智能电网关键技术的研究概要

智能电网关键技术的研究 511883 王重阳

(清华大学电力工程学院广州

摘要:本文对智能电网关键技术进行了具体阐述,主要是量测、通信、信息管理、调度、电力电子和分布式能源接入等方面。最后借助美国智能电网研究应用情况,对智能电网技术实现的功能进行了归纳和评述。

关键词:智能电网;关键技术;电力;电子;发展 1 引言

智能电网并不是一个全新概念,它是随着技术发展和业务需要而逐步形成的,国内外相关研究机构很早就展开对智能电网领域的研究探索,各国政府和电网公司也开始将发展智能电网作为解决能源问题的良药。智能电网却无统一的定义,这个术语来自smart grid( 可译为灵巧电网 ,也有人称为intelligen t grid (智能电网 .其实,智能电网不是一个特定的技术词汇,也不是一个\新技术领域\它只是对现代电网的概括性的描述,主要侧重现代电网的两个基本特征: (1主要的电气设备和电网的参数可以通过先进的双向信息通信系统,实施

灵活控制,保证电网安全经济运行;(2 供电方通过\智能配电设备\向用户提供可靠、优质、个性化的电能供应,实施需求侧管理,节约资源。

2 智能电网发展研究简介

世界经济发展与人类生存环境面临的形势:

环境:全球气候变化、自然灾害频发、污染严重、沙漠化、城市面临挑战、\高碳\经济、温室效应、冰川融化等;

能源:传统能源的日益短缺、新能源、可再生能拥、国家能源安全、可持续发展造福子孙后代…

技术:需要智能电网帮助电力行业推动技术创新,实现技术转型确保电力可靠供应.

2.1 国外智能电网发展

早在2003年美国电力研究院(EPRI就已经将未来电网定义为“智能电网”,同年6月,美国能源部输配电办公室发布的“Grid 2030:电力的下一个100年的国家设想”的报告描绘了美国未来电力系统的设想,并确定了各项研发和试验工作的分阶段目标。2004年美国Battelle研究所和IBM公司也先后提出自己对“智能电网”的理解。美国PJM(宾夕法尼亚—新泽西—马里兰互联电网公司在2006年底完成的战略规划将智能电网建设作为其发展愿景。2008年美国科罗拉多州的波尔得(Boulder宣布成为全美第一个智能电网城市,家庭用户可以和电网互动,了解实时电价,合理安排用电;同时电网还可以根据实际情况进行电力的实时调配,提高供电可靠性。

2001年意大利的电力公司就安装和改造了3000万台智能电表,建立起了智能化计量网络,欧洲其他国家也将智能网络作为一项革命进行推广。2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》(A European Strategy for Sustainable,Competitive and Secure Energy明确强调欧洲已经进入一个新能源时代,而智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。

其他国家也纷纷启动智能电网相关研究和建设规划。日本政府计划在与电力公司协商后,于2010年开始在孤岛进行大规模的构建智能电网试验;韩国计划在2011年前建立一个“智能电网”综合性试点项目,届时能提高该国环保能源的能力;澳大利亚政府在最新的预

算案中已划拨1亿澳元用于智能电网建设。 2. 2 国内智能电网发展

随着我国经济的快速发展,对电力的需求日益增强,而国内能源结构不合理、能源分布不均衡严重制约电力行业的发展。特高压电网解决了远距离、大容量输电问题,在一定程度上解决了能源输送问题,但“重电源轻电网”导致供电可靠性较低,同时网架结构薄弱则限制了新能源有效利用。为了解决这些问题,国内电网企业也开始寻求利用信息技术提高电网运营能力,而智能电网则是一个重要的研究方向。

2007年10月,华东电网正式启动了以提升大电网安全稳定运行能力为目的的智能互动电网可行性研究项目。2008年4月,在前期智能电网研究成果的基础上,华东电网启动高级调度中心项目群建设,该项目是智能电网建设蓝图“三步走”的第一阶段“巩固提升”的重点内容。

从2007年华北电网公司开始进行智能电网相关的研究和建设,致力于打造智能调度体系,为智能输电网奠定基础;建立企业级服务总线,搭建智能电网信息架构;超前研发清洁能源关键技术,做好可再生能源并网准备;结合客户信息采集系统,试点建设智能供电网。2009年华北电网将在前期工作的基础上,深度体会国网公司建设中国特色智能电网的概念、理论,结合华北特色大力建设智能电网,制定智能电网发展规划和实施方案,继续推进智能电网的研究和建设。

2009年初,国家电网公司启动了“坚强智能电网体系研究报告”、“坚强智能电网综合研究报告”和“智能电网关键技术研究框架”等重要课题的研究。通过积极探索国内外智能电网技术发展动态,分析中国坚强智能电网技术需求,调研中国智能电网建设已有技术基础,揭示坚强智能电网的内涵与特征,制定了坚强智能电网总目标、技术框架体系与实施计划等。2009年5月21日,在北京召开的“2009特高压输电技术国际会议”上,国家电网公司正式宣布将建设“坚强的智能电网”,并公布了规划试点、全面建设、引领提升三阶段的建设方案。随后国家电网公司将智能电网技术作为2009年科技重点工作领域之一,研究方向的确定和研究框架项目的实施,将会使智能电网脱离概念炒作阶段,正式进入规划建设阶段。

3 智能电网关键技术

我国数字化电网建设涵盖了发电、调度、输变电、配电和用户各个环节,包括:信息化平台、调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电,变电站自动化系统、微机继电保护、配网自动化系统、用电管理采集系统等。实际上,目前我国数字化电网建设可以算是智能电网的雏形。

总之,智能化电力设备最终的技术要求将达到:测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化及信息互动化。

3.1 参考量测技术

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。

未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统,取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能,除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外,还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率,并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策,编制时间表,自动控制用户内部电力使用的策略。

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(W AMS、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。

未来的数字保护将嵌入计算机代理程序,极大地提高可靠性。计算机代理程序是一个自治和交互的自适应的软件模块。广域监测系统、保护和控制方案将集成数字保护、先进的通信技术以及计算机代理程序。在这样一个集成的分布式的保护系

统中,保护元件能够自适应地相互通信,这样的灵活性和自适应能力极大地提高可靠性,因为即使部分系统出现了故障,其他的带有计算机代理程序的保护元件仍然能够保护系统。

3.2 智能电网通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,没有这样的通信系统,任何智能电网的特征都无法实现。因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持,因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户,这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络,只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。当这样的通信系统建成后,它可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率,繁荣电力市场,抵御电网受到的攻击,从而提高电网价值。

适用于智能电网的通信技术需具备以下特征:一是具备双向性、实时性、可靠性特征,出于安全性考虑理论上应是与公网隔离的电力通信专网。二是具备技术先进性,能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务。三是最好具备自主知识产权,可具有面向电力智能电网业务的定制开发和业务升级能力。

作为国家电网公司从事骨干信息通信网络建设、运行管理的直属公司,国网信息通信有限公司高度重视智能电网建设工作,积极开展相关前期研究工作,并着力推进有关信息通信技术(ICT的软硬件产品研发,开展新一代电力信息通信(ICT网络模式研究,加快信息通信产业化发展。

电力客户用电信息采集系统是智能电网的重要组成部分,信通公司积极参与其中与信息通信专业相关的研究,向国家电网公司提交了通信专题技术报告。同时,积极推进产业化进程,进一步完善了用电信息采集主站软件平台、基于电力线宽带通信技术的采集器等产品。智能电网客户服务是智能电网用电环节的重要组成部分,是实现电网与客户之间实时交互响应,增强电网综合服务能力,满足互动营销需求,提升服务水平的重要手段。信通公司将智能电网客户服务试点分别设立在北京莲香园