浅谈智能电网技术应用

智能电网是在物理电网的基础上，与包含光纤通信和3G网络通信的现代通信技术、传感测量技术、调度自动化控制技术、分布式电源接入技术以及电网信息管理系统集成在一起形成新型的现代智能电网，使其在用电需求日益严峻的情况下，能够安全稳定地运行。

随着国民经济的快速发展，生产生活、科学研究等等各方面用电需求越来越多，作为国家经济命脉的基础产业和公共事业，现代电网的发展面临着日益严峻的挑战和改革优化的机遇。它不仅要面对大范围用电实现资源优化配置，提高电网全天候运行的能力，以适应电力体制的改革，而且在随着科学技术的发展，要把发电、输配电、供电以及用电服务等整个流程实现信息化、数字化。智能化电网作为“电网2.0”，不仅能够全天候运行，为各个行业提供所需电能，而且逐步向信息化、数字化的主流方向发展，来应对未来千变万化的电网结构，为人们正常生产生活用电提供保障。

智能电网以集成的高速双向通信网络和物理电网为基础，将现代信息通信技术，传感测量技术、自动化控制技术、分析决策技术、能源电力技术与电网基础设施高度结合，实现电网的安全可靠、经济高效、环境友好等目标，从而使现代电网信息化、数字化、智能化。

智能电网具有各种能力来满足现代人们生产生活对电力的需求。由众多自动化的输电和配电组成的智能电网可以在自然灾害和极端气候条件下，亦或是在人为破坏或电网内部发生打扰动和故障的时候，仍然安全稳定地运行；同时智能电网能够实时连续地对电网状态进行安全评估和分析，对电网故障具有预警和预防的控制能力，通过对故障诊断，能够实现隔离故障或者恢复故障的自愈能力；智能电网还适应分布式发电、微电网以及各种能源的接入，并对其提供完善的智能侧管理功能；智能电网有良好的用户接口，便于优化电力系统设计；同时智能电网采用统一平台，通过智能化的通信构架，实时地将电网信息的集成与共享，对电网进行标准规范的管理，为用户提供可靠、经济的电力服务。

不同于现代电网，智能电网将电力流、信息流以及业务流高度融合在一起，将通信技术、传感技术、自动化控制技术与电网基础设施有机结合在一起，在坚强的电网基础体系和技术支撑体系下，能够抵御各种外来干扰和攻击，自动隔离电网故障、自动修复电网问题，并能为各种小型分布式电源提供稳定接口，并为其提供分布式管理功能，同时智能电网实现了双向互动的服务模式，为用户提供了详细的用电信息，让用户放心用电、安全用电。

智能电网技术涵盖整个电网环境，主要包含了现代通信技术，传感测量技术，调度自动化控制技术，电网信息管理系统以及分布式电源接入技术。

智能电网通过高度集成的高速双向的通信系统，传递电网基本数据和控制信号。智能电网通过互联网、光纤、3G等通信手段，将通信网络和电网一起安装到户，能够将电网或用户的数据实时、动态地传输给电网控制中心，从而实现电网与用户之间能够实时互相相应，从而提高电网供电的可靠性，满足电网需求，提高电网利用率。

现代通信技术已经广泛应用于智能电网中，一般地可以分为有线通信技术和无线通信技术。有线通信包含了电力线载波通信或者光纤通信，电力线载波通信是电网中特有的通信方式，它是直接利用输电线为传送媒介来进行信号传输，从而使得电网通信网络投资少，见效快，曾是传统电网中电力通信的主要方式。但是该方式也存在较明显的缺点，由于受电力线强力磁场的影响，干扰信号明显，严重影响了信号的正确读取，加上我国限制其通信频率，使得其通道容量小，音频范围窄，已经逐步淡出现代智能电网。现代光纤技术的发展，使得光纤线路具有传输频带宽、通信容量大，损耗低、中继距离长，绝缘度高、抗电磁干扰性能强等有点，被大量使用在电力系统的通信网络中。

智能电网现代通信系统的无线通信包含了卫星通信、微波/超短波通信，短波通信，3G通信等，电网通信系统搭建过程中，可以根据不同的地理和周边环境，选择不同的通信方式来满足智能电网对通信网络的需求。卫星通信主要是将通信卫星作为地球上无线通信的中继站，适合智能电网大范围通信，微波通信和短波通信是针对不同的通信距离的通信手段。微波通信是直线通信，要求通信两点之间无障碍，可以作为郊外远距离通信的辅助手段。短波通信适合长距离通信，通过云层电离层反射来进行远距离通信。3G通信技术是指第三段移动通信技术，它可靠性高，覆盖面积广，传输速率高，网络带宽高，在智能电网的现代通信网络中能发挥不可替代的作用。

3G技术的安全可靠性，能够使智能电网防御网络攻击，提高信息安全；高速的数据传输速度，满足智能电网传输大数据量的要求，安全可靠的数据交互性能智能电网开放性地兼容各种设备提供了可靠的通信机制，为智能电网智能控制、电网自愈、负荷调度、电力设备抢修以及智能需求侧管理提供准确可靠实时的数据信息。

Zigbee技术是一种距离短，功耗低的无线组网通信技术，它由电池供电设备提供无线通信功能，是一种面向自动化和无线控制的无线网络通信技术。Zigbee通信技术主要应用于电力用户侧的无线传感器网络中的短距无线通信，自身体积小、成本低、可靠性高、适应环境能力强，极大地提高了电力用户侧的安全性和便利性。

将智能电网的设备IP化是智能电网的现代通信网络发展的又一个里程碑。互联网协议IPv6的发展，极大地弥补了IPv4造成的地址空间不足的问题。由于IPv6可以提供一个几乎无限大的地址空间，从而可以为每一个智能电网的设备配备一个IPv6的地址，使得从发电、输电、变电、配电、用电和调度等整个过程参与的设备都变成通信网络的节点，通过网络节点管理系统，对其进行统一管理，进一步实现智能电网控制自动化。

传感测量技术是智能电网技术在基础部分，它主要是使用各种传感器来获取电网的技术数据并转换成网络传输数据，通过高通通信网络，传输给电网使用。无线通信技术的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）被大量部署在用户家中，与远端主站设备进行通信，实现电能检测、用户用电信息精确实时显示的功能。

无线传感器网络是基于传感测量技术和无线通信技术的分布式智能化网络，一般由传感器和数模转换模块组成的传感单元、嵌入式系统构成的数据处理单元、通信单元和电源部分组成，每个无线传感节点作为路由通过Zigbee网络进行通信，以多跳方式接至智能交互终端，而后将数据传送至集中器，最后通过宽带接入网络将数据传送至远端主站设备进行相应处理。

电力用户侧的智能电网使用基于微处理器的智能固态表计来完成用户与电力公司之间的双向通信，除了记录用户每日的电量使用以及电费消费外，还能向用户显示电力公司通达的不同时段的用电价格、电费费率以及当前实施的费率政策。用户可以通过智能表计，根据电力公司制定的费率政策来设定不同时段用电消耗，自动控制用户的电力使用策略。

通过传感测量技术，电力公司的系统运行和规划人员还可以实时获取电网的功率因数、电能质量、相位关系等电力数据以及设备健康状态、故障诊断、关键元器件温度等设备数据，进而根据当前电网状态对电网进行相关配置。

自动化控制技术是智能电网进行自我调整的相关技术，以计算机为核心，以传感测量技术获取的数据为依据，通过对收集数据的分析和诊断，从确定性和概率性的角度，提供相应的解决方案，然后通过双向高通的通信网络，来对电网主要设备或子网发送控制命令，使其根据控制命令进行自行调整。

自动化控制技术在智能电网中应用主要体现在调度自动化控制方面。智能电网的数字化变电站，使用不同以往的对象模型来实现调度自动化，它使用的模型主要包括服务器模型，逻辑设备模型，逻辑节点模型和数据对象模，并通过统一的XML配置语言来定义模型来描述这些数据模型，从而量化地控制数字化变电站，使得操作更加确定化、透明化。XML配置语言采用面向对象自描述的方法，通过定义多个数据类型为DOTypc，DATypc的数据对象并将其组成逻辑节点模型，而多种类型的逻辑节点组成逻辑设备，从而组成装置模板供调度自动化控制系统调用。调度自动化系统根据装置模板定义多个装置实例，通过通信网络发送至数字化变电站，而数字化变电站根据装置模板实例中设定的各项参数进行相应调整，从而实现了数字化变电站的自动化控制。

自动化控制技术同时可以对分布式能源资源和需求的相应进行自动调度，对配电网和变电站进行自动化调整，对电网运行和规划进行进一步优化。

电网信息管理系统是智能电网的核心，它主要包括了电网的数据采集、数据处理分析、集成显示以及保证信息安全等功能。信息管理系统可以实时对电网数据、分布式电网数据、智能电子设备数据、动态共享的资源数据等进行收集，以动态了解当前电网的运行状态；信息管理系统收集电网数据后，通过对采集数据的处理和分析，可以获取对整个电力纵向产业链的业务状态、从国家到地区的电网信息以及横向电网企业的各方面的信息；信息管理系统通过纵向产业链信息和电网信息集成，以及对各级电网企业内部业务的信息集成，通过个性化可视平台对其进行平面显示、语音介绍、三维动画展示；信息管理系统设定各利益主题的保密程度和权限，防护系统安全、防范网络病毒和恶意攻击，以保障整个信息系统安全稳定运行。

分布式电源接入技术是智能电网能够自我判断和自我调节，对接入的多种能源提供分布式管理的智能化网络系统。当分布式电源接入到智能电网中，会对电网配网规划带来复杂性和不确定性，增加了区域负荷增长及分布的难度，从而对系统规划带来影响，同时分布式电源频率可能与电网频率不匹配，接入后可能会引起电网电压不稳定，打破系统原有供需平衡，而分布式电源接入技术能够是分布式电源友好地接入智能电网系统中，维持电网原有的供需平衡，提高电网系统运行可靠性。

分布式电源接入技术主要包括储能技术、微网协调控制技术和虚拟发电厂技术。储能技术是将接入智能电网的分布式电源提供的电能进行存储，而后通过将存储的能量转换成和智能电网匹配的电能输入到智能电网中。储能系统的储能装置由储能元件组成，常见的装置有蓄电池储能、超导储能、超级电容储能和飞轮储能等，通过储能装置实现对分布式电源提供电能的存储、释放以及快速功率交换；能量转换装置主要由电力电子器件组成，主要是对储能系统提供充放电控制、交直流电转换、功率调节控制以及运行参数检测监控等功能。

微网协调控制技术主要是解决分布式电源大规模接入智能电网的问题，它将分布式电源、储能系统的储能装置和能量转换装置以及终端用户进行有效整合，形成一个可灵活并网或独立运行的可控微网，并设定和大电网公共连接点（PCC）的唯一标准，从而实现分布式电源接入电网的可靠性，进一步提高了电力系统运行的灵活性、可控性和经济性，满足用户对电能质量和供电稳定性的要求。

为了有效客户风能、太阳能等可再生资源发电的间歇性，可以利用分布式能量管理系统的虚拟发电厂（CPP）技术，把某个地区的分布式电源、储能装置和负荷组合在一起，虚拟成一个可控的独立个体，当可再生资源提供电能变化时，可提前向电网提交发电计划和符合需求，从而使的电网良好地接纳对间歇的可再生能源。

小水电发电、风力发电、燃料电池等分布式电源靠近负荷中心，能够降低用户对原电网的扩展需求，提高了电网的供电可靠性。分布式电源接入技术允许大量的分布式电源接入到智能电网中，通过高级的自动化系统将它们无缝地集成到电网中协调运行，不仅节省了电网传输的投资，还能提高全系统的可靠性和运行效率，为整个电网的运行带来了巨大效益。

智能电网是电力系统发展的必然方向，更是实现“中国梦”的一项复杂而又艰巨的系统工程。智能电网技术利用各种现代科学技术，利用计算机对电力输送和分配进行自动化管理，对各种分布式电源提供良好稳定的接入口，智能电网正改变着我们的用电方式，为我们生产生活的稳定安全用电提供了坚实的保障。