电力工程技术在智能电网建设中的应用

2018-01-24郭玉新

通信电源技术 2018年12期

郭玉新

（国网山东省电力公司建设公司，山东济南 250022）

0 引言

目前，人口数量不断增加，全球气候变化形势日益严峻，能源问题越来越受到人们的关注。智能电网具有坚固、顽强、较强自愈能力、较强实用性和较高经济性的特点，有助于实现电网的长久发展，所以逐渐引起人们的关注。智能电网建设过程中，运用电力工程技术能够节约资源，提升智能电网的稳定性，提高智能电网的建设速度和质量。因此，智能电网建设过程中需重点应用电力工程技术。

1 智能电网的概述

1.1 智能电网的含义

智能电网的概念最先由美国提出。为了缓解日益严峻的能源危机，将智能电网作为核心建设工作，以推进其他产业的健康发展，进而保证经济稳健运行。美国能源部《Grid2030》中谈论了智能电网，即“一个完全自动化的电力传输网络，具有控制与监视每个电网节点、用户的功能，确保从电厂至用户这一输配电过程中的所有节点之间的电能与信息能够实现双向流动”[1]。

中国电力科学研究院对智能电网的定义是“将计算机技术、通信技术、测量与传感技术高度集成于物理电网中形成的新型电网”。智能电网的目的是保证电能的质量、电力供应的安全性、经济性和可靠性，实现资源的最优配置，满足环保的需求，顺应当前电力市场的发展，充分满足客户的电力需求，提供客户清洁、经济、互动的电力供应和电力供应的增值服务[2]。

1.2 我国智能电网的建设特点

我国的智能电网概念，既包括长久发展的需求、现实因素的影响，还充分考虑了经济发展的需求。我国地大物博，但人口数量日益增长，导致天然气、石油等不可再生能源的人均储量严重不足，且能源分布不均，能源消耗中心和能源分布中心不一致，因此发展智能电网是我国的重点任务。

根据我国的实际情况，智能电网的骨干网架是特高压工程，应建设以东北、西北电网为发送端，华东、华中、华西为接收端的同步电网。此外，需大幅提升智能电网大范围内的配置能力和资源优化能力，做到各级电网协调共存、共同发展，实现直流、交流互联，加大新能源的投入力度，创建清洁电网，同时关注电网的自愈化、自动化和智能化。

智能运用体系、标准规范体系、发展基础体系以及技术支撑体系共同组成了我国的智能电网。另外，智能电网的建设涉及到电力电子、传感器、网络通信等多个电力工程技术的运用，因此可推动材料、能源和信息等相关行业的不断发展。

2 智能电网建设过程中电力工程技术的运用

2.1 发电

与传统电网相比，智能电网更加关注新型能源的利用与开发。目前，不可再生能源的日益紧缺限制了我国经济发展。为了解决不可再生能源储量日益减少的危机，提升电网运行的稳定性、安全性和洁净度，近年来我国不断研究微电网接入技术，开发清洁能源，并将分布式能源如潮汐能、太阳能、风能等能源大规模融入智能电网建设中。

新型能源具有高效率、低碳、清洁和可再生的优点，但也具有一定缺陷，如季节性特征、发电稳定性不佳等。因此，智能电网建设的发电过程中，电力工程技术应重点关注新能源的并网技术，促使新能源能够稳定、安全、大规模地接入电网系统，避免清洁能源并网后影响电能质量和谐波注入，保证并网过程中不对电网造成过大冲击，同时需关注大规模的储能设备、储能技术的开发和运用。

2.2 输电

我国智能电网的输电骨架为特高压电网，各级电网协调共存。国家电网提出的“三华”同部电网建设，全面提升了电网的智能化水平、科技水平、安全水平、经济运行的效率以及资源的配置能力。当前，我国智能电网的输电发展方向为直流与交流互联、大容量、高电压。

智能电网输电过程中，采用特高压直流输电技术（UHVDC）。这种输电技术具有多样化的控制方式，系统的中间不需要落点，适合远距离、大功率、点对点的电能输送，尤其适用于实现不同交流电网的互联。直流与交流互联的特高压输送电网中，交流电网负责跟踪用户的需求变化，直流电网在交流电网的基础实现电力的吸纳，二者分工明确，从而保证电网系统运行的可靠性和安全性[3]。

输电过程中，智能电网的工作主要包括监控电网运行状况、检修电网状态、控制电网运行方式以及管理电网寿命等。具有代表性的装置主要包括超导无功补偿设施和波形交流变换器。此外，涉及的相关电力工程技术包括状态检测技术、串联补偿技术、可控高抗技术、交直流滤波技术、高压换流技术、柔性交流输电技术、集约化维护与运行管理技术、无功补偿技术、谐波管控技术以及智能巡检技术等。

柔性交流输电技术涉及的电力工程技术包括电力技术、电子技术、微电子技术、通信技术和控制技术等。柔性交流输电技术具有良好的经济性，与原输电方式完全协调，避免了机械磨损，且控制信号功率小，具有较强的灵活性。输电线路采用柔性交流输电技术能极大提升导线的电流输送能力，显著提高交流系统运行的安全性与稳定性，满足大功率、长距离电力输送的需求，充分利用送电线路减少了发电机的备用容量[4]，保证输电网精确、连续、快速。发生事故时，它能有效避免由于连续反应而导致大面积停电的问题。

2.3 变电

电力工程技术在智能电网变电过程中得到了广泛运用，其中建设智能化变电站是典型代表。建设智能化变电站体现了智能电网的自愈化、自动化和信息化，与以往的变电站相比，实现了巨大突破。

电力工程技术在智能变电站中得到了广泛应用，包括采用高速计算机网络实时监控变电站的运行状况、采用光电式互感器、运用有源滤波技术与SVC以及采用智能化开关等。电力工程技术的运用实现了收集信息、物理网络、通信协议和数据模型等多个环节的统一。另外，变电站设备具有自我诊断、自我描述、实时上传数据、共享数据和控制数据的功能，节约了大量人力和物力，且实现了实时控制系统电压、检测变电站设备状态和管理寿命等功能。

2.4 配电

配电环节是直接接入到用户的环节，因此智能电网建设过程中需高度关注配电环节，特别是中低压配电网的智能化建设。智能电网中，配电网承担了光伏、风能和其他分散能源的接入，因此必须保证电网供电的稳定性与可靠性。

配电过程中涉及的电力工程技术包括高级测量技术、智能网络的建设、配电自动化、电动汽车的充电技术以及智能储能技术等。通过运用智能储能设备、充电桩、配电网的信息采集系统和研发智能交通设备、智能楼宇、智能电器设备等，推动了智能电网、智能城市的建设。此外，不断开发超导储能技术、液流电池、钠硫电池等新型配电技术，进一步推动了智能储能技术的产业化发展。

2.5 用电

建设智能电网有效推动了建设智能小区的进程。因为用户对电能的要求是高质量、稳定可靠和便宜，所以电力企业应实现智能化运营、精细化管理和高度信息化。随着电力市场的不断改革，电力企业逐渐融入市场，进而加大了电能供给方和需求方之间的交流频率。

用电过程中，电力工程技术主要表现在智能电表、建立用电信息采集系统、开发智能测仪，研发智能电表、建设高效准确的用户用电系统。电力工程技术的应用实现了电费计价方式的过渡，从以往的统一电价过渡为阶梯式电价。分散式储能设备、智能电气和智能化家电的应用，进一步提高了能源的使用效率，实现了用电智能化。此外，采用终端技术、高级测量等技术保证了智能用电的技术水平，且采用多台缴费的方式提高了服务水平，实现了用户的智能化互动。

2.6 通信与调度

智能电网的通信与调度过程中，涉及的电力工程技术主要包括数据采集技术、通信技术和计算机技术。智能电网调度过程中，需成立全面的决策控制体系，实现风险预控、安全预警和动态监测，灵活控制电网的运行状况，实时收集并及时传输相关数据，进而保证电网稳定、安全的运行。另外，为了实现智能电网相关数据的高速传输，需将大量的数据采集平台设置于电网各处，同时成立专门的数据传输平台和数据共享平台，在规定的框架内建设配套的专业网络，建立统一、完整、开放的信息通信平台，从而支撑智能电网通信体系有效运行。