对智能电网涉及的关键技术问题的探讨

1智能电网的概念和特点

根据国际电工委员会IEC整体定义:智能电网是电网现代化的表现,它将电网中的电源及用户通过电力和信息技术紧密结合到一起,也就是指一个完全自动化的供电网络,其中的每一个用户和节点都得到实时监控,并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛的应用分布式智能和宽带通信,以及自动控制系统的集成,保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。

尽管各国根据自身的国情对智能电网建设有着不同的重点和目标,但是智能电网建设的驱动都是基于市场、安全、电能质量和环境因素,其特征可归结为:自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成。

2智能电网的关键技术

2.1一流的智能电网需要一流的建设,一流的建设需要一流的规划,一流的规划需要一流的标准。建立坚强、灵活的网络拓扑坚强、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡,为了缓解此现状所带来的不利影响,我国开展了特高压联网工程、直流联网工程、点对点或点对网送电等工程的实施建设。例如,我国近年来先后在山西建设了750kV高压交流输电工程、在云南建设了±800kV云广特高压直流输电工程等联网工程,一定程度上解决了能源分布不平衡和电源送出的问题,然而随着电网规模的扩大、互联电网的形成,电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越严重,对主网架结构的规划设计要求也相应地提高了,2010年巴西发生的大停电事件为我们电网安全稳定运行敲响了警钟。只有灵活的电网结构才能应对自然灾害和社会灾害等突发灾害性事件对电网安全的影响。

2.2实现开放、标准、集成的通信系统

智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求,智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力:既包括识别故障早期征兆的预测能力,也包括对已经发生的扰动做出响应的能力,其监测范围将大范围扩展、全方位覆盖,为电网运行、综合管理等提供外延的应用支撑,而不仅局限于对电网装备的监测。

2.3配备高级的电力电子设备

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、动态电压恢复器、故障电流限制器以及高压直流输电所用装置和配网用的柔性输电系统装置等。

2.4智能调度技术和广域防护系统

智能调度是智能电网建设中的重要环节,调度的智能化是对现有调度控制中心功能的重大扩展,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。

调度智能化的最终目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术,协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系智能化调度的核心是在线实时决策指挥,目标是灾变防治,实现大面积连锁故障的预防。

2.5高级读表体系和需求的侧管理

智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一。人网和分布式管理的智能化网络系统,可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集,并且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户,实现对电能的最优配置与利用,提高电网运营的可靠性和能源利用效率。所以电网的智能化首先需要电力供应机构精确得知用户的用电规律,从而对需求和供应有一个更好的平衡。

因此目前国外推动智能电网建设,一般以构建高级量测体系为切入点。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间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。

随着技术的发展,将来的智能电表还可能作为互联网路由器,推动电力部门以其终端用户为基础,进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。

2.6高级配电自动化

高级的配电自动化将包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互。为此,高级的配电自动化需要更复杂的控制系统。

(1)系统全部元件必须在一个开放式的通信体系结构内并具有协同工作能力;(2)将使用经由分布式计算的局部分布式控制;(3)使用传感器、通信系统和分布式的计算主体,对电力交换系统的扰动快速做出反应,以使其影响最小化。

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发电和分布式储能,其中分布式发电技术包括:微型燃气轮机技术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等;分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。根据“十二五”电网规划,南方电网公司将大力支持清洁能源和可再生能源,加快解决新能源、可再生能源、分布式综合供能系统有效接入系统问题,重点推动海上风电的开发利用,力争在“十二五”末期,实现南方电网区域内非化石能源装机比重达到48%以上,发电量占总发电量的43%左右。

在我国,风能、太阳能发电的主要发展方式是在沙漠、戈壁滩等偏远的地区,但其在地理位置上分布不均匀,易受天气影响,而且具有波动性和间歇性的特点,会对可靠供电造成冲击,当地电网无法适应可再生能源集中开发和利用,这就需要解决风能、太阳能等可再生能源大规模开发的间歇性、不确定性问题,保证电力的规模接入和远距离送出,这将是接入各种可再生能源电源和分布式能源电源面临的一大挑战。