淺談智能電網(wǎng)技術(shù)應用

智能電網(wǎng)是在物理電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，與包含光纖通信和3G網(wǎng)絡(luò)通信的現(xiàn)代通信技術(shù)、傳感測量技術(shù)、調(diào)度自動化控制技術(shù)、分布式電源接入技術(shù)以及電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)集成在一起形成新型的現(xiàn)代智能電網(wǎng)，使其在用電需求日益嚴峻的情況下，能夠安全穩(wěn)定地運行。

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)生活、科學研究等等各方面用電需求越來越多，作為國家經(jīng)濟命脈的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公共事業(yè)，現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展面臨著日益嚴峻的挑戰(zhàn)和改革優(yōu)化的機遇。它不僅要面對大范圍用電實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高電網(wǎng)全天候運行的能力，以適應電力體制的改革，而且在隨著科學技術(shù)的發(fā)展，要把發(fā)電、輸配電、供電以及用電服務等整個流程實現(xiàn)信息化、數(shù)字化。智能化電網(wǎng)作為“電網(wǎng)2.0”，不僅能夠全天候運行，為各個行業(yè)提供所需電能，而且逐步向信息化、數(shù)字化的主流方向發(fā)展，來應對未來千變?nèi)f化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為人們正常生產(chǎn)生活用電提供保障。

智能電網(wǎng)以集成的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)和物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代信息通信技術(shù)，傳感測量技術(shù)、自動化控制技術(shù)、分析決策技術(shù)、能源電力技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟高效、環(huán)境友好等目標，從而使現(xiàn)代電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、智能化。

智能電網(wǎng)具有各種能力來滿足現(xiàn)代人們生產(chǎn)生活對電力的需求。由眾多自動化的輸電和配電組成的智能電網(wǎng)可以在自然災害和極端氣候條件下，亦或是在人為破壞或電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生打擾動和故障的時候，仍然安全穩(wěn)定地運行；同時智能電網(wǎng)能夠?qū)崟r連續(xù)地對電網(wǎng)狀態(tài)進行安全評估和分析，對電網(wǎng)故障具有預警和預防的控制能力，通過對故障診斷，能夠?qū)崿F(xiàn)隔離故障或者恢復故障的自愈能力；智能電網(wǎng)還適應分布式發(fā)電、微電網(wǎng)以及各種能源的接入，并對其提供完善的智能側(cè)管理功能；智能電網(wǎng)有良好的用戶接口，便于優(yōu)化電力系統(tǒng)設(shè)計；同時智能電網(wǎng)采用統(tǒng)一平臺，通過智能化的通信構(gòu)架，實時地將電網(wǎng)信息的集成與共享，對電網(wǎng)進行標準規(guī)范的管理，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務。

不同于現(xiàn)代電網(wǎng)，智能電網(wǎng)將電力流、信息流以及業(yè)務流高度融合在一起，將通信技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化控制技術(shù)與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有機結(jié)合在一起，在堅強的電網(wǎng)基礎(chǔ)體系和技術(shù)支撐體系下，能夠抵御各種外來干擾和攻擊，自動隔離電網(wǎng)故障、自動修復電網(wǎng)問題，并能為各種小型分布式電源提供穩(wěn)定接口，并為其提供分布式管理功能，同時智能電網(wǎng)實現(xiàn)了雙向互動的服務模式，為用戶提供了詳細的用電信息，讓用戶放心用電、安全用電。

智能電網(wǎng)技術(shù)涵蓋整個電網(wǎng)環(huán)境，主要包含了現(xiàn)代通信技術(shù)，傳感測量技術(shù)，調(diào)度自動化控制技術(shù)，電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)以及分布式電源接入技術(shù)。

智能電網(wǎng)通過高度集成的高速雙向的通信系統(tǒng)，傳遞電網(wǎng)基本數(shù)據(jù)和控制信號。智能電網(wǎng)通過互聯(lián)網(wǎng)、光纖、3G等通信手段，將通信網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)一起安裝到戶，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)或用戶的數(shù)據(jù)實時、動態(tài)地傳輸給電網(wǎng)控制中心，從而實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間能夠?qū)崟r互相相應，從而提高電網(wǎng)供電的可靠性，滿足電網(wǎng)需求，提高電網(wǎng)利用率。

現(xiàn)代通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于智能電網(wǎng)中，一般地可以分為有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。有線通信包含了電力線載波通信或者光纖通信，電力線載波通信是電網(wǎng)中特有的通信方式，它是直接利用輸電線為傳送媒介來進行信號傳輸，從而使得電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)投資少，見效快，曾是傳統(tǒng)電網(wǎng)中電力通信的主要方式。但是該方式也存在較明顯的缺點，由于受電力線強力磁場的影響，干擾信號明顯，嚴重影響了信號的正確讀取，加上我國限制其通信頻率，使得其通道容量小，音頻范圍窄，已經(jīng)逐步淡出現(xiàn)代智能電網(wǎng)。現(xiàn)代光纖技術(shù)的發(fā)展，使得光纖線路具有傳輸頻帶寬、通信容量大，損耗低、中繼距離長，絕緣度高、抗電磁干擾性能強等有點，被大量使用在電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中。

智能電網(wǎng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的無線通信包含了衛(wèi)星通信、微波/超短波通信，短波通信，3G通信等，電網(wǎng)通信系統(tǒng)搭建過程中，可以根據(jù)不同的地理和周邊環(huán)境，選擇不同的通信方式來滿足智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求。衛(wèi)星通信主要是將通信衛(wèi)星作為地球上無線通信的中繼站，適合智能電網(wǎng)大范圍通信，微波通信和短波通信是針對不同的通信距離的通信手段。微波通信是直線通信，要求通信兩點之間無障礙，可以作為郊外遠距離通信的輔助手段。短波通信適合長距離通信，通過云層電離層反射來進行遠距離通信。3G通信技術(shù)是指第三段移動通信技術(shù)，它可靠性高，覆蓋面積廣，傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)帶寬高，在智能電網(wǎng)的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中能發(fā)揮不可替代的作用。

3G技術(shù)的安全可靠性，能夠使智能電網(wǎng)防御網(wǎng)絡(luò)攻擊，提高信息安全；高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，滿足智能電網(wǎng)傳輸大數(shù)據(jù)量的要求，安全可靠的數(shù)據(jù)交互性能智能電網(wǎng)開放性地兼容各種設(shè)備提供了可靠的通信機制，為智能電網(wǎng)智能控制、電網(wǎng)自愈、負荷調(diào)度、電力設(shè)備搶修以及智能需求側(cè)管理提供準確可靠實時的數(shù)據(jù)信息。

Zigbee技術(shù)是一種距離短，功耗低的無線組網(wǎng)通信技術(shù)，它由電池供電設(shè)備提供無線通信功能，是一種面向自動化和無線控制的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。Zigbee通信技術(shù)主要應用于電力用戶側(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的短距無線通信，自身體積小、成本低、可靠性高、適應環(huán)境能力強，極大地提高了電力用戶側(cè)的安全性和便利性。

將智能電網(wǎng)的設(shè)備IP化是智能電網(wǎng)的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的又一個里程碑?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6的發(fā)展，極大地彌補了IPv4造成的地址空間不足的問題。由于IPv6可以提供一個幾乎無限大的地址空間，從而可以為每一個智能電網(wǎng)的設(shè)備配備一個IPv6的地址，使得從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等整個過程參與的設(shè)備都變成通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理系統(tǒng)，對其進行統(tǒng)一管理，進一步實現(xiàn)智能電網(wǎng)控制自動化。

傳感測量技術(shù)是智能電網(wǎng)技術(shù)在基礎(chǔ)部分，它主要是使用各種傳感器來獲取電網(wǎng)的技術(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，通過高通通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸給電網(wǎng)使用。無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）被大量部署在用戶家中，與遠端主站設(shè)備進行通信，實現(xiàn)電能檢測、用戶用電信息精確實時顯示的功能。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于傳感測量技術(shù)和無線通信技術(shù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)，一般由傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊組成的傳感單元、嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理單元、通信單元和電源部分組成，每個無線傳感節(jié)點作為路由通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)進行通信，以多跳方式接至智能交互終端，而后將數(shù)據(jù)傳送至集中器，最后通過寬帶接入網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至遠端主站設(shè)備進行相應處理。

電力用戶側(cè)的智能電網(wǎng)使用基于微處理器的智能固態(tài)表計來完成用戶與電力公司之間的雙向通信，除了記錄用戶每日的電量使用以及電費消費外，還能向用戶顯示電力公司通達的不同時段的用電價格、電費費率以及當前實施的費率政策。用戶可以通過智能表計，根據(jù)電力公司制定的費率政策來設(shè)定不同時段用電消耗，自動控制用戶的電力使用策略。

通過傳感測量技術(shù)，電力公司的系統(tǒng)運行和規(guī)劃人員還可以實時獲取電網(wǎng)的功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系等電力數(shù)據(jù)以及設(shè)備健康狀態(tài)、故障診斷、關(guān)鍵元器件溫度等設(shè)備數(shù)據(jù)，進而根據(jù)當前電網(wǎng)狀態(tài)對電網(wǎng)進行相關(guān)配置。

自動化控制技術(shù)是智能電網(wǎng)進行自我調(diào)整的相關(guān)技術(shù)，以計算機為核心，以傳感測量技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對收集數(shù)據(jù)的分析和診斷，從確定性和概率性的角度，提供相應的解決方案，然后通過雙向高通的通信網(wǎng)絡(luò)，來對電網(wǎng)主要設(shè)備或子網(wǎng)發(fā)送控制命令，使其根據(jù)控制命令進行自行調(diào)整。

自動化控制技術(shù)在智能電網(wǎng)中應用主要體現(xiàn)在調(diào)度自動化控制方面。智能電網(wǎng)的數(shù)字化變電站，使用不同以往的對象模型來實現(xiàn)調(diào)度自動化，它使用的模型主要包括服務器模型，邏輯設(shè)備模型，邏輯節(jié)點模型和數(shù)據(jù)對象模，并通過統(tǒng)一的XML配置語言來定義模型來描述這些數(shù)據(jù)模型，從而量化地控制數(shù)字化變電站，使得操作更加確定化、透明化。XML配置語言采用面向?qū)ο笞悦枋龅姆椒?，通過定義多個數(shù)據(jù)類型為DOTypc，DATypc的數(shù)據(jù)對象并將其組成邏輯節(jié)點模型，而多種類型的邏輯節(jié)點組成邏輯設(shè)備，從而組成裝置模板供調(diào)度自動化控制系統(tǒng)調(diào)用。調(diào)度自動化系統(tǒng)根據(jù)裝置模板定義多個裝置實例，通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)字化變電站，而數(shù)字化變電站根據(jù)裝置模板實例中設(shè)定的各項參數(shù)進行相應調(diào)整，從而實現(xiàn)了數(shù)字化變電站的自動化控制。

自動化控制技術(shù)同時可以對分布式能源資源和需求的相應進行自動調(diào)度，對配電網(wǎng)和變電站進行自動化調(diào)整，對電網(wǎng)運行和規(guī)劃進行進一步優(yōu)化。

電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的核心，它主要包括了電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、集成顯示以及保證信息安全等功能。信息管理系統(tǒng)可以實時對電網(wǎng)數(shù)據(jù)、分布式電網(wǎng)數(shù)據(jù)、智能電子設(shè)備數(shù)據(jù)、動態(tài)共享的資源數(shù)據(jù)等進行收集，以動態(tài)了解當前電網(wǎng)的運行狀態(tài)；信息管理系統(tǒng)收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)后，通過對采集數(shù)據(jù)的處理和分析，可以獲取對整個電力縱向產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)務狀態(tài)、從國家到地區(qū)的電網(wǎng)信息以及橫向電網(wǎng)企業(yè)的各方面的信息；信息管理系統(tǒng)通過縱向產(chǎn)業(yè)鏈信息和電網(wǎng)信息集成，以及對各級電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部業(yè)務的信息集成，通過個性化可視平臺對其進行平面顯示、語音介紹、三維動畫展示；信息管理系統(tǒng)設(shè)定各利益主題的保密程度和權(quán)限，防護系統(tǒng)安全、防范網(wǎng)絡(luò)病毒和惡意攻擊，以保障整個信息系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

分布式電源接入技術(shù)是智能電網(wǎng)能夠自我判斷和自我調(diào)節(jié)，對接入的多種能源提供分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當分布式電源接入到智能電網(wǎng)中，會對電網(wǎng)配網(wǎng)規(guī)劃帶來復雜性和不確定性，增加了區(qū)域負荷增長及分布的難度，從而對系統(tǒng)規(guī)劃帶來影響，同時分布式電源頻率可能與電網(wǎng)頻率不匹配，接入后可能會引起電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，打破系統(tǒng)原有供需平衡，而分布式電源接入技術(shù)能夠是分布式電源友好地接入智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，維持電網(wǎng)原有的供需平衡，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性。

分布式電源接入技術(shù)主要包括儲能技術(shù)、微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)和虛擬發(fā)電廠技術(shù)。儲能技術(shù)是將接入智能電網(wǎng)的分布式電源提供的電能進行存儲，而后通過將存儲的能量轉(zhuǎn)換成和智能電網(wǎng)匹配的電能輸入到智能電網(wǎng)中。儲能系統(tǒng)的儲能裝置由儲能元件組成，常見的裝置有蓄電池儲能、超導儲能、超級電容儲能和飛輪儲能等，通過儲能裝置實現(xiàn)對分布式電源提供電能的存儲、釋放以及快速功率交換；能量轉(zhuǎn)換裝置主要由電力電子器件組成，主要是對儲能系統(tǒng)提供充放電控制、交直流電轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)控制以及運行參數(shù)檢測監(jiān)控等功能。

微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)主要是解決分布式電源大規(guī)模接入智能電網(wǎng)的問題，它將分布式電源、儲能系統(tǒng)的儲能裝置和能量轉(zhuǎn)換裝置以及終端用戶進行有效整合，形成一個可靈活并網(wǎng)或獨立運行的可控微網(wǎng)，并設(shè)定和大電網(wǎng)公共連接點（PCC）的唯一標準，從而實現(xiàn)分布式電源接入電網(wǎng)的可靠性，進一步提高了電力系統(tǒng)運行的靈活性、可控性和經(jīng)濟性，滿足用戶對電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性的要求。

為了有效客戶風能、太陽能等可再生資源發(fā)電的間歇性，可以利用分布式能量管理系統(tǒng)的虛擬發(fā)電廠（CPP）技術(shù)，把某個地區(qū)的分布式電源、儲能裝置和負荷組合在一起，虛擬成一個可控的獨立個體，當可再生資源提供電能變化時，可提前向電網(wǎng)提交發(fā)電計劃和符合需求，從而使的電網(wǎng)良好地接納對間歇的可再生能源。

小水電發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池等分布式電源靠近負荷中心，能夠降低用戶對原電網(wǎng)的擴展需求，提高了電網(wǎng)的供電可靠性。分布式電源接入技術(shù)允許大量的分布式電源接入到智能電網(wǎng)中，通過高級的自動化系統(tǒng)將它們無縫地集成到電網(wǎng)中協(xié)調(diào)運行，不僅節(jié)省了電網(wǎng)傳輸?shù)耐顿Y，還能提高全系統(tǒng)的可靠性和運行效率，為整個電網(wǎng)的運行帶來了巨大效益。

智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，更是實現(xiàn)“中國夢”的一項復雜而又艱巨的系統(tǒng)工程。智能電網(wǎng)技術(shù)利用各種現(xiàn)代科學技術(shù)，利用計算機對電力輸送和分配進行自動化管理，對各種分布式電源提供良好穩(wěn)定的接入口，智能電網(wǎng)正改變著我們的用電方式，為我們生產(chǎn)生活的穩(wěn)定安全用電提供了堅實的保障。