對智能電網(wǎng)涉及的關鍵技術問題的探討

1智能電網(wǎng)的概念和特點

根據(jù)國際電工委員會IEC整體定義:智能電網(wǎng)是電網(wǎng)現(xiàn)代化的表現(xiàn),它將電網(wǎng)中的電源及用戶通過電力和信息技術緊密結合到一起,也就是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡,其中的每一個用戶和節(jié)點都得到實時監(jiān)控,并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點上的電流和信息的雙向流動。智能電網(wǎng)通過廣泛的應用分布式智能和寬帶通信,以及自動控制系統(tǒng)的集成,保證市場交易的實時進行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動。

盡管各國根據(jù)自身的國情對智能電網(wǎng)建設有著不同的重點和目標,但是智能電網(wǎng)建設的驅動都是基于市場、安全、電能質量和環(huán)境因素,其特征可歸結為:自愈、兼容、交互、協(xié)調、高效、優(yōu)質、集成。

2智能電網(wǎng)的關鍵技術

2.1一流的智能電網(wǎng)需要一流的建設,一流的建設需要一流的規(guī)劃,一流的規(guī)劃需要一流的標準。建立堅強、靈活的網(wǎng)絡拓撲堅強、靈活的電網(wǎng)結構是未來智能電網(wǎng)的基礎。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡,為了緩解此現(xiàn)狀所帶來的不利影響,我國開展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點對點或點對網(wǎng)送電等工程的實施建設。例如,我國近年來先后在山西建設了750kV高壓交流輸電工程、在云南建設了±800kV云廣特高壓直流輸電工程等聯(lián)網(wǎng)工程,一定程度上解決了能源分布不平衡和電源送出的問題,然而隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成,電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與脆弱性問題越來越嚴重,對主網(wǎng)架結構的規(guī)劃設計要求也相應地提高了,2010年巴西發(fā)生的大停電事件為我們電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行敲響了警鐘。只有靈活的電網(wǎng)結構才能應對自然災害和社會災害等突發(fā)災害性事件對電網(wǎng)安全的影響。

2.2實現(xiàn)開放、標準、集成的通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡安全提出了更高的要求,智能電網(wǎng)需要具有實時監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的能力:既包括識別故障早期征兆的預測能力,也包括對已經(jīng)發(fā)生的擾動做出響應的能力,其監(jiān)測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋,為電網(wǎng)運行、綜合管理等提供外延的應用支撐,而不僅局限于對電網(wǎng)裝備的監(jiān)測。

2.3配備高級的電力電子設備

電力電子設備可以實現(xiàn)電能質量的改善與控制,為用戶提供電能質量滿足其特定需求的電力,同時它們也是能量轉換系統(tǒng)的關鍵部分,所以電力電子技術在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過程中均發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP全數(shù)字控制技術,包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開關、智能電子裝置、靜止同步補償器、有源濾波器、動態(tài)電壓恢復器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統(tǒng)裝置等。

2.4智能調度技術和廣域防護系統(tǒng)

智能調度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節(jié),調度的智能化是對現(xiàn)有調度控制中心功能的重大擴展,智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)則是智能調度研究與建設的核心,是全面提升調度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風險防御能力、科學決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場調配能力的技術基礎。

調度智能化的最終目標是建立一個基于廣域同步信息的網(wǎng)絡保護和緊急控制一體化的新理論與新技術,協(xié)調電力系統(tǒng)元件保護和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調度的核心是在線實時決策指揮,目標是災變防治,實現(xiàn)大面積連鎖故障的預防。

2.5高級讀表體系和需求的側管理

智能電網(wǎng)的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一。人網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng),可對電網(wǎng)與用戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集,并且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶,實現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用,提高電網(wǎng)運營的可靠性和能源利用效率。所以電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶的用電規(guī)律,從而對需求和供應有一個更好的平衡。

因此目前國外推動智能電網(wǎng)建設,一般以構建高級量測體系為切入點。同時,高級讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實時電力市場,而且能夠實現(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統(tǒng)響應,構建智能化的用戶管理與服務體系,實現(xiàn)電力企業(yè)與用戶之間基本的雙向互動管理與服務功能以及營銷管理的現(xiàn)代化運行。

隨著技術的發(fā)展,將來的智能電表還可能作為互聯(lián)網(wǎng)路由器,推動電力部門以其終端用戶為基礎,進行通信、運行寬帶業(yè)務或傳播電視信號的整合。

2.6高級配電自動化

高級的配電自動化將包含系統(tǒng)的監(jiān)視與控制、配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互。為此,高級的配電自動化需要更復雜的控制系統(tǒng)。

(1)系統(tǒng)全部元件必須在一個開放式的通信體系結構內并具有協(xié)同工作能力;(2)將使用經(jīng)由分布式計算的局部分布式控制;(3)使用傳感器、通信系統(tǒng)和分布式的計算主體,對電力交換系統(tǒng)的擾動快速做出反應,以使其影響最小化。

2.7可再生能源和分布式能源的接入

分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能,其中分布式發(fā)電技術包括:微型燃氣輪機技術、燃料電池技術、太陽能光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、生物質能發(fā)電技術、海洋能發(fā)電技術、地熱發(fā)電技術等;分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。根據(jù)“十二五”電網(wǎng)規(guī)劃,南方電網(wǎng)公司將大力支持清潔能源和可再生能源,加快解決新能源、可再生能源、分布式綜合供能系統(tǒng)有效接入系統(tǒng)問題,重點推動海上風電的開發(fā)利用,力爭在“十二五”末期,實現(xiàn)南方電網(wǎng)區(qū)域內非化石能源裝機比重達到48%以上,發(fā)電量占總發(fā)電量的43%左右。

在我國,風能、太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠的地區(qū),但其在地理位置上分布不均勻,易受天氣影響,而且具有波動性和間歇性的特點,會對可靠供電造成沖擊,當?shù)仉娋W(wǎng)無法適應可再生能源集中開發(fā)和利用,這就需要解決風能、太陽能等可再生能源大規(guī)模開發(fā)的間歇性、不確定性問題,保證電力的規(guī)模接入和遠距離送出,這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰(zhàn)。