南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)的實(shí)踐與思考

/南方電網(wǎng)科研院智能電網(wǎng)研究所 董旭柱/

一、南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)發(fā)展思路

南方電網(wǎng)遠(yuǎn)距離、大容量、超高壓輸電，交直流混合運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、聯(lián)系最緊密、科技含量最高的電網(wǎng)。而保障交直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少大面積停電發(fā)生是南方電網(wǎng)中長(zhǎng)期所面臨的主要挑戰(zhàn)，也是建設(shè)3C綠色電網(wǎng)的總體目標(biāo)之一。隨著南網(wǎng)區(qū)域負(fù)荷中心，珠三角地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨緊密，短路電流水平迅速增大將嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。如何有效限制短路電流是電網(wǎng)運(yùn)行所亟需解決的問題。而且，近年來，南方電網(wǎng)區(qū)域新能源發(fā)展迅速，解決新能源并網(wǎng)與消納，推動(dòng)新能源發(fā)展，促進(jìn)節(jié)能減排亦是南方電網(wǎng)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

建設(shè)清潔、高效、安全、可靠的智能電網(wǎng)已成為南方電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展之路的必然選擇。智能電網(wǎng)是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)升級(jí)改造傳統(tǒng)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展向更加智能、高效、可靠、綠色方向轉(zhuǎn)變。打造一個(gè)智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)，是南方電網(wǎng)發(fā)展的總體目標(biāo)，即3C綠色電網(wǎng)。其中，智能旨在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、全局化、實(shí)時(shí)化、共享化、感知化、智能化，開展電網(wǎng)全方位、全過程、全要素的監(jiān)測(cè)、診斷，完善電網(wǎng)精當(dāng)決策、精準(zhǔn)控制、精細(xì)管理，支撐電網(wǎng)的高效、可靠運(yùn)行，支撐綠色電網(wǎng)的發(fā)展。高效旨在推進(jìn)制度創(chuàng)新，以管理創(chuàng)新和流程再造，建設(shè)管理與信息化深度融合的新型管理模式，提高電網(wǎng)精益化管理水平；提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率；全面提升大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置的能力?？煽恐荚谝灾贫扰c技術(shù)創(chuàng)新，保障電力設(shè)備的可靠運(yùn)行，提高大電網(wǎng)的綜合應(yīng)急能力，為社會(huì)提供安全可靠、質(zhì)量合格的電能。綠色旨在提高電網(wǎng)承載可再生能源發(fā)電的能力，推廣節(jié)能發(fā)電調(diào)度，降低輸配電網(wǎng)損，激勵(lì)合理用電、節(jié)約用電、高效用電，支撐電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)總體目標(biāo)是“四提高、一促進(jìn)”：即提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；提高系統(tǒng)和資產(chǎn)利用效率；提高用戶側(cè)的能效管理和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平；提高資源優(yōu)化配置和高效利用能力；促進(jìn)資源集約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展。3C綠色電網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)是建設(shè)面向客戶的友好、靈活、互動(dòng)的配用電。

二、南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)技術(shù)研究

南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)發(fā)展主線是以3C綠色技術(shù)升級(jí)改造電網(wǎng)為發(fā)展主線，在新能源、柔性直流輸電、智能變電站、配電、分布式電源接入、微電網(wǎng)、用電機(jī)信息通信領(lǐng)域開展技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)“以科研促進(jìn)示范，以示范促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用”。

南方電網(wǎng)公司目前已完成公司智能電網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)：“南方電網(wǎng)發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略與規(guī)劃研究”和“南方電網(wǎng)綠色電網(wǎng)建設(shè)研究”，并在5個(gè)領(lǐng)域（發(fā)電、輸電、配電、用電、信息通信）的17個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，通過57個(gè)試點(diǎn)示范工程展開了一系列的研究與試點(diǎn)工作，主編或參編了多項(xiàng)與智能電網(wǎng)相關(guān)的國(guó)標(biāo)和行標(biāo)。南方電網(wǎng)發(fā)展智能電網(wǎng)的研究領(lǐng)域和方向如下表所示。

表 南方電網(wǎng)發(fā)展智能電網(wǎng)的研究領(lǐng)域和方向

（一）新能源并網(wǎng)技術(shù)

新能源電源規(guī)劃：建立光伏/風(fēng)電新能源仿真模型庫；研究大規(guī)模和分布式新能源并網(wǎng)影響；分布式功能/光儲(chǔ)一體化/冷熱電聯(lián)供研究及示范工程。新能源發(fā)電預(yù)測(cè)：開展新能源功率短期和超短期預(yù)測(cè)；建設(shè)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)調(diào)度主站建設(shè)；編寫了多個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。海上風(fēng)電：建立廣東首個(gè)海上風(fēng)電——桂山海上風(fēng)電項(xiàng)目，總投資42億，總裝機(jī)容量19.8萬kW。

（二）微電網(wǎng)技術(shù)

微電網(wǎng)控制：提出了微電網(wǎng)能量控制策略能量并研發(fā)了能量管理系統(tǒng)；研制了微電網(wǎng)能量中央控制器；研究提出微網(wǎng)離/并網(wǎng)運(yùn)行控制策略及相應(yīng)的軟件。微電網(wǎng)系統(tǒng)集成：提出了西沙風(fēng)光柴氫儲(chǔ)多種能源類型的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制方案；在珠海東澳島建成國(guó)內(nèi)首個(gè)10kV離網(wǎng)型海島微電網(wǎng)；承擔(dān)國(guó)家863項(xiàng)目“基于分布式電源的微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”。并網(wǎng)點(diǎn)控制與檢測(cè)：對(duì)風(fēng)電、光伏接入開展了低電壓穿越等檢測(cè)研究。儲(chǔ)能：建立了深圳寶清4MW/16MWh電池儲(chǔ)能站；開展了分布式儲(chǔ)能的研究與應(yīng)用。

南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)總體目標(biāo)是“四提高、一促進(jìn)”。3C綠色電網(wǎng)發(fā)展重點(diǎn)是建設(shè)面向客戶的友好、靈活、互動(dòng)的配用電。

（三）變電站智能化技術(shù)

變電站智能裝備：南方電網(wǎng)五省區(qū)共建成42座110kV及以上智能化（數(shù)字化）變電站；編制南方電網(wǎng)3C輸變電裝備技術(shù)導(dǎo)則。變電站運(yùn)維管理：研發(fā)了變電站駕駛艙技術(shù)，在110kV尖峰站和紅星巡檢中心分別試點(diǎn)建設(shè)了變電站級(jí)和巡維中心級(jí)的變電站駕駛艙，以及變電站駕駛艙設(shè)備檢測(cè)平臺(tái)。一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)：搭建了一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（OS2）技術(shù)體系，并完成相應(yīng)的試點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)。

（四）配電智能化技術(shù)

配電網(wǎng)規(guī)劃：綜合能源利用技術(shù)，分布式能源選址定容，綜合規(guī)劃；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)格化規(guī)劃，多種接線模式；規(guī)劃總體評(píng)估，新能源利用，電動(dòng)汽車，供電可靠性。配電網(wǎng)運(yùn)行控制：在39個(gè)城市開展了配電自動(dòng)化建設(shè)；編制標(biāo)準(zhǔn)《配電自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》和《配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)導(dǎo)則》；配電自動(dòng)化建設(shè)原則是“簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”；配電自動(dòng)化發(fā)展原則是以提高供電可靠性、改善供電質(zhì)量、提升運(yùn)行管理水平為目的，綜合考慮地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及一次設(shè)備裝備水平、配電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)維管理體制，并進(jìn)行綜合投資效益分析，合理選擇配電自動(dòng)化建設(shè)模式，分階段、分步驟實(shí)施；配電自動(dòng)化建設(shè)模式為運(yùn)行監(jiān)測(cè)型、集中控制型和就地控制型。配電網(wǎng)生產(chǎn)管理方面：減少停電和快速復(fù)電的技術(shù)研究及應(yīng)用（DMS）營(yíng)配信息集成系統(tǒng)應(yīng)用，帶電作業(yè)，快速復(fù)電等；資產(chǎn)管理，建全配網(wǎng)臺(tái)賬、故障及缺陷數(shù)據(jù)庫，開展資產(chǎn)全生命周期管理。配網(wǎng)設(shè)備檢測(cè)方面：建立智能配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。

資產(chǎn)全生命周期管理

（五）智能用電技術(shù)

智能電表與終端：舊式機(jī)械表的比例已逐步下降到20%以下，終端在線率達(dá)到90%以上；智能一體化計(jì)量終端、防竊電終端、電能計(jì)量裝置安全模塊等新技術(shù)研究。高級(jí)量測(cè)體系：計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)；十三個(gè)地市開展了首批試點(diǎn)營(yíng)配信息集成平臺(tái)。費(fèi)控電能表、終端、計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站等標(biāo)準(zhǔn)。電力需求側(cè)管理：建立網(wǎng)級(jí)電力需求側(cè)管理平臺(tái)；承擔(dān)863項(xiàng)目“靈活互動(dòng)的智能用電關(guān)鍵技術(shù)研究”；成功申請(qǐng)IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《Guide for the Benefit Evaluation Grid Customer Demand Response》，實(shí)現(xiàn)“零”的突破。電動(dòng)汽車：完成電動(dòng)汽車與電網(wǎng)友好互動(dòng)、大規(guī)模電動(dòng)汽車接入對(duì)電網(wǎng)的影響等課題；在14座城市共建設(shè)充換電站17座，開展電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)模式研究；提出了電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（六）信息通信技術(shù)應(yīng)用

信息化集成應(yīng)用：云計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算的信息平臺(tái)集成；數(shù)據(jù)處理技術(shù)，大數(shù)據(jù)融合、挖掘、分析；信息集成技術(shù)，統(tǒng)一知識(shí)管理平臺(tái)；移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)，移動(dòng)終端即時(shí)通信，虛擬成像、語音人際交互移動(dòng)終端。電力通信技術(shù)應(yīng)用：光纖網(wǎng)絡(luò)通信，基于IP網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)；寬帶電力線通信，電力載波通信技術(shù)；電力無線專網(wǎng)通信，TD-LTE，試點(diǎn)基站10個(gè)以上；短距離、微功率通信、推進(jìn)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)制定與管理；數(shù)據(jù)總線通信，CAN、Modbus、DericeNet對(duì)比選擇。信息安全技術(shù)應(yīng)用：開展分區(qū)分級(jí)安全防護(hù)、互聯(lián)網(wǎng)出口統(tǒng)一、邊界安全防護(hù)；建立企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全隔離體系；建設(shè)一體化運(yùn)維綜合監(jiān)管系統(tǒng)；系統(tǒng)運(yùn)維的“三化”。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用：軟件測(cè)試，“6+1”業(yè)務(wù)系統(tǒng)；硬件測(cè)試，對(duì)交換機(jī)等通信設(shè)備開展測(cè)試；信息安全等級(jí)保護(hù)測(cè)評(píng)，第五實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)可資質(zhì)；開展一體化信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

三、智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)綜合示范

南方電網(wǎng)以廣州中新知識(shí)城、珠海橫琴新區(qū)、深圳前海新區(qū)、廣州南沙新區(qū)等作為城鎮(zhèn)智能電網(wǎng)綜合示范區(qū)，開展了大量工作。

（一）深圳前海新區(qū)

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為2線合環(huán)+聯(lián)絡(luò)模式。采用中壓線路，選用阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣三芯電纜；主干環(huán)路采用3×300mm2截面電纜；采用綜合管溝、電力隧道、電纜溝或電纜排管敷設(shè)方式；20kV合環(huán)接線單元長(zhǎng)度不超過6km；繼電保護(hù)為縱差保護(hù)，采用光纖通道；斷路器額定電壓為24kV，額定電流為630A、1250A。

（二）珠海橫琴新區(qū)

珠海橫琴智能電網(wǎng)通過輸、變、配環(huán)節(jié)元件的在線監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行高度融合，并在運(yùn)維中心平臺(tái)上進(jìn)行智能全景展示，最后在融合不同信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了跨平臺(tái)的業(yè)務(wù)協(xié)同探索，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的智能運(yùn)行、維護(hù)和決策。

新能源領(lǐng)域：發(fā)展風(fēng)電、抽水蓄能的發(fā)電模式；發(fā)展建筑光伏發(fā)電，并接入電網(wǎng)；發(fā)展儲(chǔ)能及并網(wǎng)技術(shù)。

智能配電領(lǐng)域：采用20kV電壓等級(jí)用于配電；建立電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)；建設(shè)分布式能源的柔性接入；積極建設(shè)電動(dòng)汽車充電設(shè)施。

智能用電領(lǐng)域：引入智能用電終端，建立互動(dòng)用電機(jī)制。

信息領(lǐng)域：高度融合輸、變、配環(huán)節(jié)的在線監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全景展示，探索跨平臺(tái)的業(yè)務(wù)協(xié)同。

（三）廣州中新知識(shí)城

三表合一：提前部署“三表”（電、水、煤氣）合一。

光纖入戶建設(shè)：由供電部門運(yùn)營(yíng)住宅小區(qū)內(nèi)的光纜通信業(yè)務(wù)，推進(jìn)“四網(wǎng)融合”。

充電樁建設(shè)：規(guī)劃新批的居民小區(qū)和寫字樓等民用建筑，按車位1:1預(yù)留充電樁位置。

綜合能源運(yùn)營(yíng)實(shí)體：成立有知識(shí)城管委會(huì)、廣州供電局、南方電網(wǎng)綜合能源公司等共同投資組建綜合能源聯(lián)合運(yùn)營(yíng)實(shí)體。

（四）海南智能島

基于海南打造世界一流國(guó)際旅游島的國(guó)家戰(zhàn)略需求，結(jié)合海南電網(wǎng)實(shí)際，建立智能高效可靠的省級(jí)智能綠色電網(wǎng)集成示范。

海南島綜合示范項(xiàng)目的七大技術(shù)集成與示范特征為：消納大規(guī)模間歇式能源的智能調(diào)度與控制技術(shù)；電動(dòng)汽車充換電設(shè)施與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行技術(shù)；面向防災(zāi)減災(zāi)的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急技術(shù)；大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制技術(shù)；智能配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)；高密度多點(diǎn)分布式功能系統(tǒng)技術(shù)；靈活互動(dòng)智能用電技術(shù)。

（五）桂山風(fēng)電場(chǎng)和萬山群島微網(wǎng)（珠海）

萬山群島智能微電網(wǎng)示范項(xiàng)目總投資約3.86億元，在桂山島、東澳島和大萬山島建設(shè)分布式微電源和智能微電網(wǎng)，主要建設(shè)桂山海上風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、柴油機(jī)發(fā)電及電池儲(chǔ)能等微電源，裝機(jī)總?cè)萘?9MW；以及220kV海島聯(lián)網(wǎng)工程（升壓站和吉大站）、35kV降壓站、10kV開關(guān)站、10kV線路及配網(wǎng)等微電網(wǎng)工程。按照規(guī)劃，該項(xiàng)目應(yīng)于2013年12月完成，2014年實(shí)現(xiàn)與大陸聯(lián)網(wǎng)；示范工程涵蓋海上風(fēng)電、太陽能光伏、儲(chǔ)能等多種可再生能源，為解決海島供電問題和發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)提供了借鑒。3個(gè)示范工程目前已經(jīng)調(diào)試完成1個(gè)（東澳島）。

東澳島微電網(wǎng)一期工程包括：2臺(tái)1000kW柴油發(fā)電機(jī)組、4臺(tái)750風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、500儲(chǔ)能雙向逆變器和3組2000Ah儲(chǔ)能電池。

東澳島微網(wǎng)一體化智能系統(tǒng)的功能主要包括：微網(wǎng)穩(wěn)定控制（MGCC），即微網(wǎng)中央控制器功能；微網(wǎng)能量管理（MEMS）即分布式電源運(yùn)行約束條件設(shè)定、能量平衡控制、電壓無功控制、黑啟動(dòng)控制、微電網(wǎng)主電源切換控制、微電網(wǎng)運(yùn)行模式管理、多類型電源互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制。

東澳島微電網(wǎng)數(shù)字仿真：搭建了基于RTDS的東澳島簡(jiǎn)化網(wǎng)架智能微電網(wǎng)模擬環(huán)境，驗(yàn)證對(duì)東澳島智能微電網(wǎng)中央控制器的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。基于簡(jiǎn)化網(wǎng)架系統(tǒng)，初步驗(yàn)證了微電網(wǎng)核心控制系統(tǒng)功能及性能，對(duì)工程建設(shè)和實(shí)際參數(shù)校驗(yàn)具有重要意義。

結(jié)合工程調(diào)試校驗(yàn)微源模型、控制策略、保護(hù)定值等。初步掌握了微電網(wǎng)控制策略設(shè)計(jì)、仿真分析和工程調(diào)試的能力。

四、結(jié)束語

3C綠色電網(wǎng)是電網(wǎng)智能化的發(fā)展方向；智能電網(wǎng)的建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜和艱巨的系統(tǒng)工作，在新技術(shù)研究和應(yīng)用的同時(shí)，應(yīng)該重視已有技術(shù)的再集成創(chuàng)新，和適用性技術(shù)的應(yīng)用，基于電網(wǎng)實(shí)際和用戶需求，提高供電可靠性、提升供電質(zhì)量、提高客戶滿意度。

南方電網(wǎng)公司進(jìn)一步聚焦研究方向，推進(jìn)技術(shù)落地，掌握核心技術(shù)，根據(jù)“以科研促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)示范，以示范推進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展”的要求，更好支撐南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)的發(fā)展。