电网智能化及自动化技术的研讨

1、电网智能化及自动化技术的研讨1 能源发展方向与电网使命1.1 能源发展现状 化石能源短缺和枯竭的预期，以及全球气候变化的现实威 胁，成为新能源革命的主要驱动力。 利用清洁能源和可再生能源 是世界各国的必然选择， 是新能源革命的重要组成部分。 我国政 府提出了到 2020 年非化石能源在一次能源消费中占 15%的目标。 可以预期，到 2030-2050 年，这一目标有可能达到 40-60%。1.2 电网使命：在新能源革命条件下 ，电网的重要性日益突出，电网将成 为全社会重要的能源输送和配给网络。与传统电网相比，未来电网使命的变化主要有三点 ：（1）具有接纳大规模可再生能源电力的能力；（2）能够将

2、电力需求侧响应、分布式电源、储能装置、能 源综合高效利用系统与电网有机融合；（3）大幅度 提高电网安全、经济运行和环境兼容水平。2 电网的发展历程与智能电网发展现状2.1 电网的发展历程第一代电网：多为单机容量在10万kW以下的化石燃料和中 小水电作为电源， 能源利用率低， 环境污染严重。 多为城市电网、 孤立电网和小型电网，仅有简单保护和控制，由人工经验调度，安全性、可靠性较低。第二代电网：多为单机容量在20万kW以上的高效化石能源、 核能和大型水电作为电源， 能源利用率有所提高， 但高度依赖化 石能源等不可循环利用资源。 输配电设备电压等级为 330kV及以 上的超高压输电，大电网联合运行

3、，具备一定的自动化生产、调 度规模，安全性、可靠性大幅提高， 但存在大面积电网事故风险。第三代电网： 电源呈现大型集中式和分布式相结合趋势， 非 化石能源发电份额占较大份额，输电方式向大容量、低损耗、环 境友好方式转变，电网模式向骨干电网与微电网相结合方式发 展，智能化的电网控制、保护、信息、调度、用电系统使得供电 可靠性大幅提高， 电网向可持续的的能源传输、 存储和分配网络 模式发展。2.2 国内外智能电网发展情况：自上世纪 90 年代以来，发达国家开始研究发展适应清洁能 源、可再生能源的新型现代化电网模式 遵循 S.M.A.R.T 原则（ Specific 特定的、 Measurable

4、可测量的、 Attainable 可得 到的、 Relevant 相关的、 Trackable 可跟踪的）的智能电网。其 具有清洁、坚强、自愈、优化、交互、经济的特性。2.3 国外智能电网发展情况目前，美国能源部（DOE启动了 “电网2030计划”，描绘 了一个完全自动化的电力输送网络图景， 可以监控每个用户和节 点，并保证信息和电能在发电厂、 设备及其间任意点之间的双向流动。现在美国 Boulder 市业已成为美国智能电网城市，欧洲制定了智能电网三大发展阶段：初级阶段 - 扩展分布 式能源和可再生能源的监控和远程控制，以实现连接的灵活性； 中级阶段 - 合理分布式能源和可再生能源的管理； 高

5、级阶段 - 实现主动电力管理，运用实时通信和远程控制的分布式电网管 理。2.4 国内智能电网发展情况目前，我国的电力行业在输电网安全运行风险、 配网供电可 靠性、新能源入网、电网抗灾能力等方面面临诸多挑战。 2020 年，按照非石化能源占一次能源消费比重达15%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比 2006 年下降 40%-45%的目标，清洁能 源装机需要达到 5.7 亿千瓦。我国的水能、风能、太阳能等可再 生能源资源规模大、分布集中，且大多处于边远地区，需要走集 中开发、 规模外送和大范围消纳的发展道路。 随着科技进步和城 市化、信息化水平的提高，智能社区、智能城市电动汽车和智能 家电的推广

6、运用， 对电网的资源优化配置能力和智能化水平提出 了新的要求，同时也给电网的安全稳定运行带来巨大挑战。总体目标为建设以特高压电网为骨干网架， 各级电网协调发 展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强国家电网，全面提 高电网的安全性、经济性、适应性和互动性。 2015 年初步形成 坚强国家电网，电网的信息化、自动化、互动化水平明显提升， 满足大规模可再生资源接入和输送， 特高压及跨区电网输送能力 超过 2.4 亿千瓦， 智能电表广泛应用， 电动汽车充放电站布局基 本满足需要。3 智能化技术IBM电力专家提出智能电网概念是利用传感器对关键设备的 运行状况进行实时监控， 然后将获得的数据通过网络系统

7、进行收 集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统 运行的优化管理。埃森哲提出利用传感器、嵌入式处理器、数字 化通信和 IT 技术，使电网可观测、可控制和自动化，从而打造 更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。从以上对智能电网的 定义不难看出，利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监 控、进而实现电网设备可观测、 可控制和自动化是智能设备的核 心和目标。智能电网最根本的主旨是把电网建成坚强、可靠、高效、经 济的绿色电网。变压器、电抗器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等，这些设备，或故障率相对较高，或故障影响较大，具 有自检测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的自检测技术 已

8、有一定的研究基础和应用经验， 具备进行智能化应用的基本条 件。基于上述分析，智能化要从高压设备的设计开始。传感器、 控制器及其接口成为高压设备不可或缺的一部分， 智能组件承担 了过程层和间隔层全部计量、检测、测量、控制、保护等功能， 原来在主控室内实现的功能， 下放到了智能组件。 高压设备智能 化之后，除了电力线、智能组件电源线之外，只有连接站域系统 的网络线。 智能设备不仅仅是测量与控制方面的技术革新， 对变 电站设计、电网运行、乃至高压设备本身的技术发展，都有重大 影响。智能设备最为核心的特征是建立在数字化和网络化之上的 智能技术。 智能技术包括基于传感器的自我状态感知技术和基于 自检测信息的智能控制与保护技术。 智能技术是高压设备智能化 的核心特征， 也是技术成熟度相对较低、 需要研究和在实践中发 展的技术。智能设备另一个重要特征是信息互动功能。 设备自我状态感 知信息必须提交给智能电网的相关系统才能实现其价值。 智能调 度系统、 设备运行管理系统都与高压设备状态息息相关， 智能设 备与这些系统的信息互动是提升整个电网智能化水平的重要