智能配電網(wǎng)概述

標(biāo)簽：智能電網(wǎng) 智能配電網(wǎng)

1 智能電網(wǎng)及其發(fā)展

1. 1 智能電網(wǎng)的定義

“智能電網(wǎng)”(Smart Grid) ,最早出自美國(guó)“未來能源聯(lián)盟智能電網(wǎng)工作組”在2003 年6 月份發(fā)表的報(bào)告。報(bào)告將智能電網(wǎng)定義為“集成了傳統(tǒng)的現(xiàn)代電力工程技術(shù)、高級(jí)傳感和監(jiān)視技術(shù)、信息與通信技術(shù)的輸配電系統(tǒng),具有更加完善的性能并且能夠?yàn)橛脩籼峁┮幌盗性鲋捣?wù)。”在此之后,陸續(xù)有一些文章、研究報(bào)告提出智能電網(wǎng)的定義;此外還有類似的“Intelli Grid”、“Modern Grid(現(xiàn)代電網(wǎng)) ”的稱謂。盡管這些定義、稱謂在具體的說法上有所不同,但其基本含義與以上給出的定義是一致的。

“智能”二字,很容易使人認(rèn)為智能電網(wǎng)是一個(gè)屬于二次系統(tǒng)自動(dòng)化范疇的概念。事實(shí)上,智能電網(wǎng)是未來先進(jìn)電網(wǎng)的代名詞,我們可從技術(shù)組成和功能特征兩方面來理解它的含義。

1) 從技術(shù)組成方面講,智能電網(wǎng)是集計(jì)算機(jī)、通信、信號(hào)傳感、自動(dòng)控制、電力電子、超導(dǎo)材料等領(lǐng)域新技術(shù)在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用的總和。這些新技術(shù)的應(yīng)用不是孤立的、單方面的,不是對(duì)傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單地改進(jìn)、提高,而是從提高電網(wǎng)整體性能、節(jié)省總體成本出發(fā),將各種新技術(shù)與傳統(tǒng)的輸配電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地融合,使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及保護(hù)與運(yùn)行控制方式發(fā)生革命性的變化。

2) 從功能特征上講,智能電網(wǎng)在系統(tǒng)安全性、供電可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行效率、資產(chǎn)管理等方面較傳統(tǒng)電網(wǎng)有著實(shí)質(zhì)性的提高;支持各種分布式發(fā)電與儲(chǔ)能設(shè)備的即插即用;支持與用戶之間的互動(dòng)。

1. 2 智能電網(wǎng)的發(fā)展

盡管智能電網(wǎng)的概念是在2003 年提出的,但智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展最早可追溯到20 世紀(jì)60 年代計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。20 世紀(jì)80 年代發(fā)展起來的柔性交流輸電( FACTS) 與誕生于20 世紀(jì)90 年代的廣域相量測(cè)量(WAMS) 技術(shù),也都屬于智能電網(wǎng)技術(shù)的范疇。進(jìn)入21 世紀(jì),分布式電源(Dist ributed Elect ric Resource ,DER ,包括分布式發(fā)電與儲(chǔ)能) 迅猛發(fā)展。人們對(duì)DER 并網(wǎng)帶來的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題的關(guān)注,在一定程度上催生了智能電網(wǎng)。

近年來,國(guó)際上對(duì)智能電網(wǎng)的研究可謂方興末艾。2002 年,美國(guó)電科院創(chuàng)立了“Intelli Grid”聯(lián)盟(原名稱為GEIDS) ,開展現(xiàn)代智能電網(wǎng)的研究,已提出了用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)與設(shè)備集成的Intelli2Grid 通信體系; 2003 年7 月, 美國(guó)能源部發(fā)表“Grid2030”報(bào)告,提出了美國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)景設(shè)想,之后美國(guó)能源部先后資助了GridWise 、Grid2Works、MGI (現(xiàn)代電網(wǎng)) 等智能電網(wǎng)研究計(jì)劃。在實(shí)際應(yīng)用方面,德克薩斯州的CenterPoint 能源公司、圣狄戈水電公司(SDG E) 等都在著手智能電網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)施或制定發(fā)展規(guī)劃;作為美國(guó)蓋爾文電力行動(dòng)計(jì)劃( GEI) 的一部分,伊利諾斯工學(xué)院( IIT) 正在實(shí)施“理想電力( Perfect Pow2er) ”項(xiàng)目。

歐洲國(guó)家也在積極推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用工作。歐盟于2005 年成立了“智能電網(wǎng)技術(shù)論壇”;以歐洲國(guó)家為基礎(chǔ)的國(guó)際供電會(huì)議組織(CIRED) 于2008 年6 月召開了“智能電網(wǎng)”專題研討會(huì)。在智能電網(wǎng)建設(shè)方面,意大利電力公司( ENEL) 在2002 年～2005 年投資了21 億歐元實(shí)施智能讀表項(xiàng)目,使高峰負(fù)荷降低約5 %,據(jù)報(bào)道每年可節(jié)省投資近5 億歐元; 法國(guó)電力公司( EDF) 以智能電網(wǎng)作為設(shè)計(jì)方針,改造其配電自動(dòng)化系統(tǒng)。

我國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的研究與討論起步相對(duì)較晚,但在具體的智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面基本與世界先進(jìn)水平同步。我國(guó)地區(qū)級(jí)以上電網(wǎng)都實(shí)現(xiàn)了調(diào)度自動(dòng)化,35 kV 以上變電站基本都實(shí)現(xiàn)了變電站綜合自動(dòng)化,有200 多個(gè)地級(jí)城市建設(shè)了配電自動(dòng)化。廣域相量測(cè)量系統(tǒng)(WMAS) 、FACTS 等技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用都有突破性進(jìn)展。最近,國(guó)家電網(wǎng)公司提出“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能化電網(wǎng)”,極大地推動(dòng)了我國(guó)智能電網(wǎng)研究的開展。

2 智能配電網(wǎng)的功能特征

智能配電網(wǎng)(Smart Dist ribution Grid ,SDG)指智能電網(wǎng)中配電網(wǎng)部分的內(nèi)容。與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比,SDG具有以下功能特征。

1) 自愈能力。自愈是指SDG能夠及時(shí)檢測(cè)出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障并進(jìn)行相應(yīng)的糾正性操作,使其不影響對(duì)用戶的正常供電或?qū)⑵溆绊懡抵磷钚?。自愈主要是解決“供電不間斷”的問題,是對(duì)供電可靠性概念的發(fā)展,其內(nèi)涵要大于供電可靠性。例如目前的供電可靠性管理不計(jì)及一些持續(xù)時(shí)間較短的斷電,但這些供電短時(shí)中斷往往都會(huì)使一些敏感的高科技設(shè)備損壞或長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。

2) 具有更高的安全性。SDG 能夠很好地抵御戰(zhàn)爭(zhēng)攻擊、恐怖襲擊與自然災(zāi)害的破壞,避免出現(xiàn)大面積停電;能夠?qū)⑼獠科茐南拗圃谝欢ǚ秶鷥?nèi),保障重要用戶的正常供電。

3) 提供更高的電能質(zhì)量。SDG 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制電能質(zhì)量,使電壓有效值和波形符合用戶的要求,即能夠保證用戶設(shè)備的正常運(yùn)行并且不影響其使用壽命。

4) 支持DER 的大量接入。這是SDG 區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的重要特征。在SDG里,不再像傳統(tǒng)電網(wǎng)那樣,被動(dòng)地硬性限制DER 接入點(diǎn)與容量,而是從有利于可再生能源足額上網(wǎng)、節(jié)省整體投資出發(fā),積極地接入DER 并發(fā)揮其作用。通過保護(hù)控制的自適應(yīng)以及系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化,支持DER 的“即插即用”。通過DER 的優(yōu)化調(diào)度,實(shí)現(xiàn)對(duì)各種能源的優(yōu)化利用。

5) 支持與用戶互動(dòng)。與用戶互動(dòng)也是SDG區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的重要特征之一。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是應(yīng)用智能電表,實(shí)行分時(shí)電價(jià)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)電價(jià),讓用戶自行選擇用電時(shí)段,在節(jié)省電費(fèi)的同時(shí),為降低電網(wǎng)高峰負(fù)荷作貢獻(xiàn);二是允許并積極創(chuàng)造條件讓擁有DER (包括電動(dòng)車) 的用戶在用電高峰時(shí)向電網(wǎng)送電。

6) 對(duì)配電網(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行可視化管理。SDG全面采集配電網(wǎng)及其設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及電能質(zhì)量擾動(dòng)、故障停電等數(shù)據(jù),為運(yùn)行人員提供高級(jí)的圖形界面,使其能夠全面掌握電網(wǎng)及其設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),克服目前配電網(wǎng)因“盲管”造成的反應(yīng)速度慢、效率低下問題。對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線診斷與風(fēng)險(xiǎn)分析,為運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)度決策提供技術(shù)支持。

7) 更高的資產(chǎn)利用率。SDG 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)設(shè)備溫度、絕緣水平、安全裕度等,在保證安全的前提下增加傳輸功率,提高系統(tǒng)容量利用率;通過對(duì)潮流分布的優(yōu)化,減少線損,進(jìn)一步提高運(yùn)行效率;在線監(jiān)測(cè)并診斷設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)施狀態(tài)檢修,以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

8) 配電管理與用電管理的信息化。SDG 將配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行與離線管理數(shù)據(jù)高度融合、深度集成,實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、檢修管理、停電管理以及用電管理的信息化。