電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

郭玉新

（國網(wǎng)山東省電力公司建設(shè)公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引 言

目前，人口數(shù)量不斷增加，全球氣候變化形勢日益嚴(yán)峻，能源問題越來越受到人們的關(guān)注。智能電網(wǎng)具有堅固、頑強(qiáng)、較強(qiáng)自愈能力、較強(qiáng)實用性和較高經(jīng)濟(jì)性的特點，有助于實現(xiàn)電網(wǎng)的長久發(fā)展，所以逐漸引起人們的關(guān)注。智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，運(yùn)用電力工程技術(shù)能夠節(jié)約資源，提升智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高智能電網(wǎng)的建設(shè)速度和質(zhì)量。因此，智能電網(wǎng)建設(shè)過程中需重點應(yīng)用電力工程技術(shù)。

1 智能電網(wǎng)的概述

1.1 智能電網(wǎng)的含義

智能電網(wǎng)的概念最先由美國提出。為了緩解日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)，將智能電網(wǎng)作為核心建設(shè)工作，以推進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，進(jìn)而保證經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健運(yùn)行。美國能源部《Grid2030》中談?wù)摿酥悄茈娋W(wǎng)，即“一個完全自動化的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，具有控制與監(jiān)視每個電網(wǎng)節(jié)點、用戶的功能，確保從電廠至用戶這一輸配電過程中的所有節(jié)點之間的電能與信息能夠?qū)崿F(xiàn)雙向流動”[1]。

中國電力科學(xué)研究院對智能電網(wǎng)的定義是“將計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、測量與傳感技術(shù)高度集成于物理電網(wǎng)中形成的新型電網(wǎng)”。智能電網(wǎng)的目的是保證電能的質(zhì)量、電力供應(yīng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，滿足環(huán)保的需求，順應(yīng)當(dāng)前電力市場的發(fā)展，充分滿足客戶的電力需求，提供客戶清潔、經(jīng)濟(jì)、互動的電力供應(yīng)和電力供應(yīng)的增值服務(wù)[2]。

1.2 我國智能電網(wǎng)的建設(shè)特點

我國的智能電網(wǎng)概念，既包括長久發(fā)展的需求、現(xiàn)實因素的影響，還充分考慮了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。我國地大物博，但人口數(shù)量日益增長，導(dǎo)致天然氣、石油等不可再生能源的人均儲量嚴(yán)重不足，且能源分布不均，能源消耗中心和能源分布中心不一致，因此發(fā)展智能電網(wǎng)是我國的重點任務(wù)。

根據(jù)我國的實際情況，智能電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架是特高壓工程，應(yīng)建設(shè)以東北、西北電網(wǎng)為發(fā)送端，華東、華中、華西為接收端的同步電網(wǎng)。此外，需大幅提升智能電網(wǎng)大范圍內(nèi)的配置能力和資源優(yōu)化能力，做到各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)共存、共同發(fā)展，實現(xiàn)直流、交流互聯(lián)，加大新能源的投入力度，創(chuàng)建清潔電網(wǎng)，同時關(guān)注電網(wǎng)的自愈化、自動化和智能化。

智能運(yùn)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、發(fā)展基礎(chǔ)體系以及技術(shù)支撐體系共同組成了我國的智能電網(wǎng)。另外，智能電網(wǎng)的建設(shè)涉及到電力電子、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信等多個電力工程技術(shù)的運(yùn)用，因此可推動材料、能源和信息等相關(guān)行業(yè)的不斷發(fā)展。

2 智能電網(wǎng)建設(shè)過程中電力工程技術(shù)的運(yùn)用

2.1 發(fā) 電

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)更加關(guān)注新型能源的利用與開發(fā)。目前，不可再生能源的日益緊缺限制了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了解決不可再生能源儲量日益減少的危機(jī)，提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和潔凈度，近年來我國不斷研究微電網(wǎng)接入技術(shù)，開發(fā)清潔能源，并將分布式能源如潮汐能、太陽能、風(fēng)能等能源大規(guī)模融入智能電網(wǎng)建設(shè)中。

新型能源具有高效率、低碳、清潔和可再生的優(yōu)點，但也具有一定缺陷，如季節(jié)性特征、發(fā)電穩(wěn)定性不佳等。因此，智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)電過程中，電力工程技術(shù)應(yīng)重點關(guān)注新能源的并網(wǎng)技術(shù)，促使新能源能夠穩(wěn)定、安全、大規(guī)模地接入電網(wǎng)系統(tǒng)，避免清潔能源并網(wǎng)后影響電能質(zhì)量和諧波注入，保證并網(wǎng)過程中不對電網(wǎng)造成過大沖擊，同時需關(guān)注大規(guī)模的儲能設(shè)備、儲能技術(shù)的開發(fā)和運(yùn)用。

2.2 輸 電

我國智能電網(wǎng)的輸電骨架為特高壓電網(wǎng)，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)共存。國家電網(wǎng)提出的“三華”同部電網(wǎng)建設(shè)，全面提升了電網(wǎng)的智能化水平、科技水平、安全水平、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效率以及資源的配置能力。當(dāng)前，我國智能電網(wǎng)的輸電發(fā)展方向為直流與交流互聯(lián)、大容量、高電壓。

智能電網(wǎng)輸電過程中，采用特高壓直流輸電技術(shù)（UHVDC）。這種輸電技術(shù)具有多樣化的控制方式，系統(tǒng)的中間不需要落點，適合遠(yuǎn)距離、大功率、點對點的電能輸送，尤其適用于實現(xiàn)不同交流電網(wǎng)的互聯(lián)。直流與交流互聯(lián)的特高壓輸送電網(wǎng)中，交流電網(wǎng)負(fù)責(zé)跟蹤用戶的需求變化，直流電網(wǎng)在交流電網(wǎng)的基礎(chǔ)實現(xiàn)電力的吸納，二者分工明確，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性[3]。

輸電過程中，智能電網(wǎng)的工作主要包括監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀況、檢修電網(wǎng)狀態(tài)、控制電網(wǎng)運(yùn)行方式以及管理電網(wǎng)壽命等。具有代表性的裝置主要包括超導(dǎo)無功補(bǔ)償設(shè)施和波形交流變換器。此外，涉及的相關(guān)電力工程技術(shù)包括狀態(tài)檢測技術(shù)、串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)、可控高抗技術(shù)、交直流濾波技術(shù)、高壓換流技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)、集約化維護(hù)與運(yùn)行管理技術(shù)、無功補(bǔ)償技術(shù)、諧波管控技術(shù)以及智能巡檢技術(shù)等。

柔性交流輸電技術(shù)涉及的電力工程技術(shù)包括電力技術(shù)、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)等。柔性交流輸電技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，與原輸電方式完全協(xié)調(diào)，避免了機(jī)械磨損，且控制信號功率小，具有較強(qiáng)的靈活性。輸電線路采用柔性交流輸電技術(shù)能極大提升導(dǎo)線的電流輸送能力，顯著提高交流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，滿足大功率、長距離電力輸送的需求，充分利用送電線路減少了發(fā)電機(jī)的備用容量[4]，保證輸電網(wǎng)精確、連續(xù)、快速。發(fā)生事故時，它能有效避免由于連續(xù)反應(yīng)而導(dǎo)致大面積停電的問題。

2.3 變 電

電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)變電過程中得到了廣泛運(yùn)用，其中建設(shè)智能化變電站是典型代表。建設(shè)智能化變電站體現(xiàn)了智能電網(wǎng)的自愈化、自動化和信息化，與以往的變電站相比，實現(xiàn)了巨大突破。

電力工程技術(shù)在智能變電站中得到了廣泛應(yīng)用，包括采用高速計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控變電站的運(yùn)行狀況、采用光電式互感器、運(yùn)用有源濾波技術(shù)與SVC以及采用智能化開關(guān)等。電力工程技術(shù)的運(yùn)用實現(xiàn)了收集信息、物理網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)模型等多個環(huán)節(jié)的統(tǒng)一。另外，變電站設(shè)備具有自我診斷、自我描述、實時上傳數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的功能，節(jié)約了大量人力和物力，且實現(xiàn)了實時控制系統(tǒng)電壓、檢測變電站設(shè)備狀態(tài)和管理壽命等功能。

2.4 配 電

配電環(huán)節(jié)是直接接入到用戶的環(huán)節(jié)，因此智能電網(wǎng)建設(shè)過程中需高度關(guān)注配電環(huán)節(jié)，特別是中低壓配電網(wǎng)的智能化建設(shè)。智能電網(wǎng)中，配電網(wǎng)承擔(dān)了光伏、風(fēng)能和其他分散能源的接入，因此必須保證電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與可靠性。

配電過程中涉及的電力工程技術(shù)包括高級測量技術(shù)、智能網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、配電自動化、電動汽車的充電技術(shù)以及智能儲能技術(shù)等。通過運(yùn)用智能儲能設(shè)備、充電樁、配電網(wǎng)的信息采集系統(tǒng)和研發(fā)智能交通設(shè)備、智能樓宇、智能電器設(shè)備等，推動了智能電網(wǎng)、智能城市的建設(shè)。此外，不斷開發(fā)超導(dǎo)儲能技術(shù)、液流電池、鈉硫電池等新型配電技術(shù)，進(jìn)一步推動了智能儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.5 用 電

建設(shè)智能電網(wǎng)有效推動了建設(shè)智能小區(qū)的進(jìn)程。因為用戶對電能的要求是高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠和便宜，所以電力企業(yè)應(yīng)實現(xiàn)智能化運(yùn)營、精細(xì)化管理和高度信息化。隨著電力市場的不斷改革，電力企業(yè)逐漸融入市場，進(jìn)而加大了電能供給方和需求方之間的交流頻率。

用電過程中，電力工程技術(shù)主要表現(xiàn)在智能電表、建立用電信息采集系統(tǒng)、開發(fā)智能測儀，研發(fā)智能電表、建設(shè)高效準(zhǔn)確的用戶用電系統(tǒng)。電力工程技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了電費(fèi)計價方式的過渡，從以往的統(tǒng)一電價過渡為階梯式電價。分散式儲能設(shè)備、智能電氣和智能化家電的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了能源的使用效率，實現(xiàn)了用電智能化。此外，采用終端技術(shù)、高級測量等技術(shù)保證了智能用電的技術(shù)水平，且采用多臺繳費(fèi)的方式提高了服務(wù)水平，實現(xiàn)了用戶的智能化互動。

2.6 通信與調(diào)度

智能電網(wǎng)的通信與調(diào)度過程中，涉及的電力工程技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)。智能電網(wǎng)調(diào)度過程中，需成立全面的決策控制體系，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)控、安全預(yù)警和動態(tài)監(jiān)測，靈活控制電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，實時收集并及時傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證電網(wǎng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。另外，為了實現(xiàn)智能電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的高速傳輸，需將大量的數(shù)據(jù)采集平臺設(shè)置于電網(wǎng)各處，同時成立專門的數(shù)據(jù)傳輸平臺和數(shù)據(jù)共享平臺，在規(guī)定的框架內(nèi)建設(shè)配套的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，建立統(tǒng)一、完整、開放的信息通信平臺，從而支撐智能電網(wǎng)通信體系有效運(yùn)行。

3 結(jié) 論

電能的供應(yīng)對我國經(jīng)濟(jì)、社會具有重要影響，且與國家的能源產(chǎn)業(yè)安全密切相關(guān)。建設(shè)具有我國特色、符合我國國情的智能電網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的重要策略。智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，應(yīng)大力推進(jìn)電力工程技術(shù)的發(fā)展，并將其運(yùn)用到建設(shè)智能電網(wǎng)的工程中。