智能配電網(wǎng)概述

標簽：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“未來(lái)能源聯(lián)盟智能電網(wǎng)工作組”在2003 年6 月份發(fā)表的報告。報告將智能電網(wǎng)定義為“集成了傳統的現代電力工程技術(shù)、高級傳感和監視技術(shù)、信息與通信技術(shù)的輸配電系統,具有更加完善的性能并且能夠為用戶(hù)提供一系列增值服務(wù)。”在此之后,陸續有一些文章、研究報告提出智能電網(wǎng)的定義;此外還有類(lèi)似的“Intelli Grid”、“Modern Grid(現代電網(wǎng)) ”的稱(chēng)謂。盡管這些定義、稱(chēng)謂在具體的說(shuō)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,很容易使人認為智能電網(wǎng)是一個(gè)屬于二次系統自動(dòng)化范疇的概念。事實(shí)上,智能電網(wǎng)是未來(lái)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(lái)理解它的含義。

1) 從技術(shù)組成方面講,智能電網(wǎng)是集計算機、通信、信號傳感、自動(dòng)控制、電力電子、超導材料等領(lǐng)域新技術(shù)在輸配電系統中應用的總和。這些新技術(shù)的應用不是孤立的、單方面的,不是對傳統輸配電系統進(jìn)行簡(jiǎn)單地改進(jìn)、提高,而是從提高電網(wǎng)整體性能、節省總體成本出發(fā),將各種新技術(shù)與傳統的輸配電技術(shù)進(jìn)行有機地融合,使電網(wǎng)的結構以及保護與運行控制方式發(fā)生革命性的變化。

2) 從功能特征上講,智能電網(wǎng)在系統安全性、供電可靠性、電能質(zhì)量、運行效率、資產(chǎn)管理等方面較傳統電網(wǎng)有著(zhù)實(shí)質(zhì)性的提高;支持各種分布式發(fā)電與儲能設備的即插即用;支持與用戶(hù)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60 年代計算機在電力系統的應用。20 世紀80 年代發(fā)展起來(lái)的柔性交流輸電( FACTS) 與誕生于20 世紀90 年代的廣域相量測量(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,分布式電源(Dist ributed Elect ric Resource ,DER ,包括分布式發(fā)電與儲能) 迅猛發(fā)展。人們對DER 并網(wǎng)帶來(lái)的技術(shù)與經(jīng)濟問(wèn)題的關(guān)注,在一定程度上催生了智能電網(wǎng)。

近年來(lái),國際上對智能電網(wǎng)的研究可謂方興末艾。2002 年,美國電科院創(chuàng )立了“Intelli Grid”聯(lián)盟(原名稱(chēng)為GEIDS) ,開(kāi)展現代智能電網(wǎng)的研究,已提出了用于電網(wǎng)數據與設備集成的Intelli2Grid 通信體系; 2003 年7 月, 美國能源部發(fā)表“Grid2030”報告,提出了美國電網(wǎng)發(fā)展的遠景設想,之后美國能源部先后資助了GridWise 、Grid2Works、MGI (現代電網(wǎng)) 等智能電網(wǎng)研究計劃。在實(shí)際應用方面,德克薩斯州的CenterPoint 能源公司、圣狄戈水電公司(SDG E) 等都在著(zhù)手智能電網(wǎng)項目的實(shí)施或制定發(fā)展規劃;作為美國蓋爾文電力行動(dòng)計劃( 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) ”項目。

歐洲國家也在積極推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應用工作。歐盟于2005 年成立了“智能電網(wǎng)技術(shù)論壇”;以歐洲國家為基礎的國際供電會(huì )議組織(CIRED) 于2008 年6 月召開(kāi)了“智能電網(wǎng)”專(zhuān)題研討會(huì )。在智能電網(wǎng)建設方面,意大利電力公司( ENEL) 在2002 年～2005 年投資了21 億歐元實(shí)施智能讀表項目,使高峰負荷降低約5 %,據報道每年可節省投資近5 億歐元; 法國電力公司( EDF) 以智能電網(wǎng)作為設計方針,改造其配電自動(dòng)化系統。

我國對智能電網(wǎng)的研究與討論起步相對較晚,但在具體的智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)與應用方面基本與世界先進(jìn)水平同步。我國地區級以上電網(wǎng)都實(shí)現了調度自動(dòng)化,35 kV 以上變電站基本都實(shí)現了變電站綜合自動(dòng)化,有200 多個(gè)地級城市建設了配電自動(dòng)化。廣域相量測量系統(WMAS) 、FACTS 等技術(shù)的研發(fā)與應用都有突破性進(jìn)展。最近,國家電網(wǎng)公司提出“建設堅強的智能化電網(wǎng)”,極大地推動(dòng)了我國智能電網(wǎng)研究的開(kāi)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)部分的內容。與傳統的配電網(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)檢測出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障并進(jìn)行相應的糾正性操作,使其不影響對用戶(hù)的正常供電或將其影響降至最小。自愈主要是解決“供電不間斷”的問(wèn)題,是對供電可靠性概念的發(fā)展,其內涵要大于供電可靠性。例如目前的供電可靠性管理不計及一些持續時(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備損壞或長(cháng)時(shí)間停運。

2) 具有更高的安全性。SDG 能夠很好地抵御戰爭攻擊、恐怖襲擊與自然災害的破壞,避免出現大面積停電;能夠將外部破壞限制在一定范圍內,保障重要用戶(hù)的正常供電。

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

4) 支持DER 的大量接入。這是SDG 區別于傳統配電網(wǎng)的重要特征。在SDG里,不再像傳統電網(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)、節省整體投資出發(fā),積極地接入DER 并發(fā)揮其作用。通過(guò)保護控制的自適應以及系統接口的標準化,支持DER 的“即插即用”。通過(guò)DER 的優(yōu)化調度,實(shí)現對各種能源的優(yōu)化利用。

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

6) 對配電網(wǎng)及其設備進(jìn)行可視化管理。SDG全面采集配電網(wǎng)及其設備的實(shí)時(shí)運行數據以及電能質(zhì)量擾動(dòng)、故障停電等數據,為運行人員提供高級的圖形界面,使其能夠全面掌握電網(wǎng)及其設備的運行狀態(tài),克服目前配電網(wǎng)因“盲管”造成的反應速度慢、效率低下問(wèn)題。對電網(wǎng)運行狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)診斷與風(fēng)險分析,為運行人員進(jìn)行調度決策提供技術(shù)支持。

7) 更高的資產(chǎn)利用率。SDG 實(shí)時(shí)監測電網(wǎng)設備溫度、絕緣水平、安全裕度等,在保證安全的前提下增加傳輸功率,提高系統容量利用率;通過(guò)對潮流分布的優(yōu)化,減少線(xiàn)損,進(jìn)一步提高運行效率;在線(xiàn)監測并診斷設計的運行狀態(tài),實(shí)施狀態(tài)檢修,以延長(cháng)設備使用壽命。

8) 配電管理與用電管理的信息化。SDG 將配電網(wǎng)實(shí)時(shí)運行與離線(xiàn)管理數據高度融合、深度集成,實(shí)現設備管理、檢修管理、停電管理以及用電管理的信息化。