科技文獻(xiàn)檢索-關(guān)于智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)需求側(cè)管理下高度集成的開放式通信系統(tǒng)大爺哦鄭州輕工業(yè)學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，鄭州 摘要：該文概述了智能電網(wǎng)技術(shù)和分布式能源的基本情況，并以此為基礎(chǔ)，總結(jié)提出了智能電網(wǎng)框架下三具體的分布式能源發(fā)展方式。各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)之路?；趯ξ覈悄茈娋W(wǎng)建設(shè)的必要性和基礎(chǔ)的分析，重點探討了我國發(fā)展智能電網(wǎng)應(yīng)關(guān)注的4 個方面，即建設(shè)具有中國特色的堅強的智能電網(wǎng)、科學(xué)規(guī)劃輸配電系統(tǒng)智能化時序、超前謀劃智能電網(wǎng)與信息化建設(shè)的融合，以及牢固樹立智能電網(wǎng)與電源和諧發(fā)的科學(xué)規(guī)劃輸配電系統(tǒng)智能化時序、超前謀劃智能電網(wǎng)與信息化建設(shè)的融合，。我們本文主要對智能電網(wǎng)的先進(jìn)的監(jiān)控軟件和輔助決策體系及分布式能源管理系統(tǒng)兩方面進(jìn)行深入探討和研究。關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；分布式發(fā)電；關(guān)鍵技術(shù)；特征；中圖分類號：TM551 智能電網(wǎng)及分布式能源概述1.1 智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)即將先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和原有的輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它具有提高能源效率、減小對環(huán)境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少電網(wǎng)的電能損耗、實現(xiàn)與用戶間的互動和為用戶提供增值服務(wù)等多個優(yōu)點1。智能電網(wǎng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾方面：可觀測采用先進(jìn)的量測、傳感技術(shù)；可控制對觀測狀態(tài)進(jìn)行有效控制；嵌入式自主處理技術(shù)；實時分析完成數(shù)據(jù)到信息的提升；自適應(yīng)和自愈等幾個方面。當(dāng)前我國發(fā)展智能電網(wǎng)的推動因素可歸結(jié)為電網(wǎng)安全、新能源發(fā)展、市場需求等方面，具體包括：滿足電力負(fù)荷高速增長需求，確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，積極發(fā)展可再生能源，適應(yīng)電力市場化改革要求等。1.2 分布式能源目前, 常見的分布式能源有太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等，而分布式能源的利用主要是通過分布式發(fā)電來實現(xiàn)。太陽能發(fā)電技術(shù)較成熟、應(yīng)用較廣泛的是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，即利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力發(fā)電即將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能,其輸出功率由風(fēng)能決定。風(fēng)速作用在風(fēng)力機的葉片上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,該轉(zhuǎn)矩驅(qū)動輪盤轉(zhuǎn)動,通過齒輪箱高速軸、剎車盤和聯(lián)軸器再與異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子相聯(lián),從而發(fā)電運行。生物質(zhì)能發(fā)電即先將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動發(fā)電機的能量形式（如燃?xì)?、燃油、酒精等），再按照通常的發(fā)電技術(shù)進(jìn)行電能輸出。速發(fā)展等這些成就。正因為這些努力才產(chǎn)生了智能電網(wǎng)的概念。1.3 智能電網(wǎng)的概念與結(jié)構(gòu)目前，由于各國根據(jù)自身國情對智能電網(wǎng)的需求和考慮不盡相同，智能電網(wǎng)尚未有一個統(tǒng)一、明確的定義從廣義上來說，智能電網(wǎng)包括可以優(yōu)先使用清潔能源的智能調(diào)度系統(tǒng)、可以動態(tài)定價的智能計量系統(tǒng)以及通過調(diào)整發(fā)電、用電設(shè)備功率優(yōu)化負(fù)荷平衡的智能技術(shù)系統(tǒng)7。圖1 展示了未來智能電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，電能不僅從集中式發(fā)電廠 研究者們發(fā)現(xiàn)，智能電網(wǎng)與當(dāng)前的電力系統(tǒng)相比，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：（1）在初期就能檢測電網(wǎng)問題并實施校正措施；（2）接受更加大量的數(shù)據(jù)信息并做出響應(yīng)；（3）系統(tǒng)快速恢復(fù)的能力；（4）迅速適應(yīng)電網(wǎng)變化并進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)；（5）為運行人員提供高級的可視化輔助系統(tǒng)。2 智能電網(wǎng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問題2.1 分布式能源的智能管理系統(tǒng)分布式能源(DR)是指安裝在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)，主要包括分布式電源(DG)和分布式儲能系統(tǒng)，同時還包含負(fù)荷側(cè)能量管理系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(CHP)。其中，分布式電源的形式包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型燃汽輪機和小水電等，分布式儲能系統(tǒng)則包括燃料電池、蓄電池等。近年來，分布式能源技術(shù)發(fā)展迅速，在丹麥、芬蘭、挪威等北歐國家，現(xiàn)有的分布式發(fā)電裝機容量已超過其總裝機容量的30%。可以預(yù)見，在不久的將來，分布式能源將走進(jìn)千家萬戶。然而，當(dāng)融入大量的分布式能源后，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、能量形式、功率流動、信息交換和控制方式的復(fù)雜程度大大增加。因此，針對分布式能源帶來的問題，可以從以下幾個方面展開研究。（1）分布式能源的運行管理優(yōu)化。一方面，風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式電源因為具有能源間歇性的特點，必須通過實時、精確的發(fā)電和負(fù)荷預(yù)報，優(yōu)化分布式電源的調(diào)度和管理，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提高供電的可靠性；另一方面，通過分布式儲能裝置維持電網(wǎng)發(fā)電和負(fù)荷的動態(tài)平衡，分布式儲能裝置除了大容量的蓄電池外，大量的混合動力汽車電池也將是分布式儲能的一種重要形式，同時也是一種新型負(fù)荷，它既可以作為儲能裝置在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時對發(fā)電量進(jìn)行補償，又能在負(fù)荷低谷時吸收和儲存電能，因此，對大量汽車電池進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度管理也將是分布式能源管理的一個重要內(nèi)容。（2）分布式能源的接入標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃方案?；诂F(xiàn)有的分布式電源接入標(biāo)準(zhǔn)IEEE1547 系列，考慮不同類型、容量和數(shù)量的分布式電源接入電網(wǎng)后的影響，對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和補充。同時，由于大量的分布式能源接入中低壓配電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不再是由發(fā)電、輸電到配電的垂直輻射式，而是類似于因特網(wǎng)的信息傳遞模式，出現(xiàn)了能量雙向流動的新布局，因此必須合理規(guī)劃和設(shè)計分布式電源的類型、安裝地點和容量等，有效發(fā)揮分布式能源和提高供電可靠性。（3）新的保護(hù)方法和技術(shù)。大量分布式能源的接入，潮流的雙向流通，導(dǎo)致繼電保護(hù)的工作原理和動作邏輯變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的故障檢測方法和保護(hù)原理將不再滿足要求。因此，必須改造現(xiàn)有的保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動或故障時，迅速適應(yīng)變化，實現(xiàn) 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)，將故障影響范圍局限在最小范圍，并可迅速通過其他連接恢復(fù)對其他部分的供電。（4）對于輸電成本高、對電能質(zhì)量要求高的集中電力用戶區(qū)，將分布式能源以微網(wǎng)（Micro Grid）的形式接入大電網(wǎng)，是對分布式電源利用效能最高的一種方式。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行14。實現(xiàn)微網(wǎng)技術(shù)所需要解決的關(guān)鍵問題包括：高滲透率下微網(wǎng)與大電網(wǎng)的相互作用機理；微網(wǎng)內(nèi)部各種分布式電源的協(xié)調(diào)控制；微網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的保護(hù)和控制系統(tǒng)等。2.2 高度集成的開放式通信系統(tǒng)為了能夠?qū)崟r監(jiān)視和控制電網(wǎng)運行，清晰掌握電網(wǎng)的狀態(tài)，預(yù)防事故發(fā)生和及時清除故障，智能電網(wǎng)應(yīng)該具備高速、雙向的數(shù)字化通信系統(tǒng)。遍布整個電網(wǎng)的通信設(shè)備將信息在各種測量裝置、控制設(shè)備和執(zhí)行元件之間進(jìn)行相互傳遞，以保證電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟地運行。具體來說，智能電網(wǎng)的通信系統(tǒng)應(yīng)解決以下幾個關(guān)鍵問題：（1）開放式的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)前電力系統(tǒng)不同的企業(yè)、部門之間信息共享受到限制、不同應(yīng)用軟件無法相互兼容，然而智能電網(wǎng)要求其通信系統(tǒng)必須是開放式的，不同企業(yè)、部門之間的數(shù)據(jù)可以完全實現(xiàn)共享。 （2）完備的通信標(biāo)準(zhǔn)。智能電網(wǎng)對現(xiàn)有的SCADA 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、需求側(cè)能量管理、電網(wǎng)規(guī)劃、運行調(diào)度、電力市場操作等方面的通信系統(tǒng)都將產(chǎn)生影響15，因此需要根據(jù)電網(wǎng)中的新變化制定相應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)。（3）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與智能設(shè)備的高度集成，即智能電網(wǎng)中的信息網(wǎng)絡(luò)能夠與各種物理設(shè)備如智能儀表系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等集成為一體化的通信系統(tǒng)。3中國的智能電網(wǎng)的基本條件和必要性3.1智能電網(wǎng)的選擇是由中國的基本條件和內(nèi)部動力原因是中國的能源資源距離負(fù)荷中心遠(yuǎn)。事實上，大容量能源已被遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移并且伴隨較低的損失。我們希望特高壓輸電的出現(xiàn)5將提供機會以更好地實現(xiàn)電力資源和大型能源基地在較大范圍內(nèi)分配。但是，電壓水平的提升，只是電網(wǎng)的發(fā)展外部表現(xiàn)。它的內(nèi)部驅(qū)動力包括了控制的靈活性，管理的高效率和消費者，從而推動了智能電網(wǎng)的形成互動。首先，在建設(shè)智能電網(wǎng)的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的工作過程，將有助于形成一個穩(wěn)定的電網(wǎng)安全運行和重大平臺，提高電網(wǎng)最小系統(tǒng)的容量。其次，在建設(shè)智能電網(wǎng)，該系統(tǒng)的優(yōu)化運行過程中，資源和生命周期資產(chǎn)管理的優(yōu)化，可通過先進(jìn)的理念物化的利用率，提高員工的專業(yè)素質(zhì)整合，對企業(yè)內(nèi)部資源和挖掘企業(yè)的內(nèi)部潛力。第三，公用事業(yè)和消費者之間的有效互動操作辦法的DSM積極的貢獻(xiàn)，移峰填谷負(fù)載的負(fù)載，降低系統(tǒng)儲備和減少經(jīng)營成本，提升了電網(wǎng)承載能力，提高電網(wǎng)投資的利用率。3.2中國智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)智能電網(wǎng)中的某些領(lǐng)域的工作已經(jīng)在中國進(jìn)行。更具體地說，這項工作可分為三類，即，發(fā)電，輸配電和消費。發(fā)電集團包括分布式發(fā)電，可再生能源發(fā)電，節(jié)能技術(shù)和節(jié)能型調(diào)度自動發(fā)電控制。D組的T特高壓交流和特高壓直流輸電，事實，數(shù)字化變電站技術(shù)，電源管理單元為基礎(chǔ)的廣域測量系統(tǒng)，管理事務(wù)司，國家為導(dǎo)向的維護(hù)和生命周期資產(chǎn)管理等組成。功率消耗組包含的制定。電源，自動測光和自動轉(zhuǎn)錄等。此外，大多數(shù)電力公司都讓自己更多的數(shù)字和信息共享，它建立了一個智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。客觀地說，中國智能電網(wǎng)基礎(chǔ)正在形成，這可以通過以下證明：特高壓電網(wǎng)作為骨干和各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的在不同級別仍在建設(shè)。廣域網(wǎng)分配的能力需求進(jìn)一步改善。在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一電力市場正處于初級階段，交易機制和價格政策仍遠(yuǎn)未成熟。因此，清潔能源，分布式發(fā)電參與市場競爭的基本條件尚未成熟。在電力市場的效率和效益沒有得到充分顯現(xiàn)出來。電力用戶沒有享受到與電網(wǎng)的相互作用而產(chǎn)生的好處他們可以接受的，是一個單向的被動服務(wù)。電表只能自動讀取。一個工程需求許多工作要做并且引導(dǎo)電力用戶的消費習(xí)慣和消費需求。政府沒有有關(guān)的政策或有關(guān)智能電網(wǎng)的法律出臺。政府應(yīng)該是在引導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)提供很大的支持。這是一項系統(tǒng)工程，涉及各行各業(yè)，需要在規(guī)劃和發(fā)展的總體安排。特別是政策鼓勵用戶加入了節(jié)約能源和公布減輕溫室氣體排放做出的努力。4 結(jié)論本文基于當(dāng)今電力系統(tǒng)中存在的種種問題，指出了發(fā)展智能電網(wǎng)的重大意義和必要性。首先介紹了智能電網(wǎng)的概念、特征和基本結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)闡述了實現(xiàn)智能電網(wǎng)所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：分布式能源的智能管理系統(tǒng)、高度集成的開放式通信系統(tǒng)、高級的智能儀表體系和需求側(cè)管理、先進(jìn)的監(jiān)控軟件和輔助決策體系以及新型的電網(wǎng)元件技術(shù)等。這些關(guān)鍵技術(shù)問題的解決，將為智能電網(wǎng)的最終實現(xiàn)提供軟件和硬件保障。參考文獻(xiàn)1 盛鹍，孔力，齊智平，等新型電網(wǎng)-微電網(wǎng)（Micro grid）研究綜述J繼電器，2007，35(12): 75-81SHENG Kun, KONG Li, QI Zhen-ping, et al. 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Power at all levels to coordinate the development of a strong grid road. Based on the necessity and based on analysis of the smart grid construction in China, focusing on four aspects of the development of the smart grid in China should be concerned about, and that is a strong smart grid construction with Chinese characteristics, intelligent timing of the transmission and distribution system of scientific planning ahead plan for the integration of smart grid information construction, and firmly establish smart .Intelligent timing of scientific planning and transmission and distribution systems, smart grid and the integration of information construction pl