測量技術的基礎上實現電力系統的動態監測、控制和分析，具有異地同步測量向量精度高、反應快速、高速通信的優點。

1.3 信息與通信技術

打造智能電網，利用雙向通信技術建立一個互動的、實時的、動態的信息和電力交互網絡，信息通信技術是智能電網最基礎的關鍵技術[2]。通過確立統一的管理模式，按照統一的技術規范，突破各基層單位間的信息隔離狀態，建立多部門信息溝通與共享機制，避免重復建設和信息孤島等問題。進一步拓展應用范圍，從主站端到廠站端，從基層單位到公司調度，根據具體情況和需求作出針對性的調整。在功能上要滿足對大量數據的采集、存儲、實時監控和分析處理，形成有效的預警和管控機制，從而全面提升信息通信技術在智能電網中節能降耗的應用水平。主要技術包括無線通信技術、電力寬頻通信技術和其他通信技術[3]。

1.4 高級電力電子設備

在智能電網發電、輸電、配電和用電的過程中，電力電子技術發揮著重要作用。DSP 全數字控制技術、全控型大功率電力電子器件和各種新型的高性能多電平大功率變流器，在現代電力系統應用的電力電子裝置的使用中占有很大比重。但仍存在弊端：DSP 全數字控制技術水平還處于初級階段；大功率變流器制造技術、系統控制軟件和應用系統控制技術水平較低等。

2 智能電網與節能降耗

2.1 優化調度模式

智能調度是智能電網的核心體現，智能調度是打造堅強智能電網的關鍵，是電網運行控制的中樞。智能調度應有強大的智能安全預警系統，并能夠全方位、實時準確地采集數據信息。當系統故障時，還能夠快速判斷故障點，提供故障恢復決策，利用音頻、視頻等可視化技術，將電網運行的實時狀態準確直觀地上傳給集控中心。實現節能優化調度必須以持續供電和電網安全平穩運行為前提，以節能環保為目標，實施優化調度。

智能電網節能優化調度模式在電網處于正常狀態下，指導電網相關人員決策和動作；當電力系統異常時，能夠自動切換至故障診斷和恢復的模式下，解決電力系統中出現的電能質量、設備故障等問題。節能優化調度模式用于支持分布式智能體、電壓優化控制和降損分析系統中。分布式智能體能夠在本地快速響應，減輕了中心控制系統和操作人員的負擔，是自適應、自我學習、自我修復以及半自動控制系統。智能調度的應用主要基于本地自動化、智能化和分布控制，如SCADA、狀態維修、配網自動化、變電站自動化等等[3]。

基于標準化平臺的電網調度自動化集成系統open3000，是一個覆蓋了各變電所的全局性智能調度平臺。它集合了能量管理系統、配網管理系統、廣域測量系統和公共信息平臺系統。在無人值班變電站的建立過程中，通過使用open3000 系統中的SCADA 和FES 實現新建廠站端的接入。其中，SCADA 是架構在統一支撐平臺上的應用子系統，用于實現完整的、高性能的實時數據采集和監控。主要實現數據處理與計算、統計考核、控制和調節、人工操作、事件和報警處理、事故追憶及反演等功能。而FES 作為系統中實時數據輸入、輸出的中心，主要承擔了集控中心與所屬各廠站之間、各個上下級調度中心之間、其他系統之間及與調度中心的后臺系統之間的實時數據信息處理任務。主要實現信息交換、命令傳遞、規約的組織和解釋、通道的編碼與解碼等功能。

2.2 降低綜合線損

2.2.1 電網規劃優化

規劃合理的電網，建設節能低耗、環保優質的配電網[4]。利用智能調度系統、在線監測系統和負荷監控系統等方法來加強線損管理。例如，利用智能調度系統繪制各變電站的經濟運行曲線，做出日報、月報和年報進行對比和分析，從而保證主變的經濟運行，使變電站保持最佳運行狀態。

2.2.2 選用降損節能變壓器

在電網損耗中，變壓器損耗一般占30%～60%，因此，降低變壓器損耗是至關重要的。提高變壓器利用率，把閑置的變壓器從高壓側斷開，減少功率損耗。變壓器容量越大，所用無功功率也越大，所以根據年用電損耗率和用電負荷選擇變壓器的容量。

比較傳統變壓器和先進非晶體合金變壓器，非晶體合金變壓器固定損耗降低約70%。因此，隨著新材料、新技術的應用，應綜合考慮性能優良的高效節能變壓器[5]。

2.2.3 優化無功配置

為了降損節能、提高供電質量，供電企業首先要做好無功補償。因為，當線路輸送的有功功率不變時，輸送的無功功率越多，線損越高，為了使負荷向系統吸收的無功功率減小，需要提高功率因數，降低線損。首先，可以考慮安裝無功補償裝置，它是最常用、最有效的提高功率因數，節能降損的裝置。當進行無功補償時，若配電網與輸電網相結合，則以配電網補償為主；若分散與集中相結合，則以分散補償為主；若降損和調壓相結合，則以降損補償為主；若供電部門和用戶相結合，則以就地平衡為主。然后，還可以采用合理選用異步電動機容量的方式來降損。由公式Q=Q0+( Qe-Q0)( P Pe)2=Q0+( Qe-Q0)k2可以看出，由于空載無功Q0的影響，有功負荷下降時，無功功率Q 不能成比例地下降，導致輕載時功率因數明顯下降。因此，選擇電容器容量時，應使電動機經濟出力接近負載功率，避免能源浪費。因此，在全網內選擇使用無功補償優化配置模塊，完成技術改造，以解決無功補償容量、電網規劃、無功補償地點計算等問題。該模塊以投資最小、網損最小為目的，將變電站功率和母線電壓互為制約，并將分接頭配合高中低典型負荷和調壓來計算出結果，根據此結果解決電容器的分組問題。

在電壓滿足合格條件的基礎上，無功電壓的優化將以離散設備動作次數最少和網損最小為既定目標。根據電壓、功率因數和支路功率的影響，優化無功潮流，并制定出有載調壓分接頭、發電機設備和無功補償設備的調節策略。利用SCADA 的遙控和遙調功能對設備進行閉環控制，最終實現電壓和無功的智能化調度。

3 結束語

隨著我國經濟的迅猛發展，大力研究發展智能電網已經成為趨勢。隨著智能電網的建設，全面推進發電、輸電、變電、配電、用電和調度6 個環節，實現電力系統的數字化、智能化、信息化、自動化，使電網始終安全可靠、優質高效運行。

[1]陳樹勇,宋書芳,李蘭欣,等.智能電網技術綜述[J].電網技術,2009(8):1-7．

[2]崔旭.智能電網發展現狀與節能潛力研究[J].科技經濟市場,2012(6):9-11．

[3]鄧輝,李建.節能減排背景下智能電網的建設[J].機電工程,2011(8):1019-1024.

[4]陳雁高,王鵬,余淑娟.供配電系統設計中的幾種節能方式[J].四川水利發電,2008(6):56-58.

[5]余衛國,熊幼京,周新風,等.電力網技術線損分析及降損對策[J].電網技術,2006(18):54-57．