关于智能电网发展的技术突破点及智能变电站的探讨

关于智能电网发展的技术突破点及智能变电站的探讨

摘 要：目前，智能电网已成为电力行业和相关科研机构的热议话题。文章从智能电网的概念、特征、智能电网技术突破点，以及智能变电站的基本构成和管理模式等方面介绍了智能电网技术，使读者对其有一定了解。

关键词：智能电网；智能变电站；核心技术

2009年5月，在“2009特高压输电技术国际会议”上，国家电网公司正式发布了“坚强智能电网”发展战略。2009年8月，国家电网公司启动了智能化规划编制、标准体系研究与制定、研究检测中心建设、重大专项研究和试点工程等一系列工作。在2010年3月，温家宝总理在《政府工作报告》中强调：“大力发展低碳经济，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。这标志着智能电网建设已成为国家的基本发展战略。而智能变电站是智能电网的重要建设环节。目前，国家电网公司已建成投产了110 kV四川北川和220 kV青岛等7座智能变电站，这标志着中国坚强智能电网建设已经实现重大突破，成为世界智能变电站技术的引领者。智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，是智能电网的重要组成部分，也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。智能变电站衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键，在技术和功能上能更好地满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求。

1 智能电网的概念，特征、与传统电网的比较

智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

智能电网的特征：自愈性、安全性、交互性、经济性、优质高效、清洁环保、市场化程度高。

与传统电网相比，智能电网具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网坚强性得到巩固和提升；信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见、快速隔离故障，实现自我恢复，以避免大面积停电；柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入；通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备的使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方

案和应对预案；建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。

2 智能电网实现的技术突破点

为实现智能电网的自愈性、安全性、交互性等优势和功能，必须解决以下关键技术：

2.1 分布式能源的智能管理系统

分布式能源（DR）是指安装在用户端的能源综合利用系统，主要包括分布式电源（DG）和分布式储能系统，同时还包含负荷侧能量管理系统和热电联产系统（CHP）。其中，分布式电源的形式包括风力发电、光伏发电、微型燃汽轮机和小水电等，分布式储能系统则包括燃料电池、蓄电池等。但当融入大量的分布式能源后，电网的结构、能量形式、功率流动、信息交换和控制方式的复杂程度大大增加。需完成分布式能源的运行管理优化、分布式能源的接入标准和规划方案、新的保护方法和技术，以及对输电成本高、对电能质量要求高的集中电力用户区，将分布式能源以微网的形式接入大电网，提高分布式电源利用效能等方面的问题。

2.2 高度集成的开放式通信系统

为了能够实时监视和控制电网运行，清晰掌握电网的状态，预防事故发生和及时清除故障，智能电网应具备高速、双向的数字化通信系统。遍布整个电网的通信设备将信息在各种测量装置、控制设备和执行元件之间进行相互传递，以保证电网安全、可靠、经济地运行。具体来说，智能电网的通信系统应解决3个关键问题：开放式的数据通信、完备的通信标准、数据通信网络与智能设备的高度集成。

2.3 高级的智能仪表体系和需求侧管理

智能电网中，无论是发电侧还是用户侧，都将安装有高级的数字化仪表，可以进行双向通信和远程监控，并且支持实时的电价计量。形成高级的智能仪表体系需要实现的关键技术有以下几点：

（1）为电网的调度、运行和规划部门提供大量的电网数据信息，帮助运行人员准确把握电网的运行状态，从而达到更高的供电可靠性和更好的资产管理。

（2）用户端的智能仪表将根据电网的用电信息，对用电量实行实时计价，不同时段不同电价，提倡用户在电价高时少用电，电价低时多用电，实现负荷的优化控制，不仅大大降低用户的用电成本，也大大提高了电能的利用效率，真正实现与用户互动的需求侧管理。

（3）提供系统故障的快速检测功能，并且能够远程控制设备开断。

（4）评估电力系统设备的健康状况，提高设备的利用效率，降低运行和维护成本。

2.4 先进的监控软件和辅助决策体系

智能电网能够全面监控电网中所有的节点、线路和设备，采用先进的计算机优化算法，采集、组织和分析电网中的海量数据，形成辅助决策系统，为运行人员提供解决方案，从而实现电网的实时动态管理。实现先进监控软件和辅助决策系统的研究方向主要集中在分布式与集中式监控系统相结合、多代理系统的应用、高级的可视化界面和运行决策支持、电力系统运行趋势的预测能力等方面。

2.5 新型的电网元件技术

新型的电网元件也将是智能电网在硬件方面的一个关键技术。利用不断发展的新材料技术、纳米技术和先进的数字化设计，生产新一代的电力系统设备，将大大提高电网的输电能力、供电可靠性和实时控制能力。

3 智能变电站

智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。它基于IEC61850标准，体现了集成一体化、信息标准化、协同互动化的特征。

3.1 智能变电站构成

智能变电站系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。

过程层指智能化电气设备的智能化部分，其主要功能分3类：电力运行实时的电气量检测、运行设备的状态参数检测和操作控制执行与驱动。间隔层的主要功能是汇总本间隔过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施本间隔操作闭锁功能；实施操作同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通

信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工作方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。而站控层主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度域控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控、人机联系功能；具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有变电站故障自动分析和操作培训功能。

3.2 智能变电站管理模式

3.2.1 “集中监控、运检一体”管理模式

常规站处理缺陷是由运行人员发现缺陷后通知检修班——检修班安排检修计划——检修班按计划来站处理，在缺陷处理前这一段时间，增加了设备非健康运行的不安全因素。若是将一般缺陷处理交由具有一定专业技能资格的运行人员进行处理，势必减少设备非健康运行的时间，提高设备的消缺率，也减少了检修人员的工作量或检修人数，体现了运检一体管理模式的优势。在此基础上，监控中心负责接收调度令，对操作队发出“转发令”来控制操作任务的执行：操作任务涉及一次设备的，由监控中心遥控操作；操作任务涉及二次设备和机构电源空开的操作，由监控中心转发令至操作队，操作人员至现场操作。而变电站日常的巡视、维护、对现场工作安全状况的控制，及部分消缺工作则由“运检队”全部完成。现代电网向智能电网转变的时期，这种由“监控中心与操作队”发展而来的，“集中监控、运检一体”管理模式将具有很强的适用性。

3.2.2 “调控一体、大变电工区”管理模式

“调控一体”就是将调度与监控中心合并，由调度员直接对变电站进行遥控操作。由于这种方式是将“调度发令”和“遥控操作”两项任务进行整合，从而具有最快的反应速度，但同时调度员的职责将大大增加。“大变电工区”是指，一定区域内电网的调度、监视、控制都归调度员管理，而电网设备的巡视、维护、操作、检修都由维护人员管理。这里的维护人员是将操作队、检修、保护、线路、通信、自动化等班组的再融合，成立大变电工区。这种模式符合智能电网的要求，特别适用于需要快速反应的情况，不仅将调度运行和变电运行专业相融合，对调度员提出了更高的要求，而且所有专业维护人员直接受调度员的指挥，提高了反应速度。

4 结束语

在全球能源问题日益紧张的今天，智能电网的出现无疑将是一场引人瞩目和影响巨大的变革。随着新型电力电子器件、电路拓扑、网络通信及控制技术的不断涌现，我们有理由相信，现代新技术、新设备将更好地为智能电网的建设服务。

参考文献：

［1］牛朋超，康积涛，李爱武等.智能电网开启电网运行新形式［J］.电力系统保护与控制，2010.

Discussion on the Technology Breakthrough Point of Smart Grid

Development and the Smart Substations

Wang Yue’ai

Abstract: At present, the smart grid has become a hot topic of power industry and research institutions. The article describes the smart grid technology from the aspects of smart grid’s concept and features, smart grid technology breakthrough point, the basic composition and management mode of smart substations, so that its readers have a certain understanding.

Key words: smart grid; intelligent substation; core technology