浅析智能电网及核心技术

浅析智能电网及核心技术

作者：刘伟

来源：《中国新技术新产品》2011年第19期

摘要：本文分析了智能电网的内涵和特点，论述了智能电网的主要技术。

关键词：智能电网；特点；通信系统；计量体系；需求侧管理；智能调度

中图分类号：TN91 文献标识码:A

由于世界各国经济社会的发展对能源的依赖性，造成当今世界能源危机、资源紧张、环境日趋恶化，使人类的生存与发展面临着前所未有的压力与挑战。如何在有限的资源中寻求一个新的支点，寻求一条环境、资源、经济、社会能够协调发展的道路，让人类在发展自我的过程中保持与自然的和谐，这是全人类共同的责任。面对这一课题，科学家们提出了智能电网的研究及建设，由此，积极发展智能电网已成为当今世界电力发展的新趋势。

一、智能电网的内涵

智能电网（smart power grids），是利用传感器连接更多的资产和设备，实现对发电、配电、输电、供电等关键设备运行状况的实时监控，并把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析挖掘，达到优化管理整个电力系统运行、降低成本、提高效率、节能降损、实现环境清洁和友好的目的。智能电网是以特高压电网为骨干网架，以各级电网协调发展为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。

中国式的智能电网，首先要满足电力负荷的需求，在前期要保证输电、变电的智能化建设，要保证供电安全可靠性，要满足经济意义和节能，最后要保证电能质量和可再生能源的接入。

二、智能电网的特点

1、自愈。自愈性是指电网维持自身稳定运行、评估薄弱环节和应对紧急状态的能力，是实现电网安全可靠运行的主要功能。SG能够实时检测、分析电网运行状态，并及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，最小化或避免用户的供电中断，避免大面积停电事故的发生。

2、安全。安全性是指电网抵御外部破坏的能力，SG能更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应，有效抵御自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况对电力系统的攻击伤害，保证人身、设备和电网的安全。

3、兼容。支持风电和太阳能发电等可再生能源的正确、合理的接入，适应分布式发电和微电网的并网运行，做到"即插即用"，可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置，满足用户多样化的电力需求。

4、交互。电网在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，使需求侧管理的功能更加完善，实现与用户的交互和高效互动。

5、高效。高效运营和管理是指电网提高设备利用率、减少线损、降低运营成本的能力。SG能够优化资源配置，降低运行维护成本和投资，提高设备传输容量和利用率；在不同区域问进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统的优化运行。

6、集成。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理。

三、智能电网的关键技术

1、参数量测技术

参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。

对于电力公司来说，参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系（WAMS）、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。新的软件系统将收集、储存、分析和处理这些数据，为电力公司的其他业务所用。

2、开放、标准、集成的通信系统。

要形成集成的通信系统，一方面要通过各种载体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。通信技术的研究主要包括：通信方式的多样化，合理使用互联网、光纤、卫星、无线、第三代移动通信技术(3rd-generation，3G)、传感器网络等通信方式；精确的数据对时和同步能力；重视电磁兼容，降低对外部的辐射和电磁干扰；提高抵御外部通信干扰的能力。除此之外，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，只在配电站自动化等有限领域建立了通信标准，而需求侧响应、电力线通信等的通信标准正在研究中，标准化工作还需要继续加强。

3、高级读表体系和需求侧管理

高级读表体系由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统和连接它们的通信系统组成，近来，为了加强需求侧管理，又将其延伸到用户住宅内的室内网络(HAN)。这些智能电表能根据需要设定计量间隔，并具有双向通信功能，支持远程设置、接通或断开、双向计量、定时或随机计量读取。同时，高级读表体系为电力系统提供了系统范围的可观性，不但可以使用户参与实时电力市场，而且能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应，构建智能化的用户管理与服务体系，实现电力企业与用户之问基本的双向互动管理与服务功能以及营销管理的现代化运行。

4、智能调度技术

智能调度是智能电网建设中的重要环节，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。

现有的调度自动化系统面临着许多问题，包括非自动、信息的杂乱、控制过程不安全、集中式控制方法缺乏、事故决策困难等。为适应大电网、特高压以及智能电网的建设运行管理要求，实现调度业务的科学决策、电网运行的高效管理、电网异常及事故的快速响应，必须对智能调度加以分析研究。

5、高级电力电子技术

电力电子设备可以实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力，同时它们也是能量转换系统的关键部分，所以电力电子技术在发电、输电、配电和用电的全过程中均发挥着重要作用。现代电力系统应用的电力电子装置几乎全部使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和DSP全数字控制技术，包括可控硅并联电抗器、多功能固态开关、智能电子装置、静止同步补偿器、有源滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、故障电流限制器(FCL)以及高乐直流输电(HVDC)所用装置和配网用的柔性输电系统装置(如SVC和D-Statcom)等。

6、分布式能源接入技术

分布式电源（DER）的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏电源、燃料电池和储能装置（如飞轮、超级电容器、超导磁能存储、液流电池和钠硫蓄电池等）。一般来说，其容量从1kW到10MW。配电网中的DER由于靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要，并提高了供电可靠性，因此得到广泛采用。

结束语

智能电网实质上是以先进的计算机、电子设备和高级元器件等为基础，引入通信、自动控制和其他信息技术，从而实现对整个电力网络的升级改造，将能源资源的生产、储存、运输、转换、发电、输电、配电、供电以及各种用电、用能设备信息化、联网化和智能化整合，解决