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摘要:世界不少国家开展了智能电网的研究和实践工作。本文阐述了智能电网的内涵和特点,介绍了我国建设坚强智能电网的发展规划与研究目标,论述了智能电网对其他相关技术的带动作用和我国发展智能电网所面临的一些机遇和挑战。
关键词:智能电网;电力系统; 电力工业
作者简介:李越冰(1977-),男,河北石家庄人,华能北京热电有限责任公司安全监察部,工学硕士,主要研究方向:电力系统自动化。(北京 100023) 刘洋(1985-),男,河北石家庄人,石家庄市供电公司调度所配调班,助理工程师,主要研究方向:电气工程。(河北 石家庄 050000)
20世纪末,美国部分电力企业和电力研究机构提出了智能电网概念,并开展了深入的理论研究和实践工作。美国奥巴马政府对智能电网也非常重视,将智能电网发展作为美国新能源战略的基础和国家经济、能源新政策的重要组成部分,美国智能电网建设逐渐过渡到政府指导的模式。欧盟委员会也于2005年正式成立了智能电网欧洲技术论坛,希望把电网转换成用户和运营商互动的服务网,以提高欧洲输配电系统的效率以及安全性和稳定性,这有利于分布式和可再生能源的大规模应用。
智能电网是社会经济和科学技术发展的必然结果,通过利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性、电力系统运行稳定性等方面的性能。智能电网的基础是分布式数据传输、计算和控制技术,以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术。
随着我国电力体制改革的不断深化和特高压电网的建设的不断推进,智能电网也成为了我国电网发展的一个新方向。[1]国家电网公司于2009年5月21日发布了建设“坚强智能电网”的发展规划。到2020年将全面建成统一的“坚强智能电网”,以统一规划、统一标准、统一建设为原则,以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,建设具有信息化、自动化、互动化特征的现代化电网。
一、智能电网的定义和内涵
智能电网是在2003年6月,由美国“未来能源联盟智能电网工作组”提出来的。当时提出的智能电网定义为:集成了传统的现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统,具有更加完善的性能并能够为用户提高一系列增值服务。目前,智能电网还没有一个很权威的统一的定义,各国对智能电网有多种不同解释。有的专家提出智能电网是利用传感、嵌入式处理、数字化通信和IT技术,将电网信息集成到电力公司的流程和系统,使电网可观测,可控制和自动化;也有专家认为智能电网是通过将信息技术和电力运营技术结合起来,使电力系统各部分(发电、输电、变电、配电、用电等)自动化的数据结合起来,以实现完全的终端对终端的系统可视化的电网。
我国一些专家将智能电网定义为:[2]一个完全自动化的供电网络,其中的每一个用户和节点都得到实时监控,并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛应用的分布式智能和宽带通信,以及自动控制系统的集成,能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。
“坚强”和“智能”是坚强智能电网的基本内涵。因此,坚强智能电网是以坚强的电力网架为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包括电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度等各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。
二、智能电网的特点与研究目标
1.智能电网的特点
根据智能电网的相关文献,[2,3]可总结出智能电网有如下一些特点:(1)自愈和自适应。通过实时掌控电网运行状态及时发现、快速诊断和消除故障隐患,在尽量少的人工干预下,快速隔离故障、自我恢复,从而避免大面积停电的发生。(2)互动性。可实现与客户的智能互动,以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户的需求。电力系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接,同时通过市场交易来更好地激励电力市场主体来参与电网的安全管理,提升整个电力系统的安全运行水平。(3)安全可靠性。现代化的电网在建设时要考虑彻底的安全性和可靠性,开展提高电网安全性和可靠性的战略研究,以提高整个电力系统运行的安全性、可靠性和稳定性。智能电网可有效抵御自然灾害、外力破坏和网络攻击,保证人身、设备和电网的安全。(4)兼容性。将集中发电、分布式发电和储能单元兼容。传统的电力网络主要是面向远端集中式发电的,而智能电网可容纳包括集中式发电在内的多种不同类型发电,包括分布式发电甚至储能装置。(5)集成性。通过不断的流程优化、信息整合来实现企业管理、生产管理、调度自动化和电力市场管理业务的继承,形成全面的辅助决策支持体系,不断提升整个电力企业的管理效率。(6)经济高效。智能电网可优化资源配置,提高设备的传输容量和利用率,可在不同区域间进行及时调度,平衡电力供应缺口,支持电力市场竞争的要求,实行动态的浮动电价制度,以实现整个电力系统优化运行。
2.智能电网研究的目标[4]
(1)以抵御事故扰动为目的,实现安全稳定运行,降低大规模停电的风险。(2)使分布式电源(包含分布式发电、分布式储能和电力用户的需求响应)得到有效利用。(3)提高电网资产的利用率。(4)提高用户用电效率、可靠性和电能质量。
三、国家电网公司建设“坚强智能电网”的发展规划
国家电网公司建设“坚强智能电网”的发展规划共分为以下三个阶段:(1)2009～2010年为规划试点阶段。重点开展智能电网的发展规划工作,制定技术和管理标准,开展关键技术研究和设备的研制,开展各环节的试点工作。(2)2011～2015年为全面建设阶段。加快特高压电网和城乡配电网的全面建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。(3)2016～2020年为引领提升阶段。全面建成统一的坚强智能电网,技术和装备全面达到国际先进水平。电网优化配置资源能力大大提升,清洁能源装机比例达到35%,分布式电源实现“即插即用”,智能电表实现普及应用。
四、智能电网相关技术的发展
智能电网的快速发展,为许多相关产业的发展带来了重大机遇。
1.智能电表
智能电表是各类用户侧服务的基础,是智能电网应用的必要条件。理论上,智能电表应当具有双向的信息通信能力和双向电力计费能力,并根据电力企业和用户要求具有部分控制能力。根据需求不同,不同企业应用的智能电表的功能也有所区别。从当前发展来看,欧洲、美国对智能电表的需求较大,而国内也将在近期内大量应用。另外,欧洲等国际市场对我国智能电表也有一定的需求。
2.智能输配电
包括各类电网自动化技术以及应用于电网的电力电子技术。在电网自动化技术领域,国内外厂商水平相差不大,但国内电网企业在自动化系统应用上远超过国外电网。电力电子技术(灵活输电技术)应用方面,国内外相关产业的发展前景都相当广阔。
3.特高压技术
我国在交流特高压输电技术方面处于世界领先地位。2009年我国首条特高压直流和交流线路分别投入运营,带动了我国输变电设备行业整体的技术进步。2010年国网又实现了一条特高压交流、一条特高压直流线路,南方电网有1～2条特高压直流线路进行设备招标。行业领先的公司将分享这些特高压设备订单,相关设备由试制进入常规生产,并且进行标准化,为特高压设备未来批量供应打下坚实基础。未来10年,将重点发展交直流特高压输电以实现全国范围内电力能源的优化配置。我国的领先制造企业有西电、平高等制造商;应用领域的研究测试方面,国家电网公司所属的电力科学院所技术优势明显。
五、智能电网所面临的机遇和挑战
智能电网的发展,我国面临着许多新的机遇和挑战。在机遇方面,智能电网的建设可以大力提高我国电力工业的发展和运营水平,提高经济效能。[2](1)发电领域。如太阳能技术、储能技术、风力发电等技术等的发展。(2)输电领域。如谐波抑制、柔性交流输电、智能化变电站及其智能开关等技术的发展。(3)配电领域。配电自动化、微电网技术框架和接入技术与分布式储能装置研究等。(4)用电领域。智能电表、用电信息采集系统、可再生能源即插即用技术,双向互动营销技术、示范工程建设及高级量测和家电控制配套技术研究等也提供了机遇。(5)我国是世界上水电资源最丰富、水电年发电量最多、水电装机容量最大的国家,发展智能电网必须比其他国家有更大的水电优势。
在智能电网带来机遇的同时,也带来了挑战。发展智能电网没有现成的模式可以遵循,必须结合我国国情进行积极的探索和创新。世界金融危机的发生,使我们认识到要发展智能电网就需要考虑投资风险,并积极防范未来的还贷压力。发展智能电网不是单凭电网企业自身就能发展起来的,这就需要重视电力企业和其他相关产业的密切配合、协同发展。
六、结论
发展智能电网已经是我国电力工业发展的重要部分,中国建设坚强智能电网,必须遵循中国特色进行规划,既要满足近期的需求,又要适应未来的要求。本文简单介绍了智能电网的基本概念、特点和我国建设坚强电网的发展规划。智能电网的发展既有机遇又有需要注意的问题,我们应吸取国外智能电网建设的成功经验,结合中国实际情况,逐步建成具有中国特色的智能电网。
参考文献:
[1]帅军庆.创新发展建设智能电网——华东高级调度中心项目群建设的实践[J].中国电力企业管理,2009,(4):19-21.
[2]余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009,25(1):7-11.
[3]谢开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008,41(6):19-22.
[4]李兴源,魏巍,王渝红,等.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(17):1-5.
(责任编辑:刘辉)
关键词:智能电网;电力系统; 电力工业
作者简介:李越冰(1977-),男,河北石家庄人,华能北京热电有限责任公司安全监察部,工学硕士,主要研究方向:电力系统自动化。(北京 100023) 刘洋(1985-),男,河北石家庄人,石家庄市供电公司调度所配调班,助理工程师,主要研究方向:电气工程。(河北 石家庄 050000)
20世纪末,美国部分电力企业和电力研究机构提出了智能电网概念,并开展了深入的理论研究和实践工作。美国奥巴马政府对智能电网也非常重视,将智能电网发展作为美国新能源战略的基础和国家经济、能源新政策的重要组成部分,美国智能电网建设逐渐过渡到政府指导的模式。欧盟委员会也于2005年正式成立了智能电网欧洲技术论坛,希望把电网转换成用户和运营商互动的服务网,以提高欧洲输配电系统的效率以及安全性和稳定性,这有利于分布式和可再生能源的大规模应用。
智能电网是社会经济和科学技术发展的必然结果,通过利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性、电力系统运行稳定性等方面的性能。智能电网的基础是分布式数据传输、计算和控制技术,以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术。
随着我国电力体制改革的不断深化和特高压电网的建设的不断推进,智能电网也成为了我国电网发展的一个新方向。[1]国家电网公司于2009年5月21日发布了建设“坚强智能电网”的发展规划。到2020年将全面建成统一的“坚强智能电网”,以统一规划、统一标准、统一建设为原则,以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,建设具有信息化、自动化、互动化特征的现代化电网。
一、智能电网的定义和内涵
智能电网是在2003年6月,由美国“未来能源联盟智能电网工作组”提出来的。当时提出的智能电网定义为:集成了传统的现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术的输配电系统,具有更加完善的性能并能够为用户提高一系列增值服务。目前,智能电网还没有一个很权威的统一的定义,各国对智能电网有多种不同解释。有的专家提出智能电网是利用传感、嵌入式处理、数字化通信和IT技术,将电网信息集成到电力公司的流程和系统,使电网可观测,可控制和自动化;也有专家认为智能电网是通过将信息技术和电力运营技术结合起来,使电力系统各部分(发电、输电、变电、配电、用电等)自动化的数据结合起来,以实现完全的终端对终端的系统可视化的电网。
我国一些专家将智能电网定义为:[2]一个完全自动化的供电网络,其中的每一个用户和节点都得到实时监控,并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛应用的分布式智能和宽带通信,以及自动控制系统的集成,能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。
“坚强”和“智能”是坚强智能电网的基本内涵。因此,坚强智能电网是以坚强的电力网架为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包括电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度等各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。
二、智能电网的特点与研究目标
1.智能电网的特点
根据智能电网的相关文献,[2,3]可总结出智能电网有如下一些特点:(1)自愈和自适应。通过实时掌控电网运行状态及时发现、快速诊断和消除故障隐患,在尽量少的人工干预下,快速隔离故障、自我恢复,从而避免大面积停电的发生。(2)互动性。可实现与客户的智能互动,以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户的需求。电力系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接,同时通过市场交易来更好地激励电力市场主体来参与电网的安全管理,提升整个电力系统的安全运行水平。(3)安全可靠性。现代化的电网在建设时要考虑彻底的安全性和可靠性,开展提高电网安全性和可靠性的战略研究,以提高整个电力系统运行的安全性、可靠性和稳定性。智能电网可有效抵御自然灾害、外力破坏和网络攻击,保证人身、设备和电网的安全。(4)兼容性。将集中发电、分布式发电和储能单元兼容。传统的电力网络主要是面向远端集中式发电的,而智能电网可容纳包括集中式发电在内的多种不同类型发电,包括分布式发电甚至储能装置。(5)集成性。通过不断的流程优化、信息整合来实现企业管理、生产管理、调度自动化和电力市场管理业务的继承,形成全面的辅助决策支持体系,不断提升整个电力企业的管理效率。(6)经济高效。智能电网可优化资源配置,提高设备的传输容量和利用率,可在不同区域间进行及时调度,平衡电力供应缺口,支持电力市场竞争的要求,实行动态的浮动电价制度,以实现整个电力系统优化运行。
2.智能电网研究的目标[4]
(1)以抵御事故扰动为目的,实现安全稳定运行,降低大规模停电的风险。(2)使分布式电源(包含分布式发电、分布式储能和电力用户的需求响应)得到有效利用。(3)提高电网资产的利用率。(4)提高用户用电效率、可靠性和电能质量。
三、国家电网公司建设“坚强智能电网”的发展规划
国家电网公司建设“坚强智能电网”的发展规划共分为以下三个阶段:(1)2009～2010年为规划试点阶段。重点开展智能电网的发展规划工作,制定技术和管理标准,开展关键技术研究和设备的研制,开展各环节的试点工作。(2)2011～2015年为全面建设阶段。加快特高压电网和城乡配电网的全面建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。(3)2016～2020年为引领提升阶段。全面建成统一的坚强智能电网,技术和装备全面达到国际先进水平。电网优化配置资源能力大大提升,清洁能源装机比例达到35%,分布式电源实现“即插即用”,智能电表实现普及应用。
四、智能电网相关技术的发展
智能电网的快速发展,为许多相关产业的发展带来了重大机遇。
1.智能电表
智能电表是各类用户侧服务的基础,是智能电网应用的必要条件。理论上,智能电表应当具有双向的信息通信能力和双向电力计费能力,并根据电力企业和用户要求具有部分控制能力。根据需求不同,不同企业应用的智能电表的功能也有所区别。从当前发展来看,欧洲、美国对智能电表的需求较大,而国内也将在近期内大量应用。另外,欧洲等国际市场对我国智能电表也有一定的需求。
2.智能输配电
包括各类电网自动化技术以及应用于电网的电力电子技术。在电网自动化技术领域,国内外厂商水平相差不大,但国内电网企业在自动化系统应用上远超过国外电网。电力电子技术(灵活输电技术)应用方面,国内外相关产业的发展前景都相当广阔。
3.特高压技术
我国在交流特高压输电技术方面处于世界领先地位。2009年我国首条特高压直流和交流线路分别投入运营,带动了我国输变电设备行业整体的技术进步。2010年国网又实现了一条特高压交流、一条特高压直流线路,南方电网有1～2条特高压直流线路进行设备招标。行业领先的公司将分享这些特高压设备订单,相关设备由试制进入常规生产,并且进行标准化,为特高压设备未来批量供应打下坚实基础。未来10年,将重点发展交直流特高压输电以实现全国范围内电力能源的优化配置。我国的领先制造企业有西电、平高等制造商;应用领域的研究测试方面,国家电网公司所属的电力科学院所技术优势明显。
五、智能电网所面临的机遇和挑战
智能电网的发展,我国面临着许多新的机遇和挑战。在机遇方面,智能电网的建设可以大力提高我国电力工业的发展和运营水平,提高经济效能。[2](1)发电领域。如太阳能技术、储能技术、风力发电等技术等的发展。(2)输电领域。如谐波抑制、柔性交流输电、智能化变电站及其智能开关等技术的发展。(3)配电领域。配电自动化、微电网技术框架和接入技术与分布式储能装置研究等。(4)用电领域。智能电表、用电信息采集系统、可再生能源即插即用技术,双向互动营销技术、示范工程建设及高级量测和家电控制配套技术研究等也提供了机遇。(5)我国是世界上水电资源最丰富、水电年发电量最多、水电装机容量最大的国家,发展智能电网必须比其他国家有更大的水电优势。
在智能电网带来机遇的同时,也带来了挑战。发展智能电网没有现成的模式可以遵循,必须结合我国国情进行积极的探索和创新。世界金融危机的发生,使我们认识到要发展智能电网就需要考虑投资风险,并积极防范未来的还贷压力。发展智能电网不是单凭电网企业自身就能发展起来的,这就需要重视电力企业和其他相关产业的密切配合、协同发展。
六、结论
发展智能电网已经是我国电力工业发展的重要部分,中国建设坚强智能电网,必须遵循中国特色进行规划,既要满足近期的需求,又要适应未来的要求。本文简单介绍了智能电网的基本概念、特点和我国建设坚强电网的发展规划。智能电网的发展既有机遇又有需要注意的问题,我们应吸取国外智能电网建设的成功经验,结合中国实际情况,逐步建成具有中国特色的智能电网。
参考文献:
[1]帅军庆.创新发展建设智能电网——华东高级调度中心项目群建设的实践[J].中国电力企业管理,2009,(4):19-21.
[2]余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009,25(1):7-11.
[3]谢开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008,41(6):19-22.
[4]李兴源,魏巍,王渝红,等.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(17):1-5.
(责任编辑:刘辉)