论文部分内容阅读
[摘要] 智能电网作为中国现代化电网建设的核心，是全球下一代电网最基本的模式，它的本质是互动经济、兼容利用和能源替换。作为未来电网技术的发展趋势，进行智能电网建设的关键技术研究是非常有必要的。本文首先对智能电网建设的含义以及特征做了分析，在此基础上，从三个方面阐述了智能电网建设的关键技术，包括通信体系的建立与网络拓扑结构的布置、广域保护和智能调度系统的建立和可再生资源的科学合理使用。
[关键词] 智能电网；智能调度； 网络拓扑结构 ；通信体系 ；关键技术
中图分类号：O18文献标识码： A
智能电网是一个前景广阔的世纪工程,利国利民。当前建设智能电网已成为我国电网企业今后十年持续快速发展极为重要的战略部署,国内外对此给予了高度关注。但是,从哪些技术层面以及采取怎样的策略来指导智能化电网的工作成为关键的问题之一。
1．智能电网的内涵及特征概述
智能电网不仅是电网系统以后的发展趋势，同时是国家经济发展的选择。一般来说，物理电网是智能电网运行的基础，通过采用目前先进科学的信息、通讯、控制、传感测量和决策分析等技术，与物理电网互相间进行高度集成而形成一种新型的电网，也叫做电网系统的智能化。智能电网能够对电网的日常运行进行控制、监测，然后将电网系统运行过程中的问题和故障及时发现并采取诊断措施，使得电网的自动恢复有效达成，防止大范围的停电，从而减小损失。智能电网的特征一般如下：首先是具有自愈性。即智能电网可以采取不间断的在线评估方法来自我监测，能够将已经发生和将要发生的故障和问题及时发现，且能自动化的采用相关修复措施，使得危害最低。其次是信息化和数字化。在智能电网中芯片技术、信息通讯技术以及电子电力技术等数据采集方法和控制方法得到了广泛应用，电力设备中嵌入了具有自动分析作用的数字化芯片，使得电网成功步入了数字化和信息化阶段。然后是电网运行全过程的智能化。在发电时，智能电网可以完成智能化的协调并介入新能源。用户端可以促使供电方形成互动协调的智能化，从整体上达到及时的需求响应，用户按照电力系统能够满足自我需求的能力来进行电力消费的适时调整，因此获益。
2．智能电网建设的关键技术
2.1 建立电网通信体系，布置网络拓扑结构
通信支撑是智能电网运行的关键部分，而通信接入则是通信支撑的重要部分。由于EPON系统的网络拓扑结构能和电网的链形和环形结构完美融合，而且还能节省光纤，使得电网站点与配电终端互相间链路的保护作用以及50ms切换保护作用能成功实现，并且符合智能电网运行中高效经济、坚强可靠、开放透明、环保清洁以及互动有好的基本要求，从而EPON技术是通信支撑中通信接入的最适合方法，以EPON为基础的组网技术是智能电网在配电、用电以及调度中非常科学的通信方式。在推进过程中，智能电网和信息通信关系紧密，因此布置出坚强、灵活的网络拓扑结构是不可或缺的。网络拓扑结构布置是否科学合理与智能电网运行的优劣息息相关。配电自动化和DMS高级功能的实现的前提和基础是智能电网拓扑结构的分析。在分析过程中主要有树搜索法与邻接矩阵法两种方法，二者可以同时运用于智能电网的拓扑结构分析中。一般而言在厂站分析时经常运用邻接矩阵法，这样能和所有的主接线形式相符合。在厂站的拓扑结构分析中使用邻接矩阵法时，将邻接矩阵的自乘运算用节点消去法来替代，能使得厂站的网络拓扑计算速度大大提高。
2.2 广域保护和智能调度系统的建立
2.2.1 系统模拟与快速仿真
在对智能调度和广域保护系统进行快速模拟和仿真时，已经开发完成的DES软件结构相对比较复杂，主要包括电力模拟子系统、教员控制子系统、EMS/SCADA仿真子系统以及数据库管理子系统。电力模拟子系统主要运用于模拟智能系统日常实际的运行状况，也就是智能系统各种电力设备和相关网络的动态、静态响应。电力模拟子系统主要有算法的求借以及模型的生成，仿真模型包括自动装置、变压器、负荷、发电机、网络和继电保护等模型。仿真算法求解技术主要包括网络拓扑、节点的优化、故障和动态过程以及稳态潮流等的计算，还有暂态处理计算等。教员控制子系统主要指的是制作培训方案、评估培训结果以及控制培训过程。教员控制子系统能够进行故障设置的提供，能够完成恢复、快照、恢复事故之前的状态、暂停以及初态恢复等操作。EMS/SCADA仿真子系统也可以叫做图形支撑系统，在画面的风格特点以及内容的显示方面应该与在线系统保持相同。将用来描述EMS/SCADA系统的厂站图、系统图等含有的数据进行转换并分析后，DTS的图形支撑系统可以实现调用显示。DTS系统数据管理的中心是数据库管理的子系统，它可以提供数据通信的基础平台给系统中其他模块。DES数据库在设计过程中采用实时共享库与大型商用数据有效结合的方法，利用ORACLE管理系统来实现培训教案库以及数据库的维护功能，而SCADA实时数据库的仿真一般通过实时共享库来实现。
2.2.2 系统建设的主要技术
在广域保护和智能调度系统的建设中，主要有如下技术：首先是智能预警技术，系统的作用除了对无人值守变电站的运行安全进行维护以外，预警对电站设备运行造成影响的各种因素，例如水灾火灾、烟雾以及电缆异常等情况。智能预警技术通过在线监测的使用来对系统的故障及时发现并得出应对措施，以此来促进电力系统变电站运行过程中的安全性及可靠性。其次是优化调度技术，指的是在智能电网系统运行控制中对各种技术综合利用。一体化的调度管理技术充分体现了智能调度系统在运行中的高效化、规范化。优化调度技术的运用显示了智能电网的灵活性和经济性，与国家的节能减排策略相符合，有利于资源配置，也能够为分布式与可再生能源的接入实现技术支撑。然后是预防控制技术，进行智能化的电网故障辨别和恢复。智能电网利用高级分析技术与实时通信系统的结合来实现相应的自动化控制和执行问题的自动检测，能够修改系统潮流、状态和设置从而避免预测问题的产生。最后是调度决策可视化技术，能够实现综合业务接入、传输、交叉连接和交换等功能，进行电网全程的自动化诊断和集中监控，对每个电路板提供热插拔和热备份功能，从而使得系统的可维护性和安全性提高。
2.3 可再生资源的科学合理使用
可再生资源主要有太阳能、风能、生物质能以及潮汐能等。由于电力系统能源和电力供应的日趋紧张，我国经济的进步收到了很大的限制，因此从保护资源和节约成本的角度出发，利用输电配电设备的增加来进行高峰负荷需求的满足已经很难实现。另外，电力系统在发电中要求具有连续性，那么用电、供电年和发电之间应该维持平衡，智能电网中的发电容量和设备需要具有合理的备用容量。电力系统中对电能存储的相关技术也存在现实性要求，利用大规模的电能存储技术可以解决电力系统供电和配电的矛盾，使得电力设备的利用效率提高。在智能电网建设中，风能和太阳能是解决能源需求问题的最根本方法，每年地球接收的風能的20%或太阳能的0.01%就能满足全球的能量消耗，因此，在未来智能电网建设中，风能和太阳能，尤其是太阳能电池发电技术，将会是主要的能源来源。
3．结语
现代化的智能电网建设必须从资源优化配置、国家能源安全、上下游产业链的发展、电网资源利用效率的提高、能源结构变化的适应以及电网企业社会责任等多方面进行。智能电网建设是一项复杂而有意义的工程，对于低碳经济的发展以及节能减排的促进意义重大。本文首先对智能电网建设的含义和特征做了分析，然后从通信体系的建立和网络拓扑结构的布置、广域保护和智能调度系统的建设以及可再生能源的合理应用三个方面阐述了智能电网建设的关键技术，正是这些技术的不断发展进步使得电网的智能化成为可能。
参考文献
[1]武建东.再论中国互动电网革命：领跑下一代全球能源[N].东方早报，2009，3.
[2]杨德昌等.中国式智能电网的构成和发展规划研究[J].电网技术，2009，33（20）：13-20.
[3]余贻鑫等.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，25（1）：7-11.
[关键词] 智能电网；智能调度； 网络拓扑结构 ；通信体系 ；关键技术
中图分类号：O18文献标识码： A
智能电网是一个前景广阔的世纪工程,利国利民。当前建设智能电网已成为我国电网企业今后十年持续快速发展极为重要的战略部署,国内外对此给予了高度关注。但是,从哪些技术层面以及采取怎样的策略来指导智能化电网的工作成为关键的问题之一。
1．智能电网的内涵及特征概述
智能电网不仅是电网系统以后的发展趋势，同时是国家经济发展的选择。一般来说，物理电网是智能电网运行的基础，通过采用目前先进科学的信息、通讯、控制、传感测量和决策分析等技术，与物理电网互相间进行高度集成而形成一种新型的电网，也叫做电网系统的智能化。智能电网能够对电网的日常运行进行控制、监测，然后将电网系统运行过程中的问题和故障及时发现并采取诊断措施，使得电网的自动恢复有效达成，防止大范围的停电，从而减小损失。智能电网的特征一般如下：首先是具有自愈性。即智能电网可以采取不间断的在线评估方法来自我监测，能够将已经发生和将要发生的故障和问题及时发现，且能自动化的采用相关修复措施，使得危害最低。其次是信息化和数字化。在智能电网中芯片技术、信息通讯技术以及电子电力技术等数据采集方法和控制方法得到了广泛应用，电力设备中嵌入了具有自动分析作用的数字化芯片，使得电网成功步入了数字化和信息化阶段。然后是电网运行全过程的智能化。在发电时，智能电网可以完成智能化的协调并介入新能源。用户端可以促使供电方形成互动协调的智能化，从整体上达到及时的需求响应，用户按照电力系统能够满足自我需求的能力来进行电力消费的适时调整，因此获益。
2．智能电网建设的关键技术
2.1 建立电网通信体系，布置网络拓扑结构
通信支撑是智能电网运行的关键部分，而通信接入则是通信支撑的重要部分。由于EPON系统的网络拓扑结构能和电网的链形和环形结构完美融合，而且还能节省光纤，使得电网站点与配电终端互相间链路的保护作用以及50ms切换保护作用能成功实现，并且符合智能电网运行中高效经济、坚强可靠、开放透明、环保清洁以及互动有好的基本要求，从而EPON技术是通信支撑中通信接入的最适合方法，以EPON为基础的组网技术是智能电网在配电、用电以及调度中非常科学的通信方式。在推进过程中，智能电网和信息通信关系紧密，因此布置出坚强、灵活的网络拓扑结构是不可或缺的。网络拓扑结构布置是否科学合理与智能电网运行的优劣息息相关。配电自动化和DMS高级功能的实现的前提和基础是智能电网拓扑结构的分析。在分析过程中主要有树搜索法与邻接矩阵法两种方法，二者可以同时运用于智能电网的拓扑结构分析中。一般而言在厂站分析时经常运用邻接矩阵法，这样能和所有的主接线形式相符合。在厂站的拓扑结构分析中使用邻接矩阵法时，将邻接矩阵的自乘运算用节点消去法来替代，能使得厂站的网络拓扑计算速度大大提高。
2.2 广域保护和智能调度系统的建立
2.2.1 系统模拟与快速仿真
在对智能调度和广域保护系统进行快速模拟和仿真时，已经开发完成的DES软件结构相对比较复杂，主要包括电力模拟子系统、教员控制子系统、EMS/SCADA仿真子系统以及数据库管理子系统。电力模拟子系统主要运用于模拟智能系统日常实际的运行状况，也就是智能系统各种电力设备和相关网络的动态、静态响应。电力模拟子系统主要有算法的求借以及模型的生成，仿真模型包括自动装置、变压器、负荷、发电机、网络和继电保护等模型。仿真算法求解技术主要包括网络拓扑、节点的优化、故障和动态过程以及稳态潮流等的计算，还有暂态处理计算等。教员控制子系统主要指的是制作培训方案、评估培训结果以及控制培训过程。教员控制子系统能够进行故障设置的提供，能够完成恢复、快照、恢复事故之前的状态、暂停以及初态恢复等操作。EMS/SCADA仿真子系统也可以叫做图形支撑系统，在画面的风格特点以及内容的显示方面应该与在线系统保持相同。将用来描述EMS/SCADA系统的厂站图、系统图等含有的数据进行转换并分析后，DTS的图形支撑系统可以实现调用显示。DTS系统数据管理的中心是数据库管理的子系统，它可以提供数据通信的基础平台给系统中其他模块。DES数据库在设计过程中采用实时共享库与大型商用数据有效结合的方法，利用ORACLE管理系统来实现培训教案库以及数据库的维护功能，而SCADA实时数据库的仿真一般通过实时共享库来实现。
2.2.2 系统建设的主要技术
在广域保护和智能调度系统的建设中，主要有如下技术：首先是智能预警技术，系统的作用除了对无人值守变电站的运行安全进行维护以外，预警对电站设备运行造成影响的各种因素，例如水灾火灾、烟雾以及电缆异常等情况。智能预警技术通过在线监测的使用来对系统的故障及时发现并得出应对措施，以此来促进电力系统变电站运行过程中的安全性及可靠性。其次是优化调度技术，指的是在智能电网系统运行控制中对各种技术综合利用。一体化的调度管理技术充分体现了智能调度系统在运行中的高效化、规范化。优化调度技术的运用显示了智能电网的灵活性和经济性，与国家的节能减排策略相符合，有利于资源配置，也能够为分布式与可再生能源的接入实现技术支撑。然后是预防控制技术，进行智能化的电网故障辨别和恢复。智能电网利用高级分析技术与实时通信系统的结合来实现相应的自动化控制和执行问题的自动检测，能够修改系统潮流、状态和设置从而避免预测问题的产生。最后是调度决策可视化技术，能够实现综合业务接入、传输、交叉连接和交换等功能，进行电网全程的自动化诊断和集中监控，对每个电路板提供热插拔和热备份功能，从而使得系统的可维护性和安全性提高。
2.3 可再生资源的科学合理使用
可再生资源主要有太阳能、风能、生物质能以及潮汐能等。由于电力系统能源和电力供应的日趋紧张，我国经济的进步收到了很大的限制，因此从保护资源和节约成本的角度出发，利用输电配电设备的增加来进行高峰负荷需求的满足已经很难实现。另外，电力系统在发电中要求具有连续性，那么用电、供电年和发电之间应该维持平衡，智能电网中的发电容量和设备需要具有合理的备用容量。电力系统中对电能存储的相关技术也存在现实性要求，利用大规模的电能存储技术可以解决电力系统供电和配电的矛盾，使得电力设备的利用效率提高。在智能电网建设中，风能和太阳能是解决能源需求问题的最根本方法，每年地球接收的風能的20%或太阳能的0.01%就能满足全球的能量消耗，因此，在未来智能电网建设中，风能和太阳能，尤其是太阳能电池发电技术，将会是主要的能源来源。
3．结语
现代化的智能电网建设必须从资源优化配置、国家能源安全、上下游产业链的发展、电网资源利用效率的提高、能源结构变化的适应以及电网企业社会责任等多方面进行。智能电网建设是一项复杂而有意义的工程，对于低碳经济的发展以及节能减排的促进意义重大。本文首先对智能电网建设的含义和特征做了分析，然后从通信体系的建立和网络拓扑结构的布置、广域保护和智能调度系统的建设以及可再生能源的合理应用三个方面阐述了智能电网建设的关键技术，正是这些技术的不断发展进步使得电网的智能化成为可能。
参考文献
[1]武建东.再论中国互动电网革命：领跑下一代全球能源[N].东方早报，2009，3.
[2]杨德昌等.中国式智能电网的构成和发展规划研究[J].电网技术，2009，33（20）：13-20.
[3]余贻鑫等.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，25（1）：7-11.