智能电网在电力技术及电力系统规划中的应用

2020-01-05汤俊峰周锦旺

通信电源技术 2020年14期

汤俊峰，周锦旺

（国网浙江缙云县供电有限公司，浙江丽水 321400）

0 引言

智能电网是建立在物理电网基础上的，集现代先进的传感测量技术、计算机技术、通信技术、信息技术及先进的决策支持系统于一体的新型电网。智能电网涵盖的环节有发电环节、输电环节、调度环节以及变电环节等。它不仅可以减少运营成本，而且可以提升系统的安全性、可靠性以及自愈性。

1 智能电网的概念

2006年，美国IBM公司提出“智能电网”解决方案。智能电网就是电网的智能化（智电电力），也被称为“电网2.0”。它建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。它的主要特征包括自愈、激励和保护用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场及资产的优化高效运行[1]。

2 智能电网的特征分析

与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点。其先进性和优势主要表现在以下几方面。第一，具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能抵御各类外部干扰和攻击，能适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。第二，信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。第三，柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能以及配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。第四，通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。第五，实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。第六，建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务[2]。

3 智网电网的关键技术剖析

3.1 通信技术

由于智能电网在对数据进行获取、保护和控制时需要通信系统的支持，因此智能电网的主要目标是建立高速、双向、实时、集成的通信系统。通信系统与电网一样，都要深入家家户户，这就形成了两个紧密相连的网络，即电网和通信网络。它实现了智能电网的目标和关键功能。

通信系统使智能电网成为大规模的基础设施（动态，实时信息和交互式电源交换的）。当建成通信系统后，可以大大提高电网的供电可靠性和资产利用效率，繁荣电力市场，还能有效改善及提升电网的价值及作用。

3.2 设备技术

智能电网需要广泛运用先进的设备技术，进而提升输配电系统的性能。今后，智能电网中的设备将会在材料、电力电子、超导、微电子技术及储能方面得到充分运用，且其科研成果会越来越明显，这样可提升功率密度，改善电能质量，增强供电可靠性，提升电力生产效率。

智能电网在今后将重点运用电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术等先进技术。通过运用新技术，寻求电网及负荷特性间最佳的平衡点，以提升电能质量。通过对各种各样的先进设备（基于电力电子技术和新型导体技术的设备）进行运用及改造，提升电网输送容量及可靠性。通过将许多新的储能设备及电源融合到配电系统中，对新的网络结构如微电网等进行有效运用[3]。

FACTS是综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。

比较常见的FACTS包括静止无功补偿器、静止同步补偿器、固定串联补偿装置和可控串联补偿装置。除了实现潮流控制和电压控制外，它还为电力系统提供了一种较为灵活的抑制低频振荡的方式。

4 应用意义

4.1 高效减压

电力系统是全部用电线路结合的产物。所以，将智能电网运用到电力系统规划中，能推动整个电力系统朝着高效、安全、集成的方向发展。智能电网集发电、输电及变电于一体，可实现电力运输的“一条龙”式服务，并在很大程度上节约电能运输成本。除此之外，对于整体电力系统的运转，智能电网还为其提供了有效的平台，为其管理工作提供了诸多便利条件，还能够有效缓解电路管理工作压力。

4.2 安全防害

在气候等因素的影响下，传统的电网极有可能产生断电或者漏电的现象。这样不仅会扰乱人们正常的生活秩序，甚至还会严重威胁人们的生命财产安全。而在电力系统规划中运用智能电网，能有效降低气候等因素对电路的干扰程度，还能应对传统电力被外力入侵却无反应的尴尬情形，从而降低传统电网断电及漏电的可能性，保障人们正常的生活秩序和人身安全。与此同时，它能主动出击，全力对抗外力入侵，如病毒的恶性攻击。与传统电网相比，智能电网具有强大的自我保护能力，在今后的电力系统规划中必将立于不败之地。

4.3 调节优化

在电力系统规划过程中，应用智能电网可以依据实际的地区供电需求，提供科学、合理的供电方案，还可以优化、改进和调配供电线路。在过去，电网反应比较慢，在应对负荷较大的电流时，只能选择“忍让”，长此以往，电路的正常运输通道会遭到损害，其运输负担会越来越大。为了改变这一局面，可在电路管理过程中运用智能电网。因为在周边环境发生巨大变化的情况下，智能电网能依据实际情况在第一时间自动制定相应的电路解决方案，同时还能自动执行可行性方案，无须使用人工进行调配，对电路配置方案的改进、电路管理效率的提升具有非常重要的作用。

4.4 自动求解

将智能电网应用于电力系统规划中，可在一定程度上实现对烦琐问题的处理，还可实现智能化调度，科学地管理电力系统运行的各种情况，同时可以以最少的成本合理规划电力系统。因此，将智能电网应用在电力系统规划中，可快速高效地寻找到最佳的解决问题的途径。

5 实际应用研究

5.1 在电力调度领域的应用

在总体电力系统规划中，电力调度是最重要的组成部分。而在电力调度中运用智能电网，可以更加科学、有效地管理电力系统的用电情况。智能电网的引进极大地丰富了电力资源，促使电网能跟踪分析电力资源，还能对其进行目的性的调节。此外，运用智能电网还能全面分析电力运行数据，进而顺利进行后续操作。

5.2 在电力技术中的应用

智能电网的推广运用具体体现在改进与创新当前使用的电力技术，因为智能电网需要新型的电力技术提供支持，还需要改变与传统电网相匹配的部分，如器件、电器，从而顺应时代的发展需求，促使电力系统更好地满足社会要求[4]。

5.3 双向通信领域中的应用

智能电网在双向通信领域中也有非常关键的运用。科学地运营智能电网，能使双向通信快速记录电力使用情况、电力运输过程，同时传输获取的数据。科学地运用智能电网，在很大程度上能高效缩短双向通信的时间。此外，科学地运用智能电网，能有效提升电力运输的精准性及电力分配的准确性，最终提升电力系统的工作效率。

5.4 智能固态表针的应用

在过去的电力系统规划过程中，电磁表的运用比较广泛，能高效管理用电情况。与电磁表相比，智能固态表针的特征及优势则更加显著。智能固态表针可以在电网系统的辐射范围内连续测量终端用户在一天中不同时段的电能需求，还可以将电力公司指定的高峰和低谷电价信号和费率储存在电力系统计数设备中，并在终端用户操作界面上反映任一时段的电费政策的相关信息。

5.5 在输电配电中的应用

在电力系统规划中，输电和配电是关键步骤。如何在输配电中运用智能电网，是目前最重要的问题之一。在输配电中，有效利用智能电网可以实现电力资源的高效运用，解决长距离的电力系统相连接的问题，还能进一步运用超高温高导电措施，实现损失消耗最小化，同时控制污染度为零。

6 未来发展趋势

6.1 通过加强运营管理与成本控制来提升供电效率及服务质量

社会化进程的推进，使得电力系统面临着巨大压力。与此同时，市场经济、发用电计划及配电业务的变革，促使智能电网面临更多挑战。在此种情形下，不仅要确保电力系统的稳定运营，还要研发新型电力技术，以节约发电成本。因此，通过强化运营管理及成本控制，提升供电效率及供电服务质量是非常必要的。

6.2 构建新型能源体系

可以利用智能电网来构建新型能源体系，以转化后的新型能源来代替传统的能源，提升能源利用率，实现能源的可循环利用。随着智能电网的持续进步，将来电力系统的发展目标将以新型能源为基本标准，促进能源生产，全面实现能源转型战略。

6.3 电力市场化

构建电力行业平等竞争的市场机制，即实现电力市场化。在市场经济大环境下，根据电力行业的发展需求，在保证中国用电安全的基础上，逐步优化电力市场竞争环境，促使其实现科学化、有序化、公平性及公正性，构建发电公司的竞标电网机制，并建立电网公司电力产品销售机制，用于竞争性的传输、分配、交付和销售中，促使电力市场化得以充分实现。