智能电网关键技术探析

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[摘 要]本文在介绍智能电网概念和基本特征的基础上，对智能电网各环节的关键技术进行了详细的叙述。

[关键词]智能电网 计量系统 自愈电网 关键技术

中图分类号：D910 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0081-01

引言

智能电网是指利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。其基础是分布式数据传输、计算和控制技术以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术；针对智能电网技术，美国和欧洲已经开展了广泛的研究，研究内容涵盖发电、输电、配电和售电等环节，许多电力企业也在尝试开展智能电网建设实践，通过技术与具体业务的有效结合，使智能电网建设在企业生产经营过程中切实发挥作用，最终达到提高运营绩效的目的。

1 智能电网概念

IBM给出的定义是：运用先进的网络分析技术及新的智能化技术手段，将电力企业的网络分析技术及新的智能化技术手段，电力企业的各种设备、控制系统、生产任务及工作有机地联系在一起，在一种“公共信息模型”的基础上自动收集和存储数据，对供电系统的运行及电力企业的经营管理进行全面、深入的分析，客观正确地优化其资产管理和供电服务。美国能源部现代电网委员会则是从广义的角度定义智能电网，是将先进的传感技术、控制理论、通信等先进技术集成到现行的电力系统的输配电领域的一项综合技术。目前我国智能电网的定义是：以特高压电网为骨干网、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。从美国、欧洲及国内的研究来看，智能电网是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

2 智能电网的基本特征

2.1 开放互动

实现电网、电源和用户的信息共享，实现可再生能源、分布式能源、新型负荷和各类储能装置的灵活接入、退出；同时实现与上游发电企业、下游终端用户、政府、监管部门等利益相关者的良性互动，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。在现代化电网中，商业工业和居民等能源消费者可以看到电费价格，有能力选择最合适自己的供电方案和电价；开展研制高级电能表为基础的开放性计量体系，它能让消费者更高效地利用电能，及时探测系统中的问题，从而让电力公司可以快速诊断和消除故障隐患，实现友好型高效消费电能。

2.2 坚强自愈。

电网架构完善、坚强，具备抵御自然灾害、人为攻击和其他影响电网稳定运行事件的能力，供电可靠性高；发生故障时，电网可以自动实现故障定位和切除，迅速恢复电力供应，并提供故障分析，缩短故障处理时间。有自愈能力的现代化电网可以发现并对电网的故障作出反应，快速解决，减少停电时间和经济损失；突出智能电网的自愈功能制止级联事件演变成大的停电事故，实施事件响应的快速仿真决策，主动解列灵活分区的分布协调、自适应控制以及在紧急状态下对分布式能源的辅助服务；具有故障定位与隔离和网络重构，非故障部分迅速恢复供电功能；注重电压与无功控制支持电网自愈；当系统拓扑结构发生变化时，继电保护具有再整定功能，实现智能化电力系统更新运行方式后的保护，以达到电网在任一重构时，要求一个新的电网方案和继电保护的配合等。

2.3 高效经济

提高电网运行和输送效率，提高设备的综合利用率，降低运营成本，推进需求侧管理，节能降耗、提高能效，促进能源和电力资产的高效利用，实现电力公司和用户两者整体经济效益最大化。提高电能质量，避免产生电压跌落、电压尖刺、扰动和中断等电能质量问题；优化电网资产提高运营效率，充分挖掘现代化电网的潜在供电能力，降低运行维护成本。

2.4 集成优化

实现变、配、用和调度各个环节的数据共享和业务贯通；引入资产全寿命管理模式，合理地安排设备的采购、运行与检修，实现网架规划、建设、运维等全寿命周期的优化，有效降低投资和运维成本；智能电网建设的总体目标是以技术进步为基础，以信息化建设为支撑，围绕提高电网运行监控水平、提高供电可靠性和电能质量、提高资产利用率和经济运行水平三大核心任务，开展先进设备、全景采集、双向通信和智能决策四大关键支撑技术的研究，实现智能变电、精益运维，坚强配网、调配一体，数字营销、节能互动，高效调度、兼容互济，信息贯通的业务发展目标。

智能电网覆盖了从发电到售电各个环节的业务，体现了智能调度、智能变电站、智能配电和智能用电等智能电网重要构成元素，还包括了新型能源接入、储能装置、分布式发电、电动汽车充电装置，以及智能表计、智能家电和用户能源管理门户等新型技术和新型装备。在电源侧，智能电网可以大量接入风能、太阳能等各种清洁电源，并实现可靠消纳，改变传统的单一能源集中发电模式，实现了发电环节的清洁、低碳；在电网侧，电网运行将实现可视化、数字化、智能化，促进供电企业电网规划建设、调度、生产等各项业务综合水平的大幅提升，提高供电可靠性和电能质量，实现高效、经济的电网运行；在用电侧，可以实现用户与电网的良性互动，提升供电企业的整体服务水平，同时通过引导客户改变用电方式，实现用电的削峰填谷，提高整体能效。

3 智能电网的关键技术

3.1 自愈电网

自愈是智能电网最重要的特征，自愈电网连续不断地进行在线自我评估，以预测电网可能出现的问题，发现已存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以纠正和控制。自愈电网确保了电网的安全性、可靠性、效率和电能质量。

3.2 微网

微网是指接有分布式电源的配电子系统，是一个预先设计好的孤岛，可在主网脱离后正常独立运行，维持所有或部分重要用电设备的供电。微电网与主电网可以灵活地连接、断开，既可与大电网联网运行，也可在主电网发生故障时与主网断开单独运行。

3.3 先进的计量基础设施AMI

AMI是一个使用智能电表通过多种通信介质，以设定的方式或按照需要测量、收集并分析用户的用电数据。AMI是智能电网的基础信息平台，能够提供开放式双向通信系统。

3.4 先进的电力电子设备

电力电子设备可以改善和控制电能质量，为用户提供满足其特定需求的电力。电力电子设备也是能量转换系统的关键部分，常被用来保护和控制电网。

3.5 可变频变压器VFT

VFT实际上是一个可连续调节的移相变压器，其核心部件是具有三相定子与转子绕组的旋转变压装置，运行时转子侧连接一个电网，定子侧连接另一个电网，VFT有交换能力和控制潮流的能力，是一种电网智能设备。

3.6 分布式电源

在智能电网中，改进的互联标准将使各种发电系统和储能系统更容易接入。各种不同容量的分布式发电（如风电、光伏发电）系统和储能系统（如燃料电池、蓄能式混合动力交通工具）在所有的电压等级上都可以互联。

3.7 智能调度技术

智能调度技术采用数据集成技术，有效整合并综合利用电力系统的动态、暂态和稳态运行信息，实现电力系统正常运行的监测与优化、事故的智能辨识、预警和动态控制、事故的故障分析处理和系统恢复。

3.8 数字化变电站

数字化变电站是指由智能化开关、电子式互感器等智能化一次设备，建立在IEC61850通信协议基础上实现变电站内智能电气设备间互操作和信息共享的现代化变电站，其基本特征为通信网络化、设备智能化、运行管理自动化、模型和通信协议统一化等。

结论

总之，智能电网技术是未来全球的发展目标，无论是在系统的运行、维护和控制方面，智能电网技术都优于传统的电力系统，大力发展和研发智能电网技术将成为国内外的研究热点。

参考文献

[1]李兴源，魏巍，王渝红，穆子龙，顾威.坚强智能电网发展技术的研究[J]. 电力系统保护与控制，2009，17：1-7.

[2]黄国强.智能电网关键技术的分析与探讨[J].陕西电力，2009，11：44-47.

[3]李乃湖，倪以信，孙舒捷，姚美齐.智能电网及其关键技术综述[J].南方电网技术，2010，03：1-7.