智能电网的发展趋势

[智能电网]西安亿能森源电力设备有限公司谈智能电网

2010-01-07 16:19:50  作者： 孟***  来源：赛尔输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第88期

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                   智能电网的发展趋势

    ***近几年，智能电网的建设规模***，已经是我国电力行业发展的必然趋势，各类供、配电设备已具智能化的功能，很多智能化电器生产商积极响应并发展“智能电网”、“信息化工程”、“节能环保工程”等高新技术，***在“智能电网工程”、“馈电自动化工程”方面做好、做精、做强，利用现有资源和产品优势，继续深入“智能电网”、“馈电自动化”产品和设备的技术服务，促进智能电网的优化建设。下面我们来了解什么是智能电网？有哪些好处呢？　　

　　智能电网并非是一堆***技术的展示, 也不是一种着眼于局部的解决方案。智能电网是以***的计算机、电子设备和***元器件等为基础, 通过引入通信、自动控制和其他信息技术, 从实现对电力网络的改造, 达到电力网络更加经济、可靠、安全、环保这一根本目标。

　　为了理解智能电网, 需要综合考虑智能电网的4 个方面, 即绩效目标、性能特征、技术支撑和功能实现。由于随着电力系统运行环境的日趋复杂与电力体制改革的不断前进, 传统电力网络亟待进一步提升,实现向智能电网的转变。智能电网为电网的发展方向, 它的内涵是由绩效目标、性能特征、关键技术与功能实现等4 个方面及其之间的关系综合体现的, 它们分别规定了智能电网的未来期望收益、应具备的特征***、为实现此能力而应当采用的关键性技术以及技术与具体业务需求的结合方式。

 绩效目标　　智能电网的绩效目标可以分为3 类, 即电网性能目标、经济目标和社会目标。

　　( 1) 电网性能。

     a.可靠性———电网应具备向用户不间断供电的能力, 这种能力由电网容量充裕度和网络运行安全性达标2 个部分组成。

     b.抗攻击———在电网设备或计算机系统遭到攻击时, 电网可以有效地抵御, 避免发生大停电或重大损失; 抗攻击性还包括提高电网抵御自然灾害的能力。

     c.改善电能质量———电网除了需要具备事故应对能力外, 还应当保证系统的电能质量满足要求。

　　( 2) 经济目标。

     a.经济性———在满足电网安全可靠性要求的前提下, 电网运行应当符合经济优化原则, 进行合理的定价和资源分配, 实现市场的长期均衡和短期均衡。

     b.生产效率———电网的生产应当遵循效率原则, 尽可能实现各种资源充分利用, 降低资产替换成本和网络损耗, 增加资产使用容量, 进行有效的成本控制。

　　( 3) 社会目标。

     a.用户满意度———电网能够及时准确地发布更多的公共信息, 提供多种选择, 方便用户的自我管理; 在发生紧急事件时提前通知用户, 使其能够有效应对; 通过提高系统的可靠性, 减少用户的停电损失。

     b.保护环境———电网通过支持或实施对发、输、配、用等环节的技术和体制改造,减少电力生产过程中的温室气体排放和污染, 从而在气候变化控制方面做出贡献。

     c. 保障人身安全———电网应尽量避免对作业人员人身伤害, 不对公众健康形成影响。

     d.其他目标———电网还有其他一些绩效目标要求。如随着经济的发展, 电网应能满足快速增长的负荷需求; 改变传统的集中发电模式, 适应分布式能源的发展要求。

性能特征　　智能电网的性能特征界定了它异于其他形式电网建设方案的关键点, 也是实现上述绩效目标的内在要求。

　　( 1) 自愈———稳定可靠。自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能, 指无需或仅需少量人为干预, 实现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其***正常运行, ***小化或避免用户的供电中断。通过进行连续的评估自测, 智能电网可以检测、分析、响应、甚至***电力元件或局部网络的异常运行。

　　( 2) 安全———抵御攻击。无论是物理系统还是计算机遭到外部攻击, 智能电网均能有效抵御由此造成的对电力系统本身的攻***害以及对其他领域形成的伤害; 一旦发生中断, 也能很快***运行。

　　( 3) 兼容———发电资源。传统电力网络主要是面向远端集中式发电的, 通过在电源互联领域引入类似于计算机中“即插即用”技术( 尤其是分布式发电资源) , 电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型发电, 甚至是储能装置。

　　( 4) 交互———电力用户。电网运行中与用户设备和行为进行交互, 将其视为电力系统的完整组成部分之一, 可以促使电力用户发挥积极作用, 实现电力运行和环境保护等多方面的收益。

　　( 5) 协调———电力市场。与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接; 有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平; 电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。

　　( 6) ***———资产优化。引入******的IT 和监控技术优化设备和资源的使用效益, 可以提高单个资产的利用效率, 从整体上实现网络运行和扩容的优化, 降低它的运行维护成本和***。

　　( 7) 优质———电能质量。在数字化、高科技占主导的经济模式下, 电力用户的电能质量能够得到有效保障, 实现电能质量的差别定价。

　　( 8) 集成———信息系统。实现包括监视、控制、维护、能量管理( EMS) 、配电管理(DMS) 、市场运营(MOS) 、ERP 等和其他各类信息系统之间的综合集成, 并实现在此基础上的业务集成。

性能特征与绩效的匹配　　智能电网的性能特征与绩效目标之间存在紧密联系, 前者是为后者服务的, 某一项性能特征总是对应着一些与之相关的收益。

智能网络的技术支撑　　智能电网具有以上8 项特征, 为了显现出这些特点, 一些关键性技术是必不可少的, 分为规则模式、设备元件、理论方法与信息系统等。随着时间的前进, 技术会不断发展, 智能电网应当予以充分吸收, 不断调整发展路径, 从而有效地构建能够实现绩效目标的特征能力。

规则模式　　( 1) 宏观政策。宏观政策针对的主要问题可能有能源发展、能源效率、气候变化和环境保护等。与能源发展相关的政策有很多, 具体有合理的可再生能源标准、分布式能源促进政策等; 至于各种降低能源消耗, 提高使用效率的激励措施都是与能源效率有关的政策; 随着经济的发展, 气候变化和环境保护则受到越来越多的重视, 与之相关的政策规定正在发展完善。

　　( 2) 监管设计。电网是受监管业务, 它的定价、使用、***、规划等都有监管政策, 此类政策对电网的发展有着重大的影响。未来监管业务需要有共同的政策标准, 避免不同主体的博弈行为, 从而促进智能电网的出现。

　　( 3) 市场规则。电力市场正在逐步发展成熟, 电力市场的合理设计对市场机制发挥有效作用非常重要。电力市场规则可以分为管控模式、定价结算、交易工具、风险管理、市场监视等组成部分。

　　( 4) 电力系统设计模式。电力系统各组成部分可能引入新的设计模式, 即新技术会以何种形式与电力系统相结合。在发电领域, 可再生能源和分布式能源越来越多, 比例不断增加; 在电网环节, 微型电网、线路下地、箱式变电站等设计模式不断改进; 在控制监视方式, 向***SCADA 布置、设备的远程控制和监视等方向发展。

设备元件及标准　　( 1) 量测技术。量测技术的发展可以分为用户专用和公用事业专用。

　　用户专用量测包括用户网关、家庭用户网络系统与***计量等内容。它们通常以电子计量设备( 如AMI) 为基础, 通过发达的通信技术, 实现对电力运行状态及交易相关参数的测量、控制等。公用事业专用量测有公用事业监测系统和***保护系统。相角量测单元( PMU) 、广域量测(WAMS) 、线路容量动态监测、各种***的传感器、具有监测功能的电子设备( 如电子变压器) 等均属前者; ***保护系统包括故障检测继电器、一些特定保护系统, 如关键设备监视、状态和预想故障监视保护等。

　　( 2) 通信技术。通信技术种类繁多, 常见的类型有铜芯线、光纤、电力线通信( BPL) 、无线通信等技术。通过这些载体, 可以在更广的范围实现更多信息和应用的连接和集成, 使数据在发电、输电、配电和用户等不同主体及各类应用系统之间高速传递。

　　可是要形成集成的通信系统, 光有载体还不够,还需要发展和实施被使用者、供应商和其他主体广泛接受的通信标准。目前在配电站自动化等有限领域建立了通信标准, 尚有诸如需求侧响应、电力线通信(BPL) 等的通信标准正在研究中, 即使如此, 标准化工作还需要继续加强。

　　( 3) 电力设备。电力设备种类繁多, 主要有新型发电技术、电力电子技术、超导、复合导线等。

　　关键发电技术: a.分布式发电设备, 如微透平、太阳板、风机等; b.分布式储能设备, 如各种类型的蓄电池、超级电容器等。

　　电子技术主要以灵活交流输电技术(FACTS) 为代表, 如统一潮流控制器、静止无功补偿器、交直流变换器等。各种高温超导电缆与超导线路属于超导技术的范畴。复合导线有以铝为导体的复合电缆、电线等。

　　( 4) 控制设备。电力系统中的保护控制类设备有非常重要的地位。有数字型保护继电器、智能分接

头变换器、动态分布式电力控制设备。可以通过在各种设备中安装电压或频率感应芯片, 使设备更好地适应电网运行状态变换, 及时做出调整。

理论方法　　电力系统分析、控制技术方法正在或需要向如下方向发展: 系统性能监测、仿真与预测, 相角量测分析, 可能使用相角量测等设备提供的数据, 分析对象包括事故、大停电与其他形式的扰动。具体的应用如输电快速仿真和建模( TF***) 。其他还有天气预测及集成分析、超短期潮流分析、市场仿真、配电故障***、高速计算等, 对于智能电网来说都是非常重要的。

　　推理等人工智能(AI) 技术会得到广泛的应用。同时, 为了实现整个系统范围内的协调控制, 分散式智能代理以及它们进而形成的网状控制结构等形式的设计具有非常关键的作用。它们可以支持分散式决策, 也可以在此基础上进行集中协调。发达的通信能力为这种设计提供了坚实的技术支撑。

信息系统及标准　　( 1) 系统架构与标准。面向服务架构( SOA) 正被应用到越来越多的领域中, 主要原因是它采用了标准化的接口, 并且跨系统的业务流程可根据业务模式的转变实行灵活调整, 无需再次开发。通过SOA,智能电网可以实行分散式信息系统和集中式信息系统的兼容。同时, 为了不同系统和不同主体能够相互识别与交换信息、协调运行, 接口协议和通用信息模型(CIM) 等标准规范必不可少。当然, 要达到系统之间的无缝衔接, 还必须界定各个系统的软、硬件组成, 明确它们相互之间的接口。

　　( 2) 数据处理技术。随着量测数据的增加, 智能电网需要建立相应的IT 设施, 从而实现对此类数据的***收集。在对数据进行加工分析时, 数据仓库可以发挥重要作用, 通过使用数据仓库这个现代化的工具, 整个数据分析工作变得更为简单和直观。

　　( 3) 信息展示。着色和动画技术、信息的快速刷新、声音识别、触摸屏、全息视频、电子地图墙、“仪表盘”展示等技术, 将在智能电网的分析决策方面发挥重要作用。

　　( 4) 运行应用系统。各种专门的应用系统既是智能化建设的目标与对象, 也是开展业务的重要辅助工具。主要的系统有变电站自动化( SA) 、EMS、市场运营系统、需求响应、***维护、ERP 等。

智能电网的功能实现　　各种***的技术***终需要与具体的业务环节结合才能发挥作用, 为了充分发挥此类技术的作用, 还需要对业务相关的其他要素, 如***、流程、人员等,进行调整或提升。

　　智能电网涉及到的业务非常多, 为了帮助理解, 可以从不同的角度对其进行分类, 然后分析不同划分之间的关系, 以及它们与智能电网技术之间的关联。

 业务功能分类　　与智能电网相关的业务功能分类有业务流、信息流。( 1) 业务流。业务流是电力企业常见的业务组成模块, 主要有交易、调度、生产和管理等4 种。( 2) 信息流。按照业务信息的流转过程,可以将一项业务的实现过程分为数据采集、数据传输、信息集成、分析仿真、信息展现、决策应用等6 个阶段。其中, 业务培训也可以视为决策应用的一种方式。

 业务功能与智能电网技术关联

　　( 1) 智能电网的基础构件。如新型发电、分布式能源和电网类技术等一次电力设备, 电力系统相关的规则模式设计等, 它们决定了业务的实施对象和基本原则, 因此是开展各项运营工作的基础。

　　( 2) 智能电网运营业务的功能实现。以智能电网中的调度业务为例, 在数据采集环节, 可能需要用到数字传感器等***的量测设备( 设备元件类) ; 在进行数据传输时, 发达的通信设备和通信标准非常重要( 设备元件类) ; 建立强大的分析能力更是调度业务的核心方面, 而这离不开快速仿真建模( F***) 之类分析方法的支持( 理论方法) , 更需要功能庞大的应用系统为工具( 信息系统) 。

　　可见, 智能电网技术可以与电力业务实现良好匹配, 并在实际运行中体现智能电网的优越性, 促进其绩效目标的实现。

　　( 1) 智能电网的核心是实现对电网运行的快速响应, 提高与分布式能源的兼容能力, 从而提高整个系统的经济性、可靠性和安全性。

　　( 2) 智能电网的核心特征是自愈、安全、交互、协调、兼容、***、优质、集成, 分别针对电网的稳定可靠、抗攻击、电力用户、市场、分布式能源、资产、电能质量和信息系统等不同内容。

　　( 3) 智能电网的关键技术有规则模式、元件设备、理论方法和信息系统等。

　　( 4) 智能电网的技术通过与电力生产的各项业务实现有机结合, 从而体现智能电网的优越性能, 提高系统的运营绩效。

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2010-01-07 16:19:50  作者：  孟***   来源：赛尔输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第88期

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