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智能电网的来历、发展、意义

  “智能电网”(Smart Grid) ,最早出自美邦“将来能源定约智能电网做事组”正在2003 年6 月份揭晓的叙述。叙述将智能电网界说为“集成了古代的摩登电力工程工夫、高级传感和监督工夫、音信与通讯工夫的输配电编制,具有越发完备的机能而且不妨为用户供给一系列增值任事。”正在此之后,联贯有极少作品、探索叙述提出智能电网的界说;其它又有肖似的“Intelli Grid”、“Modern Grid(摩登电网) ”的称号。只管这些界说、称号正在整体的说法上有所区别,但其根本寄义与以上给出的界说是相同的。

  “智能”二字,很容易使人以为智能电网是一个属于二次编制主动化领域的观点。毕竟上,智能电网是将来前辈电网的代名词,咱们可从工夫构成和功效特色两方面来意会它的寄义。

  1) 从工夫构成方面讲,智能电网是集准备机、通讯、信号传感、主动驾御、电力电子、超导原料等规模新工夫正在输配电编制中操纵的总和。这些新工夫的操纵不是孤单的、片面的,不是对古代输配电编制实行纯粹地刷新、提升,而是从提升电网全部机能、节减总体本钱启航,将各样新工夫与古代的输配电工夫实行有机地交融,使电网的构造以及爱护与运转驾御式样爆发革命性的改观。

  2) 从功效特色上讲,智能电网正在编制安静性、供电牢靠性、电能质地、运转效劳、资产处理等方面较古代电网有委实质性的提升;接济各样分散式发电与储能修立的即插即用;接济与用户之间的互动。

  只管智能电网的观点是正在2003 年提出的,但智能电网工夫的开展最早可追溯到20 世纪60 年代准备机正在电力编制的操纵。20 世纪80 年代开展起来的柔性调换输电( FACTS) 与成立于20 世纪90 年代的广域相量丈量(WAMS) 工夫,也都属于智能电网工夫的领域。进入21 世纪,分散式电源(Dist ributed Elect rIC Resource ,DER ,网罗分散式发电与储能) 迅猛开展。人们对DER 并网带来的工夫与经济题目的闭心,正在肯定水平上催生了智能电网。

  近年来,邦际上对智能电网的探索可谓方兴末艾。2002 年,美邦电科院创立了“Intelli Grid”定约(原名称为GEIDS) ,开暴露代智能电网的探索,已提出了用于电网数据与修立集成的Intelli2Grid 通讯编制; 2003 年7 月, 美邦能源部揭晓“Grid2030”叙述,提出了美邦电网开展的前景设念,之后美邦能源部先后资助了GridWise 、Grid2Works、MGI (摩登电网) 等智能电网探索宗旨。正在实质操纵方面,德克萨斯州的CenterPoint 能源公司、圣狄戈水电公司(SDG & E) 等都不才手智能电网项方针施行或制订开展谋划;行为美邦盖尔文电力行径宗旨( GEI) 的一部门,伊利诺斯工学院( IIT) 正正在施行“理念电力( Perfect Pow2er) ”项目。

  欧洲邦度也正在主动胀动智能电网工夫研发与操纵做事。欧盟于2005 年建设了“智能电网工夫论坛”;以欧洲邦度为底子的邦际供电集会构制(CIRED) 于2008 年6 月召开了“智能电网”专题研讨会。正在智能电网摆设方面,意大利电力公司( ENEL) 正在2002 年~2005 年投资了21 亿欧元施行智能读外项目,使顶峰负荷下降约5 %,据报道每年可节减投资近5 亿欧元; 法邦电力公司( EDF) 以智能电网行为策画目标,改制其配电主动化编制。

  我邦对智能电网的探索与咨询起步相对较晚,但正在整体的智能电网工夫研发与操纵方面根本与天下前辈程度同步。我邦区域级以上电网都完毕了调剂主动化,35 kV 以上变电站根本都完毕了变电站归纳主动化,有200 众个地级都市摆设了配电主动化。广域相量丈量编制(WMAS) 、FACTS 等工夫的研发与操纵都有冲破性发展。比来,邦度电网公司提出“摆设顽强的智能化电网”,极大地胀动了我邦智能电网探索的发展。

  智能配电网(Smart Dist ribuTIon Grid ,SDG)指智能电网中配电网部门的实质。与古代的配电网比拟,SDG具有以下功效特色。

  1) 自愈技能。自愈是指SDG不妨实时检测出已爆发或正正在爆发的窒碍并实行相应的改正性操作,使其不影响对用户的寻常供电或将其影响降至最小。自愈要紧是处置“供电不间断”的题目,是对供电牢靠性观点的开展,其内在要大于供电牢靠性。比如目前的供电牢靠性处理不计及极少接连韶华较短的断电,但这些供电短时终止往往都邑使极少敏锐的高科技修立损坏或长韶华停运。

  2) 具有更高的安静性。SDG 不妨很好地抵御构兵攻击、与自然磨难的捣乱,避免展现大面积停电;不妨将外部捣乱局部正在肯定鸿沟内,保证要紧用户的寻常供电。

  3) 供给更高的电能质地。SDG 及时监测并驾御电能质地,使电压有用值和波形符适用户的哀求,即不妨确保用户修立的寻常运转而且不影响其操纵寿命。

  4) 接济DER 的大宗接入。这是SDG 区别于古代配电网的要紧特色。正在SDG里,不再像古代电网那样,被动地硬性局部DER 接入点与容量,而是从有利于可再生能源足额上彀、节减全部投资启航,主动地接入DER 并阐扬其功用。通过爱护驾御的自适合以及编制接口的法式化,接济DER 的“即插即用”。通过DER 的优化调剂,完毕对各样能源的优化愚弄。

  5) 接济与用户互动。与用户互动也是SDG区别于古代配电网的要紧特色之一。要紧再现正在两个方面:一是操纵智能电外,实行分时电价、动态及时电价,让用户自行拔取用电时段,正在节减电费的同时,为下降电网顶峰负荷作奉献;二是答允并主动缔造前提让具有DER (网罗电动车) 的用户正在用电顶峰时向电网送电。

  6) 对配电网及其修立实行可视化处理。SDG全盘收集配电网及其修立的及时运转数据以及电能质地扰动、窒碍停电等数据,为运转职员供给高级的图形界面,使其不妨全盘把握电网及其修立的运转形态,抑制目前配电网因“盲管”形成的反响速率慢、效劳低下题目。对电网运转形态实行正在线诊断与危急了解,为运转职员实行调剂计划供给工夫接济。

  7) 更高的资产愚弄率。SDG 及时监测电网修立温度、绝缘程度、安静裕度等,正在确保安静的条件下弥补传输功率,提升编制容量愚弄率;通过对潮水分散的优化,裁汰线损,进一步提升运转效劳;正在线监测并诊断策画的运转形态,施行形态检修,以延伸修立操纵寿命。

  8) 配电处理与用电处理的音信化。SDG 将配电网及时运转与离线处理数据高度交融、深度集成,完毕修立处理、检修处理、停电处理以及用电处理的音信化。

  1) 配电数据通讯搜集。这是一个遮盖配电网中一切节点(驾御核心、变电站、分段开闭、用户端口等) 的IP 通讯网,采用光纤、无线与载波等组网工夫,接济各样配电终端与编制“上彀”。它将彻底处置配电网的通讯瓶颈题目,给配电网爱护、监控与主动化工夫带来革命性的改观,并影响一次编制工夫的开展。

  2) 前辈的传感丈量工夫,如光学或电子互感器、排挤线途与电缆温度丈量、电力修立形态正在线监测、电能质地丈量等工夫。

  3) 前辈的爱护驾御工夫,网罗广域爱护、自适合爱护、配电编制疾速模仿仿真、搜集重构等工夫。

  4) 高级配电主动化。目前的配电主动化工夫网罗配电运转主动化(安静监控和数据收集、变电所归纳主动化、馈线主动化) 、配电处理主动化(配电地舆音信编制、修立处理、检修处理等) 以及用户主动化这3 个方面的实质。这些实质都属于SDG工夫的领域。

  为与目前专家熟知的配电主动化辨别,美邦电科院提出了高级配电主动化(Advanced Dist ri2buTIon AutomaTIon ,ADA) 的观点。ADA 是古代配电主动化(DA) 的开展,也可能为是SDG 中的配电主动化。ADA 的新实质要紧接济DER 的“即插即用”,它采用IP 工夫,夸大编制接口、数据模子与通讯任事的法式化与怒放性。

  为使SDG 工夫观点更有针对性,笔者发起ADA 仅网罗配电运转主动化与配电处理主动化,将用户主动化实质列入下面先容的高级量测编制。

  5 ) 高级量测编制( Advanced MeteringArchitecture ,AMA) 是一个操纵智能电外通过众种通讯介质,按需或以设定的式样丈量、采集并了解用户用电数据的编制。AMA 是接济用户互动的枢纽工夫,是古代AMR 工夫的新开展,属于用户主动化的实质。

  6) DER 并网工夫,网罗DER 正在配电网的“即插即用”以及微网(MICro Grid) 两部门工夫实质。DER 的“即插即用”网罗DER 高度渗出的配电网的谋划摆设、DER 并网爱护驾御与调剂处理、编制与修立接口的法式化等。微网是指接有分散式电源的配电子编制,它可正在主网停电时孤单运转。

  DER 并网探索实质还网罗有源搜集(AcTIveNetwork) 工夫。有源搜集指分散式电源大宗操纵、深度渗出,潮水双向活动的搜集。

  7) DFACTS 是柔性调换输电( FACTS) 工夫正在配电网的延迟,网罗电能质地与动态潮水驾御两部门实质。DFACTS 修立网罗静止无功爆发器(SVC) 、静止同步抵偿器( STA TCOM) 、有源电力滤波器(APF) 、动态不绝电电源(UPS) 、动态电压光复器(DVR) 与固态断途器( SSCB) 、团结潮水驾御器(UPFC) 等。

  8) 窒碍电流局部工夫,指愚弄电力电子、高温超导工夫局部短途电流的工夫。

  综上所述,SDG工夫蕴涵一次编制与二次编制两方面的实质。一个整体的SDG功效的完毕,往往涉及众项工夫的归纳操纵。以自愈功效为例,最初一次网架的策画应当越发活跃、合理,并操纵疾速断途器、窒碍电流局部器等新修立;正在二次编制中,操纵广域爱护、马上疾速窒碍阻隔等新工夫,以实时检测出窒碍并实行疾速自愈操作。

  电力编制已成立一百众年了,只管其电压品级与领域与当年比拟已有天冠地屦,但编制的构造与运转道理并没有很大的改观。进入21 世纪,面临当今社会与经济开展对电力编制提出的新哀求和准备机、电力电子等新工夫的广博操纵,有须要从新审视过去电网摆设的形式,钻探将来电网的开展新目标,而智能电网恰是人们对这一题目思索、探索的结果。智能电网工夫的开展正正在给电力编制带来一场长远的厘革。

  配电网直接面向用户,是确保供电质地、提升电网运转效劳、改进用户任事的枢纽闭键。正在我邦,因为史籍的来因,配电网投资相对缺乏,主动化水平对照低,正在供电质地方面与邦际前辈程度又有肯定的差异。目前电力用户遭遇的停电韶华,95 %以上是因为配电编制来因形成的(扣除发电缺乏的来因) ;配电网是形成电能质地恶化的要紧要素;电力编制的损耗有近一半出现正在配电网;分散式电源接入对电网的影响要紧是对配电网的影响;与用户互动、实行需求侧处理的着眼点也正在配电网。以是,摆设智能电网,务必赐与配电网足够的闭心。维系我邦配电网实质,主动研发操纵SDG工夫,对付胀动我邦配电网的工夫革命具有非常要紧的意思。

  SDG将使配电网从古代的供方主导、单向供电、根本依赖人工处理的运营形式向用户介入、潮水双向活动、高度主动化的目标蜕变。跟着我邦SDG摆设的发展,将出现越来越彰彰的经济效益与社会效益,要紧以下3 个方面。

  1) 完毕配电网的最优运转,抵达经济高效。SDG操纵前辈的监控工夫,对运转情况实行及时监控并优化处理,下降编制容载比并提升其负荷率,使编制容量不妨取得充溢愚弄,从而可能延缓或裁汰电网一次修立的投资,出现明显的经济效益和社会效益。

  2) 供给优质牢靠电能,保证摩登社会经济的开展。SDG正在确保供电牢靠性的同时,还不妨为用户供给满意其特定需求的电能质地;不只可能抑制以往窒碍重合闸、倒闸操作惹起的短暂供电终止,况且可能消亡电压聚降、谐波、不服均的影响,为各样高科技修立的寻常运转、为摩登社会与经济的开展供给牢靠优质的电力保证。

  3) 胀动新能源革命,鼓励环保与可接连开展。古代的配电网的谋划策画、爱护驾御与运转处理式样根本上不研商SER 的接入,况且为不影响配电网的寻常运转,现有的法式或运转导则对接入的DER 的容量及其并网点的拔取都做出了苛肃的局部, 限制了分散式发电的增添操纵。SDG具有很好地适合性,不妨大宗地接入DER 并裁汰并网本钱,极大地胀动可再生能源发电的开展,大大下降化石燃料操纵和碳排放量,正在鼓励环保的同时,完毕电力坐蓐式样与能源构造的蜕变。

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