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淺析智能電網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

東北大學(xué)秦皇島分校張智廷

【摘要】智能電網(wǎng)是當(dāng)前國(guó)際電力行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，它在一定程度上決定著未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向，關(guān)系到整個(gè)能源的轉(zhuǎn)換以及輸送。本文主要講述了智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了相應(yīng)的研究。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

伴隨市場(chǎng)改革的深化，智能電網(wǎng)成為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的必經(jīng)之路。

1　智能電網(wǎng)含義及其功能特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)(我國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ))，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。它能夠提高能源的利用效率，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染，提升供電安全與可靠性，減少電能損耗等。智能電網(wǎng)系統(tǒng)的智能性體現(xiàn)在量測(cè)、傳感技術(shù)帶來(lái)的可觀測(cè)性；對(duì)觀測(cè)狀態(tài)進(jìn)行控制的可控制性；此外還有嵌入式的自主處理技術(shù)；還能實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)和自愈。智能電網(wǎng)技術(shù)具有交互、協(xié)調(diào)、優(yōu)質(zhì)、高效、自愈、安全、兼容以及集成的特點(diǎn)。

2　智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)重點(diǎn)在配電和用電側(cè)，推動(dòng)可再生能源發(fā)展，注重商業(yè)模式的創(chuàng)新和用戶服務(wù)的提升。英法德等國(guó)家著重發(fā)展泛歐洲電網(wǎng)互聯(lián)，意大利著重發(fā)展智能電表及互動(dòng)化的配電網(wǎng)，而丹麥則著重發(fā)展風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)。日本側(cè)重儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能電表等設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)用、維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)研究。而中國(guó)的智能電網(wǎng)主要包括發(fā)電、線路、變電、配電、用戶、調(diào)度等環(huán)節(jié)，是將電力流、信息流、業(yè)務(wù)流融為一體的完整體系。

2.1智能調(diào)度

在智能電網(wǎng)的構(gòu)建和發(fā)展的過(guò)程中，構(gòu)建智能調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)是十分關(guān)鍵的，該系統(tǒng)目前是從電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中延伸出來(lái)的，該系統(tǒng)以調(diào)度技術(shù)為核心，主要是為了共同提升中心控制系統(tǒng)對(duì)全部電網(wǎng)的有效控制能力，同時(shí)還能夠整合、分配電網(wǎng)資源；為實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)范的管理、調(diào)度電網(wǎng)系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2發(fā)電與蓄能

電能的產(chǎn)生依賴于對(duì)各種能源的利用與生產(chǎn)，在將各種能源轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，對(duì)外界環(huán)境造成的危害也是不可小覷的，但是也正是由于這個(gè)環(huán)節(jié)隱藏較大的節(jié)能空間，這也成為將多樣式的電能與智能電網(wǎng)連接到一起的一個(gè)重要原因。分布式能源包括發(fā)電以及儲(chǔ)能兩個(gè)部分，分布式的發(fā)電通常需要依賴潮汐能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等的發(fā)電技術(shù)；相應(yīng)的需要機(jī)械裝置、蓄電池以及超導(dǎo)材料等的儲(chǔ)能裝置。

2.3電力電子技術(shù)

伴隨電力系統(tǒng)的不斷深入發(fā)展，需要更高的技術(shù)來(lái)支撐電網(wǎng)的運(yùn)行，而電子技術(shù)則能夠適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的技術(shù)需求。電力電子是電力領(lǐng)域新型的電子技術(shù)，它主要通過(guò)運(yùn)用電力電子原件對(duì)電能進(jìn)行有效的控制以及轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能的不斷優(yōu)化。

2.4特高壓輸電

通常1000千伏及以上交流或±800千伏直流輸電稱為特高壓輸電；它具有輸電距離遠(yuǎn)、占地少、容量大、損耗低等特點(diǎn)。我國(guó)目前已建成連接大型能源基地與主要負(fù)荷中心的“三橫三縱”特高壓骨干網(wǎng)架和13回長(zhǎng)距離支流輸電工程，初步建成世界一流的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，據(jù)相關(guān)規(guī)劃，截至“十三五”末，中國(guó)的特高壓建設(shè)線路長(zhǎng)度和變電(換流)容量分別達(dá)到8.9萬(wàn)公里、7.8億千伏安(千瓦)。高強(qiáng)度、大規(guī)模電網(wǎng)建設(shè)將貫穿整個(gè)“十三五”。而到2020年，國(guó)家電網(wǎng)將完成“五縱五橫一環(huán)網(wǎng)”特高壓交流，以及27回特高壓直流的建設(shè)。

3　智能電網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵

3.1智能計(jì)量體系以及需求側(cè)管理

電網(wǎng)智能化必須要精確得知各種用戶的用電規(guī)律，實(shí)施電價(jià)動(dòng)態(tài)管理，引導(dǎo)用戶合理用電。讓用戶參與供需互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大范圍地削峰填谷、減少系統(tǒng)備用容量，保證電力平滑輸出和系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，以平衡需求與供給之間的關(guān)系。智能計(jì)量系統(tǒng)是由智能電表和通訊系統(tǒng)組成的，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)分時(shí)電價(jià)、遠(yuǎn)程控制和用戶側(cè)的管理等準(zhǔn)確、迅速的系統(tǒng)響應(yīng)。同時(shí)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)用戶開展分布式電源、新能源的開發(fā)利用，支持用戶余電上網(wǎng)，從用戶側(cè)解決能源供給問(wèn)題

3.2智能線路

在基礎(chǔ)設(shè)施方面，HVDC、特高壓、高溫超導(dǎo)以及FACTS等技術(shù)將會(huì)投入使用，從而能讓電路獲取較高的輸電電容，提升電能質(zhì)量。在遠(yuǎn)程監(jiān)控以及智能檢修方面，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)電流、電壓、絕緣、桿塔應(yīng)力、污閃、功率等，并利用相關(guān)信息實(shí)施搶修，進(jìn)行故障排除，自動(dòng)融冰等簡(jiǎn)單操作。

3.3開放、集成而標(biāo)準(zhǔn)的通訊系統(tǒng)

智能電網(wǎng)系統(tǒng)必須要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，一方面要識(shí)別出故障的早期征兆而且要對(duì)此做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的擾動(dòng)及時(shí)作出相應(yīng)處置；另一方面還需要整合集成資產(chǎn)管理以及電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行平臺(tái)，為電網(wǎng)的建設(shè)，運(yùn)行管理以及規(guī)劃提供全面的信息服務(wù)，這也對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、開放、集成的通訊系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)的安全性提出了更高的要求。

3.4智能調(diào)度及防護(hù)系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)調(diào)度智能化是對(duì)當(dāng)前調(diào)度控制中心的擴(kuò)展。要對(duì)新能源、分布式能源、微網(wǎng)、儲(chǔ)能等并網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)和需求側(cè)響應(yīng)模型深入研究，并結(jié)合科技信息技術(shù)的進(jìn)步，建立起先進(jìn)、安全、可靠的智能調(diào)度體系，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和運(yùn)行效率；建立起一個(gè)基于緊急控制一體化以及廣域信息同步化的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，并且協(xié)同電力系統(tǒng)保護(hù)和控制、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、恢復(fù)控制系統(tǒng)等的綜合防御體系，通過(guò)在線決策、指揮，防治災(zāi)變，實(shí)現(xiàn)更好的預(yù)防大面積連鎖性的故障。

4　智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向

4.1快速仿真的決策技術(shù)

快速仿真系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)是包括自愈系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及優(yōu)化后的高級(jí)軟件系統(tǒng)，它為智能電網(wǎng)提供預(yù)測(cè)能力以及數(shù)字支持，能為調(diào)度員在緊急狀況下提供決策支持，從而改善電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性以及運(yùn)行的效率?；贏gent的仿真決策為未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展指明方向。

4.2基于MAS的分布協(xié)調(diào)

多Agent系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分布式、大規(guī)模以及適應(yīng)性強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)以及互操作，能最大限度保護(hù)用戶的資源。當(dāng)前MAS具有廣闊發(fā)展空間，將成為智能電網(wǎng)的研究重點(diǎn)。

4.3知識(shí)性綜合決策支持

未來(lái)智能電網(wǎng)系統(tǒng)將面臨更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)并且復(fù)雜程度會(huì)呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，屆時(shí)信息之間的關(guān)聯(lián)也會(huì)很密切，而如何從大量的信息中獲取、分享、管理、發(fā)布和利用知識(shí)資源，消除信息孤島以及知識(shí)孤島，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)寬領(lǐng)域、多層次的知識(shí)資源共享型的智能電網(wǎng)知識(shí)管理系統(tǒng)，這是我們面臨的一個(gè)巨大問(wèn)題；我們只有通過(guò)電力流、知識(shí)流以及業(yè)務(wù)流、信息流之間的融合，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制，才能更好解決面臨的問(wèn)題。

4.4分布式能源系統(tǒng)集成

分布式的能源主要包括：分布式發(fā)電；該項(xiàng)技術(shù)主要包含燃料電池技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、海洋能發(fā)電技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)、燃料電池技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)等。由于分布式發(fā)電分布自主而且不確定，很難集中控制，因而MAS技術(shù)成為解決該問(wèn)題的最佳途徑。分布式儲(chǔ)能；分布式儲(chǔ)能裝置主要包含超導(dǎo)儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能以及飛輪儲(chǔ)能等裝置。以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)富余電能與釋放電能供電的調(diào)控，將大量的、不可控的清潔能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可靠、可控能源，最大限度消納清潔能源；智能電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下的自愈，而且還能向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力。

5　結(jié)束語(yǔ)

伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的轉(zhuǎn)型，電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，不斷提升；智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，有助于促進(jìn)清潔能源的開發(fā)利用，減少溫室氣體排放，推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展；有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的互補(bǔ)，確保能源供應(yīng)的安全穩(wěn)定。在實(shí)踐中，必須不斷擴(kuò)大智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域并且提高應(yīng)用層次及水平，進(jìn)而提升電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。

參考文獻(xiàn)

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張智廷（1996—），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，現(xiàn)就讀于東北大學(xué)秦皇島分校。

作者簡(jiǎn)介：