智能電網中的電力設計技術闡述與探究

中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司 李 凱 許 聰

在電力行業快速持續性發展的過程中，智能電網已經逐步發展并成為未來整個電力行業改革與發展的最新方向，智能電網的重視程度日益增大。智能電網在持續不斷的發展過程當中形成了一系列的優勢，主要表現為智能化、自動化、信息化以及數字化等。在此過程當中，電力設計技術成為智能電網發展的關鍵手段。在智能電網發展過程中對電力技術進行集中研究與討論，是促進智能電網快速發展的重要手段之一。

本文即針對智能電網中的相關電力設計技術展開集中分析與探討，希望能夠引起業內人士的關注與重視。首先研究智能電網的基本含義，并給出智能電網的幾大關鍵特點。在此基礎之上，從柔性交流輸電技術、高速通信技術以及超導電力技術這三個方面入手，對電力設計技術在智能電網建設中的應用問題進行分析與探討，希望能夠通過相關分析，進一步提高電力設計技術在智能電網建設過程中的應用質量與水平，僅供參考。

1 智能電網及其特點

智能電網是指以物理電網所構建環境為依托，將一系列現代化的技術結合，所形成的電網構建技術體系。例如，將控制技術與計算機技術、通信技術的以及傳感測量技術相結合，打造智能化的供電系統[1]。相較于傳統意義上的供電系統而言，這種供電網絡能夠體現環保、兼容、自愈以及可靠等方面的特征與優勢，將上述技術相結合，能夠推動電網信息化、自動化以及數字化的建設與實現，是整個智能電網系統建設的核心。尤其是在新時代發展背景下，智能電網已經逐步發展成為電網系統建設的必然方向與趨勢，在電力行業發展過程中具備前所未有的發展空間與機遇[2]。

具體而言，智能電網具備以下幾個方面的特點：第一，自愈性。在自愈性的作用下，智能電網的運行將更具備秩序性與穩定性；第二，互動性。在互動性的作用下，智能電網能夠實現對電能的合理安排與使用，促進電能使用效率與水平的提升，盡可能避免用電損失以及資源浪費的問題；第三，兼容性[3]。在兼容性的作用下，智能電網的應用范圍與空間將呈現出明顯的擴大與提升趨勢；第四，節能性。在節能性的作用下，智能電網在送電偶成中能夠節約1/10左右電能，對避免電能浪費，實現可持續性發展有重要意義。

介于上述特點，在智能電網設計的過程中，不斷需要與相關規劃方案相適宜，同時還應當盡可能滿足新能源建設以及電力負荷的發展需求，除此以外還需要與輸配電環節各項規程以及技術原則要求相匹配。因此，在智能電網的建設期間，需要不斷引入先進的電力設計技術，基于對智能設備的投入與應用，構建具有自愈功能的配電網，并積極介入一系列新型能源，從而面向社會提供穩定、可靠、環保且可持續的電力能源作為支持[4]。

2 柔性交流輸電技術

柔性交流輸電的系統是目前智能電網建設過程中最主流的發展方向與趨勢，實現了電網電力電子系統與現代控制系統的融合，可以在促進電網輸送能力提升的同時降低系統損耗，并且促進系統穩定性的提升，更對電網線路的潮流調控有相當重要的作用。

2.1 基本思路

基于柔性交流輸電技術的智能電網建設，應當形成以下三個方面的基本思路：從智能電網發電的層面上來看，必須嚴格遵循智能化要求，最大限度促進電網發電全自動化、智能化水平的提升，并通過科學的調度管理，確保電網智能化鏈接以及自動化運營機制的順利實現；第二，從智能電網輸電的層面上來看，應當基于對柔性交流輸電技術的應用實現輸供電系統的智能化、自動化運行，并搭載該系統確保電網運行的安全性與高效性；第三，從智能電網用電的層面上來看，應當構建高度智能化的電網供電用電互動渠道，通過該渠道促進電網用電服務水平的提升，提高用電系統故障檢測檢修系統的智能化水平[5]。

2.2 特點與優勢

具體來說，柔性交流輸電技術支持智能電網具備如下幾個方面的特點與優勢：

2.2.1 支持電網自愈

電網故障狀態下，基于柔性交流輸電技術支持的智能電網可以引導自動化監控設備對故障進行及時發現，并在程序輔助下診斷得到故障類型以及具體發生位置，然后對故障進行自動隔離與修復，盡可能避免因故障影響智能電網所造成的大面積停電事故。在此過程中，故障自動恢復功能實現就需要以柔性交流輸電技術的應用為依托，在電網系統正常運行狀態下，柔性交流輸電技術能夠通過內部控制器實現對電網系統潮流的精準控制，通過實時性自動化無功補償支持電網運行，同時調節并網狀態下的電網起伏電壓水平，以提高系統運行可靠性，預防故障發生。

在故障發生后，柔性交流輸電系統可利用自身開關裝置快速控制整個電網系統，在診斷故障類型與準確定位的基礎之上，對故障進行控制隔離，并通過串聯補償裝置的方式實現故障短路保護與故障切除，以免電力設備運行狀態受影響。

2.2.2 支持交互電網

(1)和國外商業銀行相比,商業銀行對不良貸款管理的方法較少，嚴重影響了不良貸款的處置效率。銀行處置不良貸款,常常選擇以資抵債，但各種抵貸資產的處置變現效率低下，難以實施到位，有時押而不抵現象的出現，同時也加大了風險。

電網的交互性的是指的系統運行電力市場批發、零售的銜接關系達到緊密、無縫的狀態，支持電力交易市場相關交易行為的有效開展，這對于資源優化配置而言具備重要意義。柔性交流輸電系統能夠通過對控制器裝置的綜合應用，實現對電網潮流的控制，并在電網阻塞狀態下進行可靠有效的管理，系統的實時性控制功能不斷能夠促進電網運行可靠性水平的提升，同時還能夠密切電網的互聯關系，實時監控電網運行資源，在交互電網建設的過程當中促進電能的充分利用，提升資源利用率。

3 高速通信技術

智能電網作為當前技術條件支持下電網運行的主流發展方向與模式，其發展速度是相當快的。通信技術作為智能電網的基礎，在智能電網運行期間發揮著至關重要的作用。在用電設備采集、電力設備無人檢測、及分布式能源介入等一系列業務快速發展的背景下，電網設備以及電網終端用戶增長速度是相當快的，如何確保通信技術的快速、實時、高效以及穩定成為智能電網建設人員集中思考的問題之一。在當前技術條件支持下，智能電網建設過程中對高速通信技術的應用可以概括為以下幾個方面。

3.1 WLAN以及WiFi技術

WLAN即無線以太網，面向終端用戶所提供的通信服務具有低延遲性的特點，且可以進行點對點、點對多點的數據傳輸，基于IEEE 802.11的WLAN采用了擴頻技術，因此用戶可以占用相同的頻段，而彼此之間的干擾最小。WiFi（802.11b）以DSSS調制在2.4GHz上運行，可提供11Mbps的最大數據速率，延遲為3.2～17ms，在多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）的方案下可以獲得高達600Mbps的數據速率。WiFi技術的主要特征是現有的廣泛支持，幾乎所有新的電子設備，無論是計算機、筆記本電腦、游戲機還是外圍設備，都具備WiFi技術。

在智能電網的應用中，WiFi的優勢在于高數據速率、IP支持、廣泛的可用性和可擴展性，但是安全方面的問題依舊是挑戰。WLAN、WiFi更適合數據速率要求相對較低且干擾環境較低的應用，常用于基于以太網的通信的可互操作的變電站自動化系統。對比一些藍牙、Zigbee技術，WLAN的可靠性和數據傳輸性能優勢更為突出。當然，我們也需要充分認識到，智能電網在應用WLAN技術的過程中，仍然需要解決一定的技術問題，如對電磁干擾問題的處理，以及對其他無線設備干擾的處理，只有處理好上述問題，才能夠使此項技術在智能電網中的應用更為可靠與有效。

3.2 WiMAX技術

作為高速無線數據網絡標準，能夠為無線城域網設計提供IEEE802.16系列標準。作為DSL以及電纜之外的重要選擇，基于WIMAX技術具有低延遲性的特點，往返時間在100.0ms范圍內，部署成本是非常低的。與前文中所提到的WLAN無線以太網技術相比，在智能電網應用領域中，WiMAX技術表現出了以下幾個方面的突出優勢：

第一，基于無線技術的自動抄表功能。WiMAX高速無線數據網絡技術能夠適用于公用事業AMI網絡中的智能抄表功能需求，其覆蓋范圍廣，數據傳輸速率高。

第二，基于WiMAX高速無線數據網絡技術的AMI能夠結合電力系統終端用戶的能源使用情況，面向用戶提供實時價格信號，實現電力價格的實時定價功能。

當然，在智能電網應用范疇中，WiMAX高速無線數據網絡技術也存在一定的應用缺陷，如基站建造成本高、移動特性差等，在WiMAX頻率高于10GHz的情況下對障礙物的穿越效果差，因此僅適合在工作頻率較低的情形下使用。

4 超導電力技術

將超導電力技術應用于智能電網建設過程中，一方面能夠促進電力系統暫態穩定性的改善，另一方面能夠顯著提升電力系統對小干擾因素的穩定性水平。

首先，從前者來講，智能電網自身特性基本可確保大電網運行的穩定與安全性，但在未來發展期間，智能電網能量流動會呈現出雙向性的特征，為最大限度控制電力系統所承受的擾動與影響，就需要對新型技術與設備展開研究，以更好的推動電網發展。在此過程中，大型超導裝置反應速度快，且能夠向電力系統投入無功電源或者有功電網，促進系統有功備用率的提升，以達到應對故障的目的。在此過程中，通過有功調節與無功調節的方式，方便系統對各種干擾因素進行及時應對，提高系統可控性。與傳統意義上的大電網穩定裝置相比，超導電力系統能夠實現對過剩能量的回收，具有較快的響應速度，對智能電網暫態穩定性水平的提升意義確切。

其次，從后者來講，超導儲能系統在充電和放電方面具有較大的速度，并可為系統提供有功功率或者無功功率，在添加阻尼控制器的條件下，可實時補償線路功率，避免系統振蕩。超導技術的應用，可增強超導電纜在輸電過程中的適用性。超導電纜的優點為無污染、靈活、損耗低、傳輸大等特點，可有效緩解當前的電能傳輸問題。在超導情況下，超導電纜的阻抗較小，因此應用超導電纜技術，可使互聯系統之間具有更為緊密的電氣聯系，最終保障電網對于小干擾具有較強的穩定性。

5 結語

在智能電網建設期間，對電力設計技術的應用與研究被擺在非常關鍵的位置上，電力設計技術的應用質量效果在很大程度上對智能電網建設情況以及運行效率產生影響。電力行業必須加大對此項技術的研究與投入力度，以更好的推動智能電網發展速度的加快與發展質量的提升。

在這一背景下，本文對智能電網中的電力設計技術展開分析與探討，首先研究智能電網的基本含義，并給出智能電網的幾大關鍵特點。在此基礎之上，從柔性交流輸電技術、高速通信技術以及超導電力技術這三個方面入手，對電力設計技術在智能電網建設中的應用問題進行分析與探討，希望能夠通過相關分析進一步提高電力設計技術在智能電網建設過程中的應用質量與水平，值得引起業內人士的參考與關注。