淺談智能電網(wǎng)技術應用

智能電網(wǎng)是在物理電網(wǎng)的基礎上，與包含光纖通信和3G網(wǎng)絡通信的現(xiàn)代通信技術、傳感測量技術、調(diào)度自動化控制技術、分布式電源接入技術以及電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)集成在一起形成新型的現(xiàn)代智能電網(wǎng)，使其在用電需求日益嚴峻的情況下，能夠安全穩(wěn)定地運行。

1概述

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)生活、科學研究等等各方面用電需求越來越多，作為國家經(jīng)濟命脈的基礎產(chǎn)業(yè)和公共事業(yè)，現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展面臨著日益嚴峻的挑戰(zhàn)和改革優(yōu)化的機遇。它不僅要面對大范圍用電實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高電網(wǎng)全天候運行的能力，以適應電力體制的改革，而且在隨著科學技術的發(fā)展，要把發(fā)電、輸配電、供電以及用電服務等整個流程實現(xiàn)信息化、數(shù)字化。智能化電網(wǎng)作為“電網(wǎng)2.0”，不僅能夠全天候運行，為各個行業(yè)提供所需電能，而且逐步向信息化、數(shù)字化的主流方向發(fā)展，來應對未來千變?nèi)f化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為人們正常生產(chǎn)生活用電提供保障。

2智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)以集成的高速雙向通信網(wǎng)絡和物理電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代信息通信技術，傳感測量技術、自動化控制技術、分析決策技術、能源電力技術與電網(wǎng)基礎設施高度結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟高效、環(huán)境友好等目標，從而使現(xiàn)代電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、智能化。

智能電網(wǎng)具有各種能力來滿足現(xiàn)代人們生產(chǎn)生活對電力的需求。由眾多自動化的輸電和配電組成的智能電網(wǎng)可以在自然災害和極端氣候條件下，亦或是在人為破壞或電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生打擾動和故障的時候，仍然安全穩(wěn)定地運行；同時智能電網(wǎng)能夠?qū)崟r連續(xù)地對電網(wǎng)狀態(tài)進行安全評估和分析，對電網(wǎng)故障具有預警和預防的控制能力，通過對故障診斷，能夠?qū)崿F(xiàn)隔離故障或者恢復故障的自愈能力；智能電網(wǎng)還適應分布式發(fā)電、微電網(wǎng)以及各種能源的接入，并對其提供完善的智能側(cè)管理功能；智能電網(wǎng)有良好的用戶接口，便于優(yōu)化電力系統(tǒng)設計；同時智能電網(wǎng)采用統(tǒng)一平臺，通過智能化的通信構(gòu)架，實時地將電網(wǎng)信息的集成與共享，對電網(wǎng)進行標準規(guī)范的管理，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務。

不同于現(xiàn)代電網(wǎng)，智能電網(wǎng)將電力流、信息流以及業(yè)務流高度融合在一起，將通信技術、傳感技術、自動化控制技術與電網(wǎng)基礎設施有機結(jié)合在一起，在堅強的電網(wǎng)基礎體系和技術支撐體系下，能夠抵御各種外來干擾和攻擊，自動隔離電網(wǎng)故障、自動修復電網(wǎng)問題，并能為各種小型分布式電源提供穩(wěn)定接口，并為其提供分布式管理功能，同時智能電網(wǎng)實現(xiàn)了雙向互動的服務模式，為用戶提供了詳細的用電信息，讓用戶放心用電、安全用電。

3智能電網(wǎng)技術應用

智能電網(wǎng)技術涵蓋整個電網(wǎng)環(huán)境，主要包含了現(xiàn)代通信技術，傳感測量技術，調(diào)度自動化控制技術，電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)以及分布式電源接入技術。

3.1現(xiàn)代通信技術

智能電網(wǎng)通過高度集成的高速雙向的通信系統(tǒng)，傳遞電網(wǎng)基本數(shù)據(jù)和控制信號。智能電網(wǎng)通過互聯(lián)網(wǎng)、光纖、3G等通信手段，將通信網(wǎng)絡和電網(wǎng)一起安裝到戶，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)或用戶的數(shù)據(jù)實時、動態(tài)地傳輸給電網(wǎng)控制中心，從而實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間能夠?qū)崟r互相相應，從而提高電網(wǎng)供電的可靠性，滿足電網(wǎng)需求，提高電網(wǎng)利用率。

現(xiàn)代通信技術已經(jīng)廣泛應用于智能電網(wǎng)中，一般地可以分為有線通信技術和無線通信技術。有線通信包含了電力線載波通信或者光纖通信，電力線載波通信是電網(wǎng)中特有的通信方式，它是直接利用輸電線為傳送媒介來進行信號傳輸，從而使得電網(wǎng)通信網(wǎng)絡投資少，見效快，曾是傳統(tǒng)電網(wǎng)中電力通信的主要方式。但是該方式也存在較明顯的缺點，由于受電力線強力磁場的影響，干擾信號明顯，嚴重影響了信號的正確讀取，加上我國限制其通信頻率，使得其通道容量小，音頻范圍窄，已經(jīng)逐步淡出現(xiàn)代智能電網(wǎng)?，F(xiàn)代光纖技術的發(fā)展，使得光纖線路具有傳輸頻帶寬、通信容量大，損耗低、中繼距離長，絕緣度高、抗電磁干擾性能強等有點，被大量使用在電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中。

智能電網(wǎng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)的無線通信包含了衛(wèi)星通信、微波/超短波通信，短波通信，3G通信等，電網(wǎng)通信系統(tǒng)搭建過程中，可以根據(jù)不同的地理和周邊環(huán)境，選擇不同的通信方式來滿足智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡的需求。衛(wèi)星通信主要是將通信衛(wèi)星作為地球上無線通信的中繼站，適合智能電網(wǎng)大范圍通信，微波通信和短波通信是針對不同的通信距離的通信手段。微波通信是直線通信，要求通信兩點之間無障礙，可以作為郊外遠距離通信的輔助手段。短波通信適合長距離通信，通過云層電離層反射來進行遠距離通信。3G通信技術是指第三段移動通信技術，它可靠性高，覆蓋面積廣，傳輸速率高，網(wǎng)絡帶寬高，在智能電網(wǎng)的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡中能發(fā)揮不可替代的作用。

3G技術的安全可靠性，能夠使智能電網(wǎng)防御網(wǎng)絡攻擊，提高信息安全；高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，滿足智能電網(wǎng)傳輸大數(shù)據(jù)量的要求，安全可靠的數(shù)據(jù)交互性能智能電網(wǎng)開放性地兼容各種設備提供了可靠的通信機制，為智能電網(wǎng)智能控制、電網(wǎng)自愈、負荷調(diào)度、電力設備搶修以及智能需求側(cè)管理提供準確可靠實時的數(shù)據(jù)信息。

Zigbee技術是一種距離短，功耗低的無線組網(wǎng)通信技術，它由電池供電設備提供無線通信功能，是一種面向自動化和無線控制的無線網(wǎng)絡通信技術。Zigbee通信技術主要應用于電力用戶側(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡中的短距無線通信，自身體積小、成本低、可靠性高、適應環(huán)境能力強，極大地提高了電力用戶側(cè)的安全性和便利性。

將智能電網(wǎng)的設備IP化是智能電網(wǎng)的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡發(fā)展的又一個里程碑。互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6的發(fā)展，極大地彌補了IPv4造成的地址空間不足的問題。由于IPv6可以提供一個幾乎無限大的地址空間，從而可以為每一個智能電網(wǎng)的設備配備一個IPv6的地址，使得從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等整個過程參與的設備都變成通信網(wǎng)絡的節(jié)點，通過網(wǎng)絡節(jié)點管理系統(tǒng)，對其進行統(tǒng)一管理，進一步實現(xiàn)智能電網(wǎng)控制自動化。

3.2傳感測量技術 　　

傳感測量技術是智能電網(wǎng)技術在基礎部分，它主要是使用各種傳感器來獲取電網(wǎng)的技術數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，通過高通通信網(wǎng)絡，傳輸給電網(wǎng)使用。無線通信技術的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）被大量部署在用戶家中，與遠端主站設備進行通信，實現(xiàn)電能檢測、用戶用電信息精確實時顯示的功能。

無線傳感器網(wǎng)絡是基于傳感測量技術和無線通信技術的分布式智能化網(wǎng)絡，一般由傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊組成的傳感單元、嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理單元、通信單元和電源部分組成，每個無線傳感節(jié)點作為路由通過Zigbee網(wǎng)絡進行通信，以多跳方式接至智能交互終端，而后將數(shù)據(jù)傳送至集中器，最后通過寬帶接入網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至遠端主站設備進行相應處理。

電力用戶側(cè)的智能電網(wǎng)使用基于微處理器的智能固態(tài)表計來完成用戶與電力公司之間的雙向通信，除了記錄用戶每日的電量使用以及電費消費外，還能向用戶顯示電力公司通達的不同時段的用電價格、電費費率以及當前實施的費率政策。用戶可以通過智能表計，根據(jù)電力公司制定的費率政策來設定不同時段用電消耗，自動控制用戶的電力使用策略。

通過傳感測量技術，電力公司的系統(tǒng)運行和規(guī)劃人員還可以實時獲取電網(wǎng)的功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關系等電力數(shù)據(jù)以及設備健康狀態(tài)、故障診斷、關鍵元器件溫度等設備數(shù)據(jù)，進而根據(jù)當前電網(wǎng)狀態(tài)對電網(wǎng)進行相關配置。

3.3自動化控制技術

自動化控制技術是智能電網(wǎng)進行自我調(diào)整的相關技術，以計算機為核心，以傳感測量技術獲取的數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對收集數(shù)據(jù)的分析和診斷，從確定性和概率性的角度，提供相應的解決方案，然后通過雙向高通的通信網(wǎng)絡，來對電網(wǎng)主要設備或子網(wǎng)發(fā)送控制命令，使其根據(jù)控制命令進行自行調(diào)整。

自動化控制技術在智能電網(wǎng)中應用主要體現(xiàn)在調(diào)度自動化控制方面。智能電網(wǎng)的數(shù)字化變電站，使用不同以往的對象模型來實現(xiàn)調(diào)度自動化，它使用的模型主要包括服務器模型，邏輯設備模型，邏輯節(jié)點模型和數(shù)據(jù)對象模，并通過統(tǒng)一的XML配置語言來定義模型來描述這些數(shù)據(jù)模型，從而量化地控制數(shù)字化變電站，使得操作更加確定化、透明化。XML配置語言采用面向?qū)ο笞悦枋龅姆椒?，通過定義多個數(shù)據(jù)類型為DOTypc，DATypc的數(shù)據(jù)對象并將其組成邏輯節(jié)點模型，而多種類型的邏輯節(jié)點組成邏輯設備，從而組成裝置模板供調(diào)度自動化控制系統(tǒng)調(diào)用。調(diào)度自動化系統(tǒng)根據(jù)裝置模板定義多個裝置實例，通過通信網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)字化變電站，而數(shù)字化變電站根據(jù)裝置模板實例中設定的各項參數(shù)進行相應調(diào)整，從而實現(xiàn)了數(shù)字化變電站的自動化控制。

自動化控制技術同時可以對分布式能源資源和需求的相應進行自動調(diào)度，對配電網(wǎng)和變電站進行自動化調(diào)整，對電網(wǎng)運行和規(guī)劃進行進一步優(yōu)化。

3.4電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)

電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的核心，它主要包括了電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、集成顯示以及保證信息安全等功能。信息管理系統(tǒng)可以實時對電網(wǎng)數(shù)據(jù)、分布式電網(wǎng)數(shù)據(jù)、智能電子設備數(shù)據(jù)、動態(tài)共享的資源數(shù)據(jù)等進行收集，以動態(tài)了解當前電網(wǎng)的運行狀態(tài)；信息管理系統(tǒng)收集電網(wǎng)數(shù)據(jù)后，通過對采集數(shù)據(jù)的處理和分析，可以獲取對整個電力縱向產(chǎn)業(yè)鏈的業(yè)務狀態(tài)、從國家到地區(qū)的電網(wǎng)信息以及橫向電網(wǎng)企業(yè)的各方面的信息；信息管理系統(tǒng)通過縱向產(chǎn)業(yè)鏈信息和電網(wǎng)信息集成，以及對各級電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部業(yè)務的信息集成，通過個性化可視平臺對其進行平面顯示、語音介紹、三維動畫展示；信息管理系統(tǒng)設定各利益主題的保密程度和權限，防護系統(tǒng)安全、防范網(wǎng)絡病毒和惡意攻擊，以保障整個信息系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.5分布式電源接入技術

分布式電源接入技術是智能電網(wǎng)能夠自我判斷和自我調(diào)節(jié)，對接入的多種能源提供分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)。當分布式電源接入到智能電網(wǎng)中，會對電網(wǎng)配網(wǎng)規(guī)劃帶來復雜性和不確定性，增加了區(qū)域負荷增長及分布的難度，從而對系統(tǒng)規(guī)劃帶來影響，同時分布式電源頻率可能與電網(wǎng)頻率不匹配，接入后可能會引起電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，打破系統(tǒng)原有供需平衡，而分布式電源接入技術能夠是分布式電源友好地接入智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，維持電網(wǎng)原有的供需平衡，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運行可靠性。

分布式電源接入技術主要包括儲能技術、微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術和虛擬發(fā)電廠技術。儲能技術是將接入智能電網(wǎng)的分布式電源提供的電能進行存儲，而后通過將存儲的能量轉(zhuǎn)換成和智能電網(wǎng)匹配的電能輸入到智能電網(wǎng)中。儲能系統(tǒng)的儲能裝置由儲能元件組成，常見的裝置有蓄電池儲能、超導儲能、超級電容儲能和飛輪儲能等，通過儲能裝置實現(xiàn)對分布式電源提供電能的存儲、釋放以及快速功率交換；能量轉(zhuǎn)換裝置主要由電力電子器件組成，主要是對儲能系統(tǒng)提供充放電控制、交直流電轉(zhuǎn)換、功率調(diào)節(jié)控制以及運行參數(shù)檢測監(jiān)控等功能。

微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術主要是解決分布式電源大規(guī)模接入智能電網(wǎng)的問題，它將分布式電源、儲能系統(tǒng)的儲能裝置和能量轉(zhuǎn)換裝置以及終端用戶進行有效整合，形成一個可靈活并網(wǎng)或獨立運行的可控微網(wǎng)，并設定和大電網(wǎng)公共連接點（PCC）的唯一標準，從而實現(xiàn)分布式電源接入電網(wǎng)的可靠性，進一步提高了電力系統(tǒng)運行的靈活性、可控性和經(jīng)濟性，滿足用戶對電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性的要求。

為了有效客戶風能、太陽能等可再生資源發(fā)電的間歇性，可以利用分布式能量管理系統(tǒng)的虛擬發(fā)電廠（CPP）技術，把某個地區(qū)的分布式電源、儲能裝置和負荷組合在一起，虛擬成一個可控的獨立個體，當可再生資源提供電能變化時，可提前向電網(wǎng)提交發(fā)電計劃和符合需求，從而使的電網(wǎng)良好地接納對間歇的可再生能源。

小水電發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池等分布式電源靠近負荷中心，能夠降低用戶對原電網(wǎng)的擴展需求，提高了電網(wǎng)的供電可靠性。分布式電源接入技術允許大量的分布式電源接入到智能電網(wǎng)中，通過高級的自動化系統(tǒng)將它們無縫地集成到電網(wǎng)中協(xié)調(diào)運行，不僅節(jié)省了電網(wǎng)傳輸?shù)耐顿Y，還能提高全系統(tǒng)的可靠性和運行效率，為整個電網(wǎng)的運行帶來了巨大效益。

智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，更是實現(xiàn)“中國夢”的一項復雜而又艱巨的系統(tǒng)工程。智能電網(wǎng)技術利用各種現(xiàn)代科學技術，利用計算機對電力輸送和分配進行自動化管理，對各種分布式電源提供良好穩(wěn)定的接入口，智能電網(wǎng)正改變著我們的用電方式，為我們生產(chǎn)生活的穩(wěn)定安全用電提供了堅實的保障。