智能电网发展与电能质量改善的若干观点

智能电网是当今电力系统发展的重要抓手和机遇，但是国内对智能电网的认识依然停留在“仁者见仁，智者见智”阶段，人力物力投入不少，尚处示范、探索阶段，只有具有明显技术—经济比较优势的项目才真正可持续。另外，我们的观念需更新。假如搞电网的人观念不能smart一点，想让电网更smart是否可能?智能电网究竟给我们哪些概念的?由哪里切入经济效益和社会效益才会更大?值得深入探讨。

“智能电网”的提出不会改变电力发展的基本矛盾

我国电力发展的基本矛盾并不因“智能电网”的提出而改变，电力系统主网的问题依然是主要问题。这虽然是常识问题，但常听、看到一些难以理解的提法和作法。

我国电力系统经过30年的高速发展，1996年装机容量位居世界第二。2007年，电站项目投产规模达到9100万kW，超过英国过去140年全国的装机总和。2011年底，全国发现设备容量为10.56亿kW，发电量已经超过美国。但是，中国发展受到资源和环境的严重制约，技能增效任务十分繁重。

我国总体资源相对匮乏，如：我国可耕土地占全球7%，人均耕地面积是世界均量的1/3;人均淡水总量为世界人均量的1/4;人均木材总量是世界人均量的1/8;铁矿石为世界人均量的42%;铜矿为世界人均量的18%。

资源消耗占世界的比重过大，对我国发展十分不利。如：我国2008年的GDP占世界的7.1%，而能源消耗量占世界的17.7%，为世界平均值的三倍;生铁的消耗量占世界的39.5%;钢材的消耗量占世界的50.9%;消耗水是为世界平均值的四倍。

中国已经成为世界第一能源消费国，如果不大幅度进行节能增效工作，继续以年均8%—9%的增速，到2020年能源消耗将达到79亿t标煤，相当于目前世界能源消耗的一半，如此发展难以长期持续，这也是中国电力发展的主要制约。

据中国电监会年度报告报道，2009年全国装机84660万kW，平均利用小时数为4527h，相当于51.7%。截至2009年底，220kV及以上输电线路达到40万km，变电容量17亿kVA，35kV及以上输电线路达到137kVA电网规模超过美国，居世界第一。

目前，全国500kVA线路达107993km，每回线按热稳限制其输电能力可达260kW。考虑稳定和事故限制，设计输送100万kW。各大区系统情况不同，多数时间输电水平在60万kW以上。发展智能输电电网技术，使输电线路运行超过设计容量100万kW，甚至接近热稳极限上有很大的潜力可供挖掘。

我所理解的“智能电网”

文献说：“智能电网”是使用健全的通信、高级的传感器和分布式计算机的电力传输与分配的网络，目的是改善电力传送和使用效率、提高可靠性和安全性。说得通俗些，“智能电网”就是把现代先进的计算机、通信、网络、传感和控制技术最大限度地应用于电力系统，以达到最大限度地提高设备效率，提高安全可靠性，节能减排，提高用户的供电质量，提高可再生能源的利用效率。

IBM认为智能电网应该包括3个层次：第一层次，实现对电网运行状态、资产设备状态和客户用电信息的实时、全面和详细监视，消除监测盲点，提高电网可观测性;第二层次，提供先进的IT技术手段，实现对电力企业信息的传输和集成;第三层次，在信息集成的基础上进行高级分析，实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。

清华大学高景德教授在20世纪80年代讨论学科交叉的时候就曾说过，现代电力系统实质上就是“CCCP”——计算机。通讯和控制技术于电力系统的技术的结合。几十年来电力系统自动化就是这样走过来的。

我认为，“智能电网”不是名词游戏，也不是概念炒作。“智能电网”的提出是现代电力系发展的内在需求和必然趋势。

在这里，有一个富有启发性的想法和与各位业界同仁进行交流。就是子啊系统中存在着大量能与电网合作的可平移负荷，这使得负荷曲线拉平成为可能，这些可平移负荷(如电暖气、空调、热水器、电冰箱等)的特点是不必时刻运行，可以适当平移，气到旋转备用的作用，占到20%。而电网的正常运行储备是10%—13%，也就是说可平移负荷的频率漂移而自动投切，则可起调频的作用取代旋转备用，可用来应对大规模等电厂的极端天气事件(如风电出力骤降)的影响。这些想法在当信息技术高度发达的今天，技术上应该是可行的，但是经济上是否值得要进行详细分析。是否照搬不一定，但思想非常有启发。

智能电网可以引发系列新概念、新思路、新平台、新前景。为电力系统技术带来新的大变革。举例如下。

(1)电能是即时平衡的。过去靠“以不变应万变”来达到动态平衡，于是大量冗余造成浪费。现在充分发挥IT技术作用，有可能靠与负荷互动来消峰填谷和减少热备用。如果可行讲引起从设计到运行的巨大变革。

(2)现在测量和通讯问题(指令下行仅数十ms)得到解决，是否可以通过空置达到瞬间平衡?那么迄今靠“试探”来达到新平衡的各种电力系统稳定控制措施起步都可以重新考虑?

(3)过去由于信息传递的困难，众多研究者都力求选用测量本地量作为反馈来达到最好的控制效果。广泛采用IT技术后，可以把电力系统中最佳客观点的物理量送到最佳可控器去，打破了“不可观”、“不可控”的约束，这不给电力系统的控制带来了革命?

(4)通过信息采集和信息传递，可望消除监测盲点。这样，电力系统一些重要参数的随机性、时变性和不可知性可望克服，是过去只能“靠加大保守性来换取可靠性”的一系列经典难题有可能得到解决，可大幅度提高输电极限。

中国发展智能电网面对的主要矛盾和强力动因如下：

(1)技能减排、资源和环境的制约。

(2)提高现有输电能力和各级电力设备利用率。

(3)进一步提高发输供用系统安全可靠性。冗余大。可靠性低，这在供电系统最明显。

(4)满足信息时代提高供电电能质量的新要求，这里面有许多大事和事实需要搞，值得搞。

(5)未来的更大规模可再生能源接入问题，这主要是体制问题还是技术问题?

(6)当前国民经济发展和广大老百姓迫切需要的是“大规模电动汽车上网充电”问题吗?是“用一个遥控器来控制多个家用电器一类的智能家居”吗?

我国电网的电能质量问题已很突出

现在，因为电能质量问题造成的损失很严重。美工每年停电及电能质量造成的损失在250—1800亿美元。我国主要城市电网的供电可靠性要求达到 99.98%;近期达到99.96%，而这与电压瞬降是两码事。国内某集成电路生产企业2002年全年共记录了31次电压跌落故障，每次故障造成的损失平均约200—300万元人民币。犹如某显像管厂月产值8500万。全部生产线自动化程度很高，采用了大量的PLC控制器。因此，电压波动对其影响很大。每次电压波动，不仅当时在生产线的大量产品出现质量问题而报废，而且可能引起控制程序紊乱，模具损坏，重新启动整条生产线也至少需要半小时，估计每次停电造成的损失接近百万元。

以上说明电压跌落(VoltageSag)是一些对电能质量敏感的企业值得严重注意的新问题。再继续治理谐波—不对称 —闪变等电能质量问题的同时，对暂态电压跌落问题要引起重视，要抓紧治理。另外，安装冬天无功补偿和电能质量控制装置必须考虑节能，不能因为改善电能质量而引入能耗大户。

东莞500kV变电站±200M—STATCOM是2011年科技部“十一五”重大科技支撑项目。该项目由南方电网公司、清华大学和荣信公司三方密切合作，于2011年9月正式投运。该项目不仅为南网的安全稳定运作做出了贡献，也为中国柔性输电技术的发展做出了重要贡献。±200M—STATCOM的成功表明中国STATCOM和D—STATCOM技术已经成熟，第二代动态无功补偿装置SVC将很快被取代。

需要强调的是电能质量问题需综合治理、合作治理。改进控制器可以实现电能质量综合治理。另外，要克服体制障碍，开展合作治理。最后总结一下：智能电网是在 IT技术高速发展的今天电力系统技术发展的必然趋;基于新的技术可能性，有望解决一大批长期制约电力系统发展的难题，使电力系统的安全、高效、绿色发展到前所未有的高度;智能电网只是新的手段，它的发展应该紧密围绕解决电力系统发展内在的根本矛盾，效益是最客观的考核标准;国内电网电能质量问题已经很突出，暂态电压跌落的治理已经刻不容缓，治理电能质量问题需考虑节能;电能质量需要综合治理和合作治理。

(本文根据作者协会PPT编辑而成，未经本人审阅)