智能電網(wǎng)與電子式互感器及電力一次設(shè)備在線監(jiān)測

1.智能電網(wǎng)的發(fā)展

1. 1 《美國復(fù)蘇與再投資法案》

2009年2月17日美國總統(tǒng)奧巴馬簽署了2009年《美國復(fù)蘇與再投資法案》(American Recovery and Reinvestment Act—ARRA)。此法案規(guī)定撥款給美國能源部(Department of Energy-DOE)來支持研發(fā)智能電網(wǎng)(smart grid)的經(jīng)費(fèi)和示范工程，美國能源部即于2009年4月19日公布了《基金機(jī)遇通告》(FOA，(Funding Opportunity Announcementr))，將智能電網(wǎng)示范工程規(guī)定如下：①地區(qū)示范——核實(shí)智能電網(wǎng)技術(shù)生存能力和確認(rèn)智能電網(wǎng)的商務(wù)模型。②電力公司電能儲存示范——測試費(fèi)用和收益，檢驗(yàn)各種電能儲存方法的技術(shù)性能，如新型電池、特殊電容器、飛輪、風(fēng)與光電組合以及壓縮空氣能量系統(tǒng)等。③同步相量測量示范-建立廣域信息網(wǎng)絡(luò)(即相量測量裝置PMU/廣域測量系統(tǒng)WAMS)來調(diào)度和規(guī)劃電力系統(tǒng)。

美國能源部統(tǒng)計(jì)，通過對美國電網(wǎng)的智能化改造，預(yù)計(jì)未來20年內(nèi)可節(jié)省投資近千億美元。智能電網(wǎng)技術(shù)革新將打開電信、電網(wǎng)、電視網(wǎng)等整合的通道，為全球電力、電信產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、電視媒體等的改革提供獨(dú)特的機(jī)遇。

1.2 中國智能電網(wǎng)的研發(fā)

2009年5月21日舉行的“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞表示，積極發(fā)展智能電網(wǎng)已成為世界電力發(fā)展的新趨勢，到2020年，中國將全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。我國國家電網(wǎng)結(jié)合基本國情和特高壓實(shí)踐，確立了加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，即加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。國網(wǎng)公司將按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)的原則，在加快建設(shè)由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流構(gòu)成的特高壓骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，分階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展。

按照規(guī)劃，國家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)建設(shè)將分3階段：在2010年之前完成規(guī)劃與試點(diǎn)工作;在2010～2015年大面積推開;到2020年，全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

2.堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與電子式互感器及電力一次設(shè)備在線監(jiān)測

2.1自愈性智能電網(wǎng)(Self-Healing Smart Grid)

目前各大國都逐步建立了特大電網(wǎng)，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，美國、歐盟、俄羅斯、日本、巴西等國先后都在進(jìn)行智能電網(wǎng)的研究。

我國特高壓骨干網(wǎng)架將由1000kV級交流輸電網(wǎng)和±800kV、±1000kV直流直流系統(tǒng)構(gòu)成。我國地域遼闊，各大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，大量的西電東送，使國家大電網(wǎng)跨越了幾個(gè)時(shí)區(qū)。為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對智能電網(wǎng)的研發(fā)，則是急迫和至關(guān)重要的任務(wù)。由于這種跨越幾個(gè)時(shí)區(qū)的特大電網(wǎng)存在大面積停電的危險(xiǎn)，而這種危險(xiǎn)大多涉及調(diào)度員處理是否得當(dāng)?shù)娜藶橐蛩?，?003年 “8.14”美加大停電事故。為解決此問題，美國電力研究院(EPRI)最先提出以相量測量裝置PMU，Phasor Measurement Unit)/廣域測量系統(tǒng)(WAMS，Wide Area Measurement System)為基礎(chǔ)的突出自愈功能的智能電網(wǎng)概念。它要求對電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓相角測量快速而準(zhǔn)確。20世紀(jì)80年代同步相量測量的研究在美國已經(jīng)開始，并成為廣域測量系統(tǒng)的一部分。1996年夏季美國兩次大停電事故中，WAMS進(jìn)行了較全面準(zhǔn)確的記錄。1997年法國電力公司(EDF，Electric de France)也建設(shè)了基于PMU的協(xié)調(diào)防御控制系統(tǒng)。但是系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間卻很長，達(dá)到1.03s。2003年“8.14” 美加大停電事故更推進(jìn)了WAMS的建設(shè)。只要在全網(wǎng)PMU合理化布點(diǎn)的基礎(chǔ)上(滿足可觀測性)，就可對現(xiàn)代化大電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)功角穩(wěn)定裕度監(jiān)視;在線擾動(dòng)識別;分析電網(wǎng)的短路故障、機(jī)組振蕩與失步和系統(tǒng)電壓失穩(wěn)等;利用實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)線功率和相對相角等參量的頻譜特性(特征頻率以及對應(yīng)的衰減因子)識別系統(tǒng)低頻振蕩;在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)組間相對功角的暫態(tài)過程;進(jìn)行發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行監(jiān)測;電壓動(dòng)態(tài)過程監(jiān)測與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定預(yù)報(bào)。以及實(shí)現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控等。