智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統是實(shí)現智能電網(wǎng)的基礎，沒(méi)有這樣的通信系統，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現，因為智能電網(wǎng)的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統的支持，因此建立這樣的通信系統是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶(hù)，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò )—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò )，只有這樣才能實(shí)現智能電網(wǎng)的目標和主要特征。下圖顯示了電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò )的關(guān)系。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎設施。當這樣的通信系統建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

高速雙向通信系統的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續不斷地自我監測和校正，應用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現其最重要的特征—自愈特征。它還可以監測各種擾動(dòng)，進(jìn)行補償，重新分配潮流，避免事故的擴大。高速雙向通信系統使得各種不同的智能電子設備（IEDs）、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統以及用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化的通信，提高對電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。傳感器　　在這一技術(shù)領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面的技術(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注，其一就是開(kāi)放的通信架構，它形成一個(gè)“即插即用”的環(huán)境，使電網(wǎng)元件之間能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化的通信；其二是統一的技術(shù)標準，它能使所有的傳感器、智能電子設備（IEDs）以及應用系統之間實(shí)現無(wú)縫的通信，也就是信息在所有這些設備和系統之間能夠得到完全的理解，實(shí)現設備和設備之間、設備和系統之間、系統和系統之間的互操作功能。這就需要電力公司、設備制造企業(yè)以及標準制定機構進(jìn)行通力的合作，才能實(shí)現通信系統的互聯(lián)互通。

量測技術(shù)

參數量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數量測技術(shù)獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。

未來(lái)的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計及其讀取系統，取而代之的是可以使電力公司與用戶(hù)進(jìn)行雙向通信的智能固態(tài)表計?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛媽⒂懈嗟墓δ?，除了可以計量每天不同時(shí)段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價(jià)格信號及電費費率，并通知用戶(hù)實(shí)施什么樣的費率政策。更高級的功能有用戶(hù)自行根據費率政策，編制時(shí)間表，自動(dòng)控制用戶(hù)內部電力使用的策略。

對于電力公司來(lái)說(shuō)，參數量測技術(shù)給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質(zhì)量、相位關(guān)系（WAMS）、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線(xiàn)路負荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟件系統將收集、儲存、分析和處理這些數據，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

未來(lái)的數字保護將嵌入計算機代理程序，極大地提高可靠性。計算機代理程序是一個(gè)自治和交互的自適應的軟件模塊。廣域監測系統、保護和控制方案將集成數字保護、先進(jìn)的通信技術(shù)以及計算機代理程序。在這樣一個(gè)集成的分布式的保護系統中，保護元件能夠自適應地相互通信，這樣的靈活性和自適應能力將極大地提高可靠性，因為即使部分系統出現了故障，其他的帶有計算機代理程序的保護元件仍然能夠保護系統。

設備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應用先進(jìn)的設備技術(shù)，極大地提高輸配電系統的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設備將充分應用在材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來(lái)智能電網(wǎng)將主要應用三個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導技術(shù)以及大容量?jì)δ芗夹g(shù)。通過(guò)采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來(lái)提高電能質(zhì)量。通過(guò)應用和改造各種各樣的先進(jìn)設備，如基于電力電子技術(shù)和新型導體技術(shù)的設備，來(lái)提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統中要引進(jìn)許多新的儲能設備和電源，同時(shí)要利用新的網(wǎng)絡(luò )結構，如微電網(wǎng)。

經(jīng)濟的FACTS裝置將利用比現有半導體器件更能控制的低成本的電力半導體器件，使得這些先進(jìn)的設備可以廣泛的推廣應用。分布式發(fā)電將被廣泛地應用，多臺機組間通過(guò)通信系統連接起來(lái)形成一個(gè)可調度的虛擬電廠(chǎng)。超導技術(shù)將用于短路電流限制器、儲能、低損耗的旋轉設備以及低損耗電纜中。先進(jìn)的計量和通信技術(shù)將使得需求響應的應用成為可能。

新型的儲能技術(shù)將被應用為分布式能源或大型的集中式電廠(chǎng)。大型發(fā)電廠(chǎng)和分布式電源都有其不同的特性，它們必須協(xié)調有機地結合，以?xún)?yōu)化成本，提高效率和可靠性，減少環(huán)境影響。

控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預測狀態(tài)并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶(hù)側的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監測基本的元件（參數量測技術(shù)），提供及時(shí)和適當的響應（集成通信技術(shù)；先進(jìn)設備技術(shù)）并且對任何事件進(jìn)行快速的診斷（先進(jìn)決策技術(shù)）。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。 　　未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預設的專(zhuān)家系統，在專(zhuān)家系統允許的范圍內，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執行的行動(dòng)將在秒一級水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。當然先進(jìn)控制技術(shù)需要一個(gè)集成的高速通信系統以及對應的通信標準，以處理大量的數據。先進(jìn)控制技術(shù)將支持分布式智能代理軟件、分析工具以及其它應用軟件。

（1）收集數據和監測電網(wǎng)元件

先進(jìn)控制技術(shù)將使用智能傳感器、智能電子設備以及其他分析工具測量的系統和用戶(hù)參數以及電網(wǎng)元件的狀態(tài)情況，對整個(gè)系統的狀態(tài)進(jìn)行評估，這些數據都是準實(shí)時(shí)數據，對掌握電網(wǎng)整體的運行狀況具有重要的意義，同時(shí)還要利用向量測量單元以及全球衛星定位系統的時(shí)間信號，來(lái)實(shí)現電網(wǎng)早期的預警。

（2）分析數據

準實(shí)時(shí)數據以及強大的計算機處理能力為軟件分析工具提供了快速擴展和進(jìn)步的能力。狀態(tài)估計和應急分析將在秒級而不是分鐘級水平上完成分析，這給先進(jìn)控制技術(shù)和系統運行人員足夠的時(shí)間來(lái)響應緊急問(wèn)題；專(zhuān)家系統將數據轉化成信息用于快速決策；負荷預測將應用這些準實(shí)時(shí)數據以及改進(jìn)的天氣預報技術(shù)來(lái)準確預測負荷；概率風(fēng)險分析將成為例行工作，確定電網(wǎng)在設備檢修期間、系統壓力較大期間以及不希望的供電中斷時(shí)的風(fēng)險的水平；電網(wǎng)建模和仿真使運行人員認識準確的電網(wǎng)可能的場(chǎng)景。

（3）診斷和解決問(wèn)題

由高速計算機處理的準實(shí)時(shí)數據使得專(zhuān)家診斷來(lái)確定現有的、正在發(fā)展的和潛在的問(wèn)題的解決方案，并提交給系統運行人員進(jìn)行判斷。

（4）執行自動(dòng)控制的行動(dòng)

智能電網(wǎng)通過(guò)實(shí)時(shí)通信系統和高級分析技術(shù)的結合使得執行問(wèn)題檢測和響應的自動(dòng)控制行動(dòng)成為可能，它還可以降低已經(jīng)存在問(wèn)題的擴展，防止緊急問(wèn)題的發(fā)生，修改系統設置、狀態(tài)和潮流以防止預測問(wèn)題的發(fā)生。

（5）為運行人員提供信息和選擇

先進(jìn)控制技術(shù)不僅給控制裝置提供動(dòng)作信號，而且也為運行人員提供信息?？刂葡到y收集的大量數據不僅對自身有用，而且對系統運行人員也有很大的應用價(jià)值，而且這些數據輔助運行人員進(jìn)行決策。

支持技術(shù)

百萬(wàn)伏級特高壓交流工程黃河大跨越工程開(kāi)始緊張布線(xiàn)。

決策支持技術(shù)將復雜的電力系統數據轉化為系統運行人員一目了然的可理解的信息，因此動(dòng)畫(huà)技術(shù)、動(dòng)態(tài)著(zhù)色技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)以及其他數據展示技術(shù)用來(lái)幫助系統運行人員認識、分析和處理緊急問(wèn)題。 　　 在許多情況下，系統運行人員做出決策的時(shí)間從小時(shí)縮短到分鐘，甚至到秒，這樣智能電網(wǎng)需要一個(gè)廣闊的、無(wú)縫的、實(shí)時(shí)的應用系統、工具和培訓，以使電網(wǎng)運行人員和管理者能夠快速的做出決策。

（1）可視化—決策支持技術(shù)利用大量的數據并將其裁剪成格式化的、時(shí)間段和按技術(shù)分類(lèi)的最關(guān)鍵的數據給電網(wǎng)運行人員，可視化技術(shù)將這些數據展示為運行人員可以迅速掌握的可視的格式，以便運行人員分析和決策。

（2）決策支持—決策支持技術(shù)確定了現有的、正在發(fā)展的以及預測的問(wèn)題，提供決策支持的分析，并展示系統運行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。

（3）調度員培訓—利用決策支持技術(shù)工具以及行業(yè)內認證的軟件的動(dòng)態(tài)仿真器將顯著(zhù)的提高系統調度員的技能和水平。

（4）用戶(hù)決策—需求響應（DR）系統以很容易理解的方式為用戶(hù)提供信息，使他們能夠決定如何以及何時(shí)購買(mǎi)、儲存或生產(chǎn)電力。

（5）提高運行效率—當決策支持技術(shù)與現有的資產(chǎn)管理過(guò)程集成后，管理者和用戶(hù)就能夠提高電網(wǎng)運行、維修和規劃的效率和有效性。