智能微電網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用

(中北大學(xué) 山西 太原 030051)

由于21世紀(jì)人類社會普遍共識：發(fā)展低碳經(jīng)濟、建設(shè)生態(tài)文明、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念要求。能源革命的人任務(wù)自然的顯現(xiàn)出來，而這一任務(wù)要求著我們應(yīng)該做到：恰當(dāng)?shù)姆峙淠茉础?chuàng)新發(fā)展新式能源、維護能源穩(wěn)定問題、適應(yīng)對各式環(huán)境的變換、符合國家的環(huán)保要求。而當(dāng)今的電力網(wǎng)由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電這一系列的環(huán)節(jié)有機的結(jié)合在一起形成，一次發(fā)電側(cè)和二次用電側(cè)組成的集合。

一、智能微電網(wǎng)的概念

由EPRI對智能電網(wǎng)的定義：一個由眾多自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)有效和可靠的方式實現(xiàn)所有的智網(wǎng)運作，具有自愈功能，處理緊急情況；快速反應(yīng)電力系統(tǒng)和用戶需電側(cè)的要求；局有機械智能的輸電結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)快速、有效、便捷的信息流，為二次側(cè)用戶提供適合、安全的電力能源供給。

二、智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)

(一)傳感與測試技術(shù)

智能電網(wǎng)技術(shù)的信息基礎(chǔ)，從信息的技術(shù)上講，應(yīng)該是集計算機、能源、測控、傳感器、儀器等高新產(chǎn)業(yè)的共同作用，也是電力電子技術(shù)，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、測控傳感技術(shù)、電力安全技術(shù)的組合，對于新式發(fā)電輸電配電結(jié)構(gòu)有著革命性的推動影響。智能電網(wǎng)的傳感與測量技術(shù)也是由先進的傳感技術(shù)、相角測量單元、廣域測量系統(tǒng)、智能電表與智能家電的有機合成。而先進的傳感技術(shù)依賴著不同的傳感器：電流傳感器、電壓傳感器、超高頻傳感器、風(fēng)速傳感器。由于發(fā)電側(cè)的電壓電流都是非常大的，一般的電表根本無法承受，所以在一次側(cè)的電壓電流的測量就需要互感器來進行轉(zhuǎn)換。而智能電網(wǎng)要求的互感器也不僅僅需要其高低壓的完全隔離、體積小重量輕、無鐵芯不存在磁飽和問題，更需要適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要。

(二)相角測量單元

對于海量的數(shù)據(jù)，由于電力調(diào)度人員不能觀察，我們可以采用相角測量單元進行支路電流的準(zhǔn)確計算，如正弦交流電路，已知兩個節(jié)點的電壓相角(時間正選波零時刻的角度)，但是計算支路電流也需要對時間的精度要求非常高，不然會引起不同大小的誤差。而PMU通過對電網(wǎng)的時時定位和精確計算，可以實現(xiàn)在輸電過程中不同處的信息測量和數(shù)據(jù)同步采集，以極大的降低安全風(fēng)險，提高電網(wǎng)配電的穩(wěn)定水平和傳輸能力。

如下圖是PUM的一般結(jié)構(gòu)。

圖一 相角測量單元

(三)廣域測量系統(tǒng)。

由PUM子站、調(diào)度主站和國家電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)組成。采用相角測量技術(shù)，通過GPS的精準(zhǔn)定位功能，再由調(diào)度中心的數(shù)據(jù)處理和分析，實現(xiàn)對整個智能電網(wǎng)的時時數(shù)據(jù)采集和處理。監(jiān)控模塊對電網(wǎng)的動態(tài)過程進行監(jiān)視哥管理；運用計算機的應(yīng)用程序，及時有效的運行和處理電網(wǎng)故障時的參數(shù)，對系統(tǒng)在PUM布點數(shù)目較多的情況下，可利用子站的數(shù)據(jù)分析定位和分辨系統(tǒng)故障和器件的損壞部分。人員通過調(diào)度站的工具，可以抓取顯示界面電網(wǎng)任意區(qū)域的動態(tài)圖像，對實地圖像的畫面進行遠距離的分析和勘察。

(四)智能電表與智能家電

傳統(tǒng)的人工抄表純在著：數(shù)據(jù)不夠精確，不能提供用戶的需求量，浪費大量的時間，于是這要求智能電網(wǎng)對電表和家電的智能化也有了更高的要求。當(dāng)今的智能電表有著能耗低：采用低耗的電器器件，每個電表的消耗大概只有0.5W左右，而在用戶過多的時候采用集中式電表，消耗便更低；功能強大：采用先進的電子技術(shù)，半自動化采集HHU紅外感應(yīng)抄表，可以連接入網(wǎng)，將用戶的信息就地側(cè)取，再就地傳送實現(xiàn)遠距離的精準(zhǔn)測量，再通過計算機技術(shù)的控制管理對于電網(wǎng)中用戶側(cè)的用電量的時時分析可以做出對于不同參數(shù)的修改，來滿足不同的要求。

三、智能電網(wǎng)的電力安全

(一)視頻監(jiān)控的防護

運用微計算機視覺和結(jié)構(gòu)的智能視頻識別系統(tǒng)技術(shù)，可以在當(dāng)前的抓拍視頻中智能的觀察處理、計算分析，篩選出其中關(guān)鍵有效的信息。智慧電力解決方案可以使得分部分散的電力電網(wǎng)進行集中的處理，在最快的時間感知安全問題，提出實際的操作方案和大局統(tǒng)籌管理，可以在問題出現(xiàn)前進行有效的預(yù)防，對于可能出現(xiàn)的問題提前做出預(yù)選方案；在問題出現(xiàn)后，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫和已經(jīng)提出的方案中篩選，找出最便捷和可執(zhí)行的方案，或者對問題進行現(xiàn)場的分析在做出有效處理；在問題解決后，按照人工智能的技術(shù)進行學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建立，收錄此種問題的情況，以便下次問題出現(xiàn)時可以盡快的二次處理。

(二)虛擬專用網(wǎng)技術(shù)

為了實現(xiàn)智能電網(wǎng)中框架的安全處理，在子站的控制機和主站的控制系統(tǒng)之間建立一種內(nèi)部的虛擬通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有外網(wǎng)需要或者試圖進入兩者之間時，必須通過子站或者總站的網(wǎng)絡(luò)允許，否者會被拒絕入網(wǎng)，于是這種技術(shù)在智能電網(wǎng)的營運可以保障在數(shù)據(jù)傳輸時的安全性。在建立VPN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，站內(nèi)人員如果需要對某個電網(wǎng)的子站進行數(shù)據(jù)傳遞，就要求對于不同的子站有著不同的軟硬件的配備。

(三)綜合評估的診斷

根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)?shù)禺?dāng)時的各種信息的采集，調(diào)用運行參數(shù)、狀態(tài)性能指標(biāo)、閾值界限，進行在線遠程處理。如評估某個變壓器的繞組溫度，分析其壽命的用度和老化，在其未發(fā)生故障前進行危險的排除。根據(jù)電網(wǎng)中各個器件的負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合電壓電流的特性曲線，在緊急時刻進行過載保護，以降低風(fēng)險損失。