智能電網(wǎng)
2009/8/17 8:59:00
摘要：針對電力系統(tǒng)在新世紀(jì)面臨的分布式電源并網(wǎng)、電網(wǎng)利用系數(shù)低以及數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用等諸多挑戰(zhàn)，提出智能電網(wǎng)的概念，闡述了智能電網(wǎng)的特點、目標(biāo)和主要組成，引用國外例證，估算了智能電網(wǎng)的投資和效益，指出智能電網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，應(yīng)加快我國智能電網(wǎng)研究。
關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；分布式電源；快速仿真與模擬；高級配電自動化；高級計量體系
根據(jù)美國工程院的評估，20世紀(jì)人類取得的最偉大的技術(shù)成就是電氣化。然而，與我們生活息息相關(guān)的電力系統(tǒng)卻面臨著越來越多的挑戰(zhàn)：
?。?）基于環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的要求，越來越多的分布式電源（簡記為DER,含分布式發(fā)電、分布式儲能和需求側(cè)管理）滲透在配電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中。傳統(tǒng)的只適合于單向潮流的配電系統(tǒng)由于需要集成數(shù)以萬計的分布式電源的并網(wǎng)運行而面臨雙向潮流等問題。
?。?）現(xiàn)時電網(wǎng)的利用系數(shù)很低（據(jù)美國統(tǒng)計約為55%），浪費了大量的固定資產(chǎn)投入。因此，需要開發(fā)高級的配電市場，通過電力公司與終端用戶的互動，實現(xiàn)更具彈性的負(fù)荷需求特性，優(yōu)化資產(chǎn)管理和利用。
?。?）近２０年，通訊和信息技術(shù)得到了長足的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)日益普及。它對配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量提出了很高的要求。然而，目前的電網(wǎng)是按照模擬技術(shù)設(shè)計的，適應(yīng)不了數(shù)字化社會的需要；同時，它在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用方面也相對落后，特別是在配電網(wǎng)方面，盡管技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使得對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和資產(chǎn)管理進(jìn)一步擴(kuò)展到配電網(wǎng)絡(luò)日益經(jīng)濟(jì)可行。
為了解決這些問題，在北美和歐洲已經(jīng)形成了強(qiáng)大的研究群體，開展IntelliGrid/SHG（SelfHealingGrid，自愈電網(wǎng)）/ModernGrid/SmartGrid[1-6]的研究。這些詞具有相似的內(nèi)涵，目前使用較多的是SmartGrid，在本文中我們將使用智能電網(wǎng)一詞。由于目前在同發(fā)、輸、配、用電這一鏈條中，同發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)相比，配電、用電以及電力公司和終端用戶的合作等環(huán)節(jié)上相對薄弱，影響了系統(tǒng)的整體性能和效率，所以這些研究重點關(guān)注的是配電網(wǎng)。本文將主要針對智能配電網(wǎng)給出提綱式的簡述。
1智能電網(wǎng)的概念
到目前為止，智能電網(wǎng)并沒有統(tǒng)一的定義。它是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個用戶和節(jié)點都得到了實時監(jiān)控，并保證了從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應(yīng)用的分布式智能和寬帶通訊及自動控制系統(tǒng)的集成，它能保證市場交易的實時進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動[7]。
1.1智能電網(wǎng)的特點和目標(biāo)
?。?）自愈，不論發(fā)生什么事故，智能電網(wǎng)都能自身解決以保證電力系統(tǒng)的安全性;
?。?）鼓勵和包括末端電力用戶，使之與電網(wǎng)自適應(yīng)交互；
?。?）防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和抵御自然災(zāi)害；
?。?）提供21世紀(jì)所需要的電能質(zhì)量；
?。?）優(yōu)化，以使資產(chǎn)和設(shè)備得到最好的應(yīng)用；
?。?）協(xié)調(diào)發(fā)電和儲能選擇；
?。?）使電力市場化可以進(jìn)一步實現(xiàn)。
1.2智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本要求
未來智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必須能支持現(xiàn)在配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所不能支持的兩個基本要求：
?。?）綜合考慮終端用戶（分布式電源，電力調(diào)節(jié)設(shè)備，無功補(bǔ)償設(shè)備和用戶能量管理系統(tǒng)）控制和總體配電系統(tǒng)控制，以達(dá)到系統(tǒng)性能的優(yōu)化，取得期望的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
（2）支持高比重的分布式電源，以提高系統(tǒng)的整體性、效率和靈活性。如，通過協(xié)同的、分布式的控制，可以利用分布式電源來優(yōu)化系統(tǒng)性能；而在發(fā)生重大系統(tǒng)故障時可利用它們進(jìn)行局部供電（微型電網(wǎng)）。
表1提供了目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的一般比較。
表1目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的比較
關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；分布式電源；快速仿真與模擬；高級配電自動化；高級計量體系
根據(jù)美國工程院的評估，20世紀(jì)人類取得的最偉大的技術(shù)成就是電氣化。然而，與我們生活息息相關(guān)的電力系統(tǒng)卻面臨著越來越多的挑戰(zhàn)：
?。?）基于環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的要求，越來越多的分布式電源（簡記為DER,含分布式發(fā)電、分布式儲能和需求側(cè)管理）滲透在配電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中。傳統(tǒng)的只適合于單向潮流的配電系統(tǒng)由于需要集成數(shù)以萬計的分布式電源的并網(wǎng)運行而面臨雙向潮流等問題。
?。?）現(xiàn)時電網(wǎng)的利用系數(shù)很低（據(jù)美國統(tǒng)計約為55%），浪費了大量的固定資產(chǎn)投入。因此，需要開發(fā)高級的配電市場，通過電力公司與終端用戶的互動，實現(xiàn)更具彈性的負(fù)荷需求特性，優(yōu)化資產(chǎn)管理和利用。
?。?）近２０年，通訊和信息技術(shù)得到了長足的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)日益普及。它對配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量提出了很高的要求。然而，目前的電網(wǎng)是按照模擬技術(shù)設(shè)計的，適應(yīng)不了數(shù)字化社會的需要；同時，它在數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用方面也相對落后，特別是在配電網(wǎng)方面，盡管技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使得對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和資產(chǎn)管理進(jìn)一步擴(kuò)展到配電網(wǎng)絡(luò)日益經(jīng)濟(jì)可行。
為了解決這些問題，在北美和歐洲已經(jīng)形成了強(qiáng)大的研究群體，開展IntelliGrid/SHG（SelfHealingGrid，自愈電網(wǎng)）/ModernGrid/SmartGrid[1-6]的研究。這些詞具有相似的內(nèi)涵，目前使用較多的是SmartGrid，在本文中我們將使用智能電網(wǎng)一詞。由于目前在同發(fā)、輸、配、用電這一鏈條中，同發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)相比，配電、用電以及電力公司和終端用戶的合作等環(huán)節(jié)上相對薄弱，影響了系統(tǒng)的整體性能和效率，所以這些研究重點關(guān)注的是配電網(wǎng)。本文將主要針對智能配電網(wǎng)給出提綱式的簡述。
1智能電網(wǎng)的概念
到目前為止，智能電網(wǎng)并沒有統(tǒng)一的定義。它是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個用戶和節(jié)點都得到了實時監(jiān)控，并保證了從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應(yīng)用的分布式智能和寬帶通訊及自動控制系統(tǒng)的集成，它能保證市場交易的實時進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動[7]。
1.1智能電網(wǎng)的特點和目標(biāo)
?。?）自愈，不論發(fā)生什么事故，智能電網(wǎng)都能自身解決以保證電力系統(tǒng)的安全性;
?。?）鼓勵和包括末端電力用戶，使之與電網(wǎng)自適應(yīng)交互；
?。?）防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和抵御自然災(zāi)害；
?。?）提供21世紀(jì)所需要的電能質(zhì)量；
?。?）優(yōu)化，以使資產(chǎn)和設(shè)備得到最好的應(yīng)用；
?。?）協(xié)調(diào)發(fā)電和儲能選擇；
?。?）使電力市場化可以進(jìn)一步實現(xiàn)。
1.2智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本要求
未來智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必須能支持現(xiàn)在配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所不能支持的兩個基本要求：
?。?）綜合考慮終端用戶（分布式電源，電力調(diào)節(jié)設(shè)備，無功補(bǔ)償設(shè)備和用戶能量管理系統(tǒng)）控制和總體配電系統(tǒng)控制，以達(dá)到系統(tǒng)性能的優(yōu)化，取得期望的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
（2）支持高比重的分布式電源，以提高系統(tǒng)的整體性、效率和靈活性。如，通過協(xié)同的、分布式的控制，可以利用分布式電源來優(yōu)化系統(tǒng)性能；而在發(fā)生重大系統(tǒng)故障時可利用它們進(jìn)行局部供電（微型電網(wǎng)）。
表1提供了目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的一般比較。
表1目前電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的比較
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目前電網(wǎng)
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智能電網(wǎng)
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很少
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