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(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、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(zhì)量的改善與控制，為用戶提供電能質(zhì)量滿足其特定需求的電力，同時它們也是能量轉(zhuǎn)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。現(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(diào)度技術和廣域防護系統(tǒng)
智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節(jié)，調(diào)度的智能化是對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴展，智能電網(wǎng)調(diào)度技術支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設的核心，是全面提升調(diào)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(diào)控能力和公平友好市場調(diào)配能力的技術基礎。
調(diào)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(diào)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(diào)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(cè)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(diào)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?qū)崿F(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側(cè)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)。
系統(tǒng)全部元件必須在一個開放式的通信體系結構內(nèi)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(zhì)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(nèi)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)。
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(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、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(zhì)量的改善與控制，為用戶提供電能質(zhì)量滿足其特定需求的電力，同時它們也是能量轉(zhuǎn)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。現(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(diào)度技術和廣域防護系統(tǒng)
智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節(jié)，調(diào)度的智能化是對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴展，智能電網(wǎng)調(diào)度技術支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設的核心，是全面提升調(diào)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(diào)控能力和公平友好市場調(diào)配能力的技術基礎。
調(diào)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(diào)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(diào)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(cè)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(diào)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?qū)崿F(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側(cè)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)。
系統(tǒng)全部元件必須在一個開放式的通信體系結構內(nèi)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(zhì)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(nèi)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)。
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