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“未來能源聯(lián)盟智能電網(wǎng)工作組”在2003 年6 月份發(fā)表的報告。報告將智能電網(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為用戶提供一系列增值服務(wù)。”在此之后,陸續(xù)有一些文章、研究報告提出智能電網(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)是一個屬于二次系統(tǒng)自動化范疇的概念。事實上,智能電網(wǎng)是未來先進電網(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)是集計算機、通信、信號傳感、自動控制、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,不是對傳統(tǒng)輸配電系統(tǒng)進行簡單地改進、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)進行有機地融合,使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)電網(wǎng)有著實質(zhì)性的提高;支持各種分布式發(fā)電與儲能設(shè)備的即插即用;支持與用戶之間的互動。

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 年代計算機在電力系統(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 年代的廣域相量測量(WAMS) 技術(shù),也都屬于智能電網(wǎng)技術(shù)的范疇。進入21 世紀(jì),分布式電源(Dist ributed Elect ric Resource ,DER ,包括分布式發(fā)電與儲能) 迅猛發(fā)展。人們對DER 并網(wǎng)帶來的技術(shù)與經(jīng)濟問題的關(guān)注,在一定程度上催生了智能電網(wǎng)。

近年來,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, 美國能源部發(fā)表“Grid2030”報告,提出了美國電網(wǎng)發(fā)展的遠(yuǎn)景設(shè)想,之后美國能源部先后資助了GridWise 、Grid2Works、MGI (現(xiàn)代電網(wǎng)) 等智能電網(wǎng)研究計劃。在實際應(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)項目的實施或制定發(fā)展規(guī)劃;作為美國蓋爾文電力行動計劃( GEI) 的一部分,伊利諾斯工學(xué)院( IIT) 正在實施“理想電力( Perfect Pow2er) ”項目。

歐洲國家也在積極推動智能電網(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”;以歐洲國家為基礎(chǔ)的國際供電會議組織(CIRED) 于2008 年6 月召開了“智能電網(wǎng)”專題研討會。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 億歐元實施智能讀表項目,使高峰負(fù)荷降低約5 %,據(jù)報道每年可節(jié)省投資近5 億歐元; 法國電力公司( EDF) 以智能電網(wǎng)作為設(shè)計方針,改造其配電自動化系統(tǒng)。

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(yīng)用方面基本與世界先進水平同步。我國地區(qū)級以上電網(wǎng)都實現(xiàn)了調(diào)度自動化,35 kV 以上變電站基本都實現(xiàn)了變電站綜合自動化,有200 多個地級城市建設(shè)了配電自動化。廣域相量測量系統(tǒng)(WMAS) 、FACTS 等技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用都有突破性進展。最近,國家電網(wǎng)公司提出“建設(shè)堅強的智能化電網(wǎng)”,極大地推動了我國智能電網(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能夠及時檢測出已發(fā)生或正在發(fā)生的故障并進行相應(yīng)的糾正性操作,使其不影響對用戶的正常供電或?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及一些持續(xù)時間較短的斷電,但這些供電短時中斷往往都會使一些敏感的高科技設(shè)備損壞或長時間停運。

2) 具有更高的安全性。SDG 能夠很好地抵御戰(zhàn)爭攻擊、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 實時監(jiān)測并控制電能質(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,被動地硬性限制DER 接入點與容量,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,實現(xiàn)對各種能源的優(yōu)化利用。

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

6) 對配電網(wǎng)及其設(shè)備進行可視化管理。SDG全面采集配電網(wǎng)及其設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)以及電能質(zhì)量擾動、故障停電等數(shù)據(jù),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(shè)備的運行狀態(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。對電網(wǎng)運行狀態(tài)進行在線診斷與風(fēng)險分析,為運行人員進行調(diào)度決策提供技術(shù)支持。

7) 更高的資產(chǎn)利用率。SDG 實時監(jiān)測電網(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;通過對潮流分布的優(yōu)化,減少線損,進一步提高運行效率;在線監(jiān)測并診斷設(shè)計的運行狀態(tài),實施狀態(tài)檢修,以延長設(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)實時運行與離線管理數(shù)據(jù)高度融合、深度集成,實現(xiàn)設(shè)備管理、檢修管理、停電管理以及用電管理的信息化。