智能電網在電力技術及電力系統規劃中的應用

湯俊峰，周錦旺

（國網浙江縉云縣供電有限公司，浙江 麗水 321400）

0 引 言

智能電網是建立在物理電網基礎上的，集現代先進的傳感測量技術、計算機技術、通信技術、信息技術及先進的決策支持系統于一體的新型電網。智能電網涵蓋的環節有發電環節、輸電環節、調度環節以及變電環節等。它不僅可以減少運營成本，而且可以提升系統的安全性、可靠性以及自愈性。

1 智能電網的概念

2006年，美國IBM公司提出“智能電網”解決方案。智能電網就是電網的智能化（智電電力），也被稱為“電網2.0”。它建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。它的主要特征包括自愈、激勵和保護用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場及資產的優化高效運行[1]。

2 智能電網的特征分析

與現有電網相比，智能電網體現出電力流、信息流和業務流高度融合的顯著特點。其先進性和優勢主要表現在以下幾方面。第一，具有堅強的電網基礎體系和技術支撐體系，能抵御各類外部干擾和攻擊，能適應大規模清潔能源和可再生能源的接入，電網的堅強性得到鞏固和提升。第二，信息技術、傳感器技術、自動控制技術與電網基礎設施有機融合，可獲取電網的全景信息，及時發現、預見可能發生的故障。故障發生時，電網可以快速隔離故障，實現自我恢復，從而避免大面積停電的發生。第三，柔性交/直流輸電、網廠協調、智能調度、電力儲能以及配電自動化等技術的廣泛應用，使電網運行控制更加靈活、經濟，并能適應大量分布式電源、微電網及電動汽車充放電設施的接入。第四，通信、信息和現代管理技術的綜合運用，將大大提高電力設備使用效率，降低電能損耗，使電網運行更加經濟和高效。第五，實現實時和非實時信息的高度集成、共享與利用，為運行管理展示全面、完整和精細的電網運營狀態圖，同時能提供相應的輔助決策支持、控制實施方案和應對預案。第六，建立雙向互動的服務模式，用戶可以實時了解供電能力、電能質量、電價狀況和停電信息，合理安排電器使用；電力企業可以獲取用戶的詳細用電信息，為其提供更多的增值服務[2]。

3 智網電網的關鍵技術剖析

3.1 通信技術

由于智能電網在對數據進行獲取、保護和控制時需要通信系統的支持，因此智能電網的主要目標是建立高速、雙向、實時、集成的通信系統。通信系統與電網一樣，都要深入家家戶戶，這就形成了兩個緊密相連的網絡，即電網和通信網絡。它實現了智能電網的目標和關鍵功能。

通信系統使智能電網成為大規模的基礎設施（動態，實時信息和交互式電源交換的）。當建成通信系統后，可以大大提高電網的供電可靠性和資產利用效率，繁榮電力市場，還能有效改善及提升電網的價值及作用。

3.2 設備技術

智能電網需要廣泛運用先進的設備技術，進而提升輸配電系統的性能。今后，智能電網中的設備將會在材料、電力電子、超導、微電子技術及儲能方面得到充分運用，且其科研成果會越來越明顯，這樣可提升功率密度，改善電能質量，增強供電可靠性，提升電力生產效率。

智能電網在今后將重點運用電力電子技術、超導技術以及大容量儲能技術等先進技術。通過運用新技術，尋求電網及負荷特性間最佳的平衡點，以提升電能質量。通過對各種各樣的先進設備（基于電力電子技術和新型導體技術的設備）進行運用及改造，提升電網輸送容量及可靠性。通過將許多新的儲能設備及電源融合到配電系統中，對新的網絡結構如微電網等進行有效運用[3]。

FACTS是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術。

比較常見的FACTS包括靜止無功補償器、靜止同步補償器、固定串聯補償裝置和可控串聯補償裝置。除了實現潮流控制和電壓控制外，它還為電力系統提供了一種較為靈活的抑制低頻振蕩的方式。

4 應用意義

4.1 高效減壓

電力系統是全部用電線路結合的產物。所以，將智能電網運用到電力系統規劃中，能推動整個電力系統朝著高效、安全、集成的方向發展。智能電網集發電、輸電及變電于一體，可實現電力運輸的“一條龍”式服務，并在很大程度上節約電能運輸成本。除此之外，對于整體電力系統的運轉，智能電網還為其提供了有效的平臺，為其管理工作提供了諸多便利條件，還能夠有效緩解電路管理工作壓力。

4.2 安全防害

在氣候等因素的影響下，傳統的電網極有可能產生斷電或者漏電的現象。這樣不僅會擾亂人們正常的生活秩序，甚至還會嚴重威脅人們的生命財產安全。而在電力系統規劃中運用智能電網，能有效降低氣候等因素對電路的干擾程度，還能應對傳統電力被外力入侵卻無反應的尷尬情形，從而降低傳統電網斷電及漏電的可能性，保障人們正常的生活秩序和人身安全。與此同時，它能主動出擊，全力對抗外力入侵，如病毒的惡性攻擊。與傳統電網相比，智能電網具有強大的自我保護能力，在今后的電力系統規劃中必將立于不敗之地。

4.3 調節優化

在電力系統規劃過程中，應用智能電網可以依據實際的地區供電需求，提供科學、合理的供電方案，還可以優化、改進和調配供電線路。在過去，電網反應比較慢，在應對負荷較大的電流時，只能選擇“忍讓”，長此以往，電路的正常運輸通道會遭到損害，其運輸負擔會越來越大。為了改變這一局面，可在電路管理過程中運用智能電網。因為在周邊環境發生巨大變化的情況下，智能電網能依據實際情況在第一時間自動制定相應的電路解決方案，同時還能自動執行可行性方案，無須使用人工進行調配，對電路配置方案的改進、電路管理效率的提升具有非常重要的作用。

4.4 自動求解

將智能電網應用于電力系統規劃中，可在一定程度上實現對煩瑣問題的處理，還可實現智能化調度，科學地管理電力系統運行的各種情況，同時可以以最少的成本合理規劃電力系統。因此，將智能電網應用在電力系統規劃中，可快速高效地尋找到最佳的解決問題的途徑。

5 實際應用研究

5.1 在電力調度領域的應用

在總體電力系統規劃中，電力調度是最重要的組成部分。而在電力調度中運用智能電網，可以更加科學、有效地管理電力系統的用電情況。智能電網的引進極大地豐富了電力資源，促使電網能跟蹤分析電力資源，還能對其進行目的性的調節。此外，運用智能電網還能全面分析電力運行數據，進而順利進行后續操作。

5.2 在電力技術中的應用

智能電網的推廣運用具體體現在改進與創新當前使用的電力技術，因為智能電網需要新型的電力技術提供支持，還需要改變與傳統電網相匹配的部分，如器件、電器，從而順應時代的發展需求，促使電力系統更好地滿足社會要求[4]。

5.3 雙向通信領域中的應用

智能電網在雙向通信領域中也有非常關鍵的運用。科學地運營智能電網，能使雙向通信快速記錄電力使用情況、電力運輸過程，同時傳輸獲取的數據。科學地運用智能電網，在很大程度上能高效縮短雙向通信的時間。此外，科學地運用智能電網，能有效提升電力運輸的精準性及電力分配的準確性，最終提升電力系統的工作效率。

5.4 智能固態表針的應用

在過去的電力系統規劃過程中，電磁表的運用比較廣泛，能高效管理用電情況。與電磁表相比，智能固態表針的特征及優勢則更加顯著。智能固態表針可以在電網系統的輻射范圍內連續測量終端用戶在一天中不同時段的電能需求，還可以將電力公司指定的高峰和低谷電價信號和費率儲存在電力系統計數設備中，并在終端用戶操作界面上反映任一時段的電費政策的相關信息。

5.5 在輸電配電中的應用

在電力系統規劃中，輸電和配電是關鍵步驟。如何在輸配電中運用智能電網，是目前最重要的問題之一。在輸配電中，有效利用智能電網可以實現電力資源的高效運用，解決長距離的電力系統相連接的問題，還能進一步運用超高溫高導電措施，實現損失消耗最小化，同時控制污染度為零。

6 未來發展趨勢

6.1 通過加強運營管理與成本控制來提升供電效率及服務質量

社會化進程的推進，使得電力系統面臨著巨大壓力。與此同時，市場經濟、發用電計劃及配電業務的變革，促使智能電網面臨更多挑戰。在此種情形下，不僅要確保電力系統的穩定運營，還要研發新型電力技術，以節約發電成本。因此，通過強化運營管理及成本控制，提升供電效率及供電服務質量是非常必要的。

6.2 構建新型能源體系

可以利用智能電網來構建新型能源體系，以轉化后的新型能源來代替傳統的能源，提升能源利用率，實現能源的可循環利用。隨著智能電網的持續進步，將來電力系統的發展目標將以新型能源為基本標準，促進能源生產，全面實現能源轉型戰略。

6.3 電力市場化

構建電力行業平等競爭的市場機制，即實現電力市場化。在市場經濟大環境下，根據電力行業的發展需求，在保證中國用電安全的基礎上，逐步優化電力市場競爭環境，促使其實現科學化、有序化、公平性及公正性，構建發電公司的競標電網機制，并建立電網公司電力產品銷售機制，用于競爭性的傳輸、分配、交付和銷售中，促使電力市場化得以充分實現。

7 結 論

在電力行業發展中，智能電網是其重要組成部分，其能在很大程度上解決電力技術及電力系統規劃中存在的各種問題。近年來，我國經濟不斷發展，電力行業在國民經濟發展中的作用不斷凸顯。為了充分發揮其重要作用，必須在我國電力行業中，尤其是電力技術及電力系統規劃中運用智能電網。