能源互聯下電力系統自動化發展方向分析

李瀛寰

（赤峰金劍銅業有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

0 引 言

能源互聯網使用先進的智能管理和電子信息等技術，通過連接分布式能量采集裝置、能量存儲裝置及多類型負載等，實現能量的對等交換和雙向流動，并共享網絡。在傳統電力系統模式難以滿足經濟、可靠、高質量以及安全的發展要求下，電力系統自動化不斷摸索前行，可將能源互聯與電力系統自動化相結合，有助于全面建設電力系統。

1 能源互聯網概述

1.1 概 念

能源互聯網是指以清潔能源輸送為主并以特高壓電網為通道的大范圍互聯電網，連接各種大型能源基地和分布式電源，將海洋能、太陽能、風能以及地熱能輸送至電力客戶，是安全性能高、服務范圍廣且低碳綠色的能源配置平臺，可保證能源的合理供應，實現可持續發展[1]。

1.2 特 點

能源互聯網利用互聯網軟件實現電力調度和供應管理，可以有效減少能源損耗，提高能源利用率，具有3個特點。

第一，以物聯為基礎。能源互聯應用互聯網技術，構建完備物聯網，保障能源調配與應用，實現綜合能源利用管理。

第二，覆蓋范圍廣。各地能源條件不同，在采集、利用與存儲能源時，無法集中管理，需遵循屬地就近原則，選擇富集能源地區構建電站系統，實現電力電站廣泛分布。并且，由于接入了民用供電單位或家用太陽能等設備，可擴大系統范圍，實現全域連接。

第三，管理信息化。借助傳感設備進行能源場信息采集，以此計算現有能源數據，通過比對分析各類型數據，為后續構建電力系統奠定基礎。將上述信息詳細記錄保存下來，以實現電力站科學調配與布局，信息化處理電力能源，不斷完善電力系統[2]。

2 能源互聯與電力系統自動化的融合

能源互聯網與電力系統的融合，狹義是指能源網絡平臺融合，以解決傳輸能源問題，其中涉及諸多環節，如存儲能源何生產能源等。廣義是指建設整體能源系統。

2.1 智能融合

電力系統自動化具有安全可靠和經濟高效等特點。結合計算機、通信及電力等新興技術，以電力系統為主體智能融合能源互聯網，進而構建快速響應的電力傳輸系統，可實現電力系統升級[3]。

2.1.1 物理融合特征

以電力系統融合網絡的形態具有電網中心特點，可將能源體系劃分為微觀與宏觀。以微觀而言，其能夠接入眾多DG，實現區域電網互聯與能源自治，建設若干微電網單元。而宏觀上以高壓直流/交流大電網為主干架，遠離負荷中心建立風能/光伏能源資源互補。化石能源逐漸被可再生能源替代，可在生能源作為社會應用的主要能源能夠向電能轉化，擺脫傳統能源束縛，應用綠色能源，減少環境污染[4]。

2.1.2 信息融合特征

融合電力系統中，以專用通信網絡為主引入大數據和云計算等，利用強大的計算功能構建全網測量體系，提高電力系統融合主體網絡彈性，進而保證其安全運行。微電網能量主體為調度運營商，通過調動微電網控制單元來控制DG、儲能及負荷，保證功率平衡，從而實現安穩控制及優化運行。在大電網信息交互過程中，控制能量流與結算電量信息從上往下傳送至運營商，實現電力系統的協調控制[5]。電力系統框架如圖1所示。

圖1 電力系統框架

2.2 關鍵技術

2.2.1 能源存儲技術

儲能技術可以解決可再生能源發電隨機波動等問題，實現平滑負荷，提高設備運行效率與利用率，減少峰谷差，促進系統穩定運行。電能存儲技術能夠在消費和生產電能時，通過時間及空間進行解耦，更為高效地利用電能，以提高利用效率。而超導磁儲能、超級電容器儲能以及飛輪儲能則難以達到兆瓦級，因此需進一步研究降低成本和提高能量密度的措施。壓縮空氣儲能為大規模儲能，存在需建造特定儲氣室并依賴化石能源等缺點，可向壓縮空氣液化或微小型等方向發展。此外，當前建立和運營儲氣庫是儲氣技術的重點，可在能源傳輸管中實現冷氣和熱氣的大規模存儲[6]。

2.2.2 能源轉換技術

能源聯網和電力系統融合需以能源轉換器為依托，除了化石能源、核、風等一次能源向化學能、熱能以及電能轉化技術外，近幾年也研發了電轉氣（Power to Gas，P2G）技術、直流變壓器以及熱電冷聯產（Combined Cooling Heating and Powe，CCHP）技術等，具體如表1所示。

表1 能源轉換技術

2.2.3 能源傳輸技術

該技術與能源存儲和轉換技術類似，關鍵指標是傳輸效率。當前遠距離能源傳輸或跨區域傳輸通常以電能和天然氣為主，其他能源受到效率限制僅采取城市級傳輸。近幾年，科研人員研究的提高輸電容量、增加輸電距離以及減少能源損耗的傳輸技術，如超導電纜輸電、柔性直流輸電及特高壓輸電等，對于推動以電力系統為中心的融合網絡建設具有積極作用[7]。

2.2.4 信息系統安全技術

信息系統集信息采集、處理及傳輸于一體，可為電力系統自動化和能源互聯網融合提供支持，保證通信安全與信息質量。在完善信息系統建設時，需優化系統架構，從下游采集設備信息并將其傳輸至應用層，避免惡意網絡入侵。此外，在信息安全發展中，還需要加強技術研究，降低安全維護成本。

3 能源互聯下電力系統自動化發展方向

3.1 電力系統高效化

GPS系統作為遠程定位系統，在電力系統自動化中應用十分廣泛，能夠動態監測電力系統的安全性，匯總電力系統的數據，實現動態調節與智能控制，為電力系統自動化實時控制提供助力。在電力系統中應用GPS技術也能夠突出其精準性高、實效性強和投入成本低等特點，使得實際運行中電力系統愈發高效。同時，還要不斷研發新型設備與技術，推動電力系統高效發展[8]。

3.2 電力系統簡單化

人工操作模式中，由于電力系統過于煩瑣易產生操作失誤，引發系統故障。而自動化電力系統可簡化電力系統操作，實現系統智能運行與控制，從煩瑣人工操作轉變成簡單計算機操作。在能源互聯發展下，進一步更新和調整電力系統，使其向簡單化方向發展，避免人為操作失誤造成電力故障，提高工作效率[9]。

3.3 電力系統智能化

能源互聯發展下，自動化電力系統逐漸向智能化方向發展。智能化電力系統可提高供電效率，減少系統故障，提高故障容錯率。科研人員對此不斷深入研究，加上能源互聯信息交換，可促進系統向穩定可靠的方向發展，推動智能電網建設[10]。

4 結 論

隨著社會經濟的發展，人們對電力的需求更大。能源互聯網應用了先進的電子技術、智能管理技術以及信息技術，可連接電力網絡能源節點，因此在電力系統自動化中融合能源互聯可為電力企業提供助力，推動電力系統自動化向智能化、高效化以及簡單化的方向發展。