電氣工程新技術導論考試答案

./電氣工程新技術導論考試答案1智能電網的內涵及其作用1.1智能電網的內涵中國能源供給及能源消費結構的不平衡,大型煤炭能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來越遠,催生智能電網的發(fā)展.智能電網是2003年由美國作為對未來電網的構想而提出的,此后通過一些國家和企業(yè)的研究,不斷得到豐富和完善.目前對智能電網雖然還沒有形成統(tǒng)一的定義,各國的提法也不盡相同,但有一點是一致的,即智能電網是采用先進的數字和通信技術對傳統(tǒng)電網的各個環(huán)節(jié)進行升級改造,使之更加安全、可靠、環(huán)保、經濟、高效,電網能靈活地接納更多的可再生能源,并可與用戶之間進行電能、信息的雙向流動.有的將智能電網描述為：在物理的電網之上,建立基礎信息交流平臺,將相關設備、裝置、系統(tǒng)、用戶、員工、電能等互動起來.通過對用戶側和需求側的隨需訪問和智能分析,實現(xiàn)更智慧、更科學、更優(yōu)化的電網運營管理,達到更高的安全保障、可控的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的目標.國家電網公司則從我國電網較為薄弱的實際情況及其承擔的跨區(qū)資源優(yōu)化配置功能出發(fā),提出智能電網首先應當是堅強的電網.堅強智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協(xié)調發(fā)展的堅強網架為基礎,以通信信息平臺為支撐,具有信息化、自動化、互動化特征,包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環(huán)節(jié),覆蓋所有電壓等級,實現(xiàn)"電力流、信息流、業(yè)務流"的高度一體化融合的現(xiàn)代電網.堅強是智能電網的基礎,智能是堅強電網充分發(fā)揮作用的關鍵,兩者相輔相成、協(xié)調統(tǒng)一.圖1堅強智能電網體系架構圖綜合各方面說法,可以認為智能電網是建立在先進的數字和通信技術基礎之上的,實現(xiàn)可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好的電網.它具有高效、清潔、靈活、堅強四大特征.高效,是指提高能源使用效率；清潔,是指減少污染物排放對環(huán)境的影響；靈活,是指多種有利于節(jié)能減排的技術都可靈活接入電網；堅強,是指在各種擾動下,電網都能安全可靠地運行.智能電網涉及的主要產業(yè)可分為新能源發(fā)電并網、復合材料、電線電纜、變配電、計量檢測、電力系統(tǒng)自動化、儲能、電動汽車接入、通信、信息10大類.其特點是傳統(tǒng)電力裝備產業(yè)與新興產業(yè)的高度融合,產品高度集成,技術含量和附加值高,產業(yè)鏈長,經濟帶動作用強.通過智能電網產業(yè)的發(fā)展,還能相應促進風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質發(fā)電等新能源產業(yè)的規(guī)?；l(fā)展和電動汽車的普及.鑒于對能源生產和使用方式的革命性影響,及其對相關產業(yè)的拉動作用,智能電網已成為我國實施能源發(fā)展戰(zhàn)略、把握全球產業(yè)調整機遇、搶占新一輪發(fā)展制高點的重要產業(yè)之一.1.2智能電網的作用與傳統(tǒng)電網相比,智能電網具有以下特點：①智能電網改變傳統(tǒng)電網單向輸送的模式,每一個終端用戶都成為電網上活躍的結點,形成一個整體的智能化高效率的電網.②智能電網通過密布各個環(huán)節(jié)的傳感器,實現(xiàn)電網與用戶的互動,是電力網和信息技術的融合.③智能電網將利用分散式計算系統(tǒng)來提供實時分析,其目的是在提高效率的同時,有效地利用電力供需系統(tǒng),達到節(jié)省電力資源的目的.智能電網在發(fā)電、輸電、配電及用電四大主要環(huán)節(jié)中都解決了傳統(tǒng)電網難以解決的問題.①在發(fā)電領域,首先,智能電網能逐步解決風能、太陽能等可再生能源的并網接入問題,打破目前新能源應用的瓶頸；其次,智能電網將要求更豐富的電廠數據,進而對建設數字化電廠提出更多要求；再次,智能電網建設將促進綠色發(fā)電技術和節(jié)能調度的應用,因此電廠對機組耗能與節(jié)能控制水平的提升也迫在眉睫.②在輸電領域,特高壓技術將解決我國能源結構不匹配的問題,將電力從發(fā)電資源充沛的西北地區(qū)輸送到電力需求密集的東南地區(qū).此外,特高壓技術還能解決長距離輸電損耗的難題,提高整體用電效率.③在配電領域,智能電網通過IT技術,統(tǒng)籌安排配電,提高整體電網的能源利用效率,高效的配電技術將提高整體電網安全性、穩(wěn)定性與效率.④在用電領域,智能電網的建設可以很方便的幫助終端消費者區(qū)分電力消耗的高峰值和波谷值,當征收差別電價后,會激勵消費者規(guī)避高峰時段用電,將耗電的工作盡量排在價格較低的波谷時段,如此,可起到分散電力消耗的作用,有效分配生產的電力.智能電網的建設可以帶來巨大的社會效益.首先,智能電網具有強大的兼容功能,有利于促進清潔能源的開發(fā)利用,優(yōu)化電源結構,減少溫室氣體排放；其次,智能電網將提高中國電網大范圍配置能源資源的能力,優(yōu)化能源輸送方式,提高能源供應的能力和靈活性.建設智能電網對于我國的最大意義在于其能夠有效推動我國新能源產業(yè)的發(fā)展以及應用的推廣.目前,煤炭在我國一次性能源消費中占比高達70%,遠高于29%的世界平均水平.而中國政府又向世界承諾,為應對氣候變化,到2020年中國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,在當前日益嚴峻的環(huán)保和減排壓力下,加快發(fā)展水電、核電、風電、太陽能等清潔能源,改變以煤為主的能源結構已成為目前中國最需要解決的問題.所以新能源的發(fā)展是中國的必由之路.目前中國新能源的發(fā)展主要瓶頸有兩點.第一、風電、太陽能等新能源發(fā)電的間歇性、隨機性、可調度性低的特點,大規(guī)模接入后對電網運行會產生較大的影響.調峰能力不足一直是中國電力系統(tǒng)長期存在的問題,而新能源大規(guī)模開發(fā)進一步增加了調峰難度；第二、中國風電資源集中于西北地區(qū)與集中在東部的電力市場逆向分布,需解決遠距離大規(guī)模輸送問題.而智能電網的建設將成為推動新能源發(fā)展的唯一途徑.一方面,智能電網能夠最大限度地將新能源的發(fā)電量吸納、送出,并保證接入后電網的安全運行和調度；另一方面,智能電網的智能調度將更為合理的配送電力,大大提高用電效率.2智能電網的發(fā)展現(xiàn)狀2.1國外智能電網發(fā)展現(xiàn)狀世界范圍內智能電網的建設進程已經全面啟動,許多國家都確立了智能電網建設目標、行動路線及投資計劃,同時結合各自地區(qū)的監(jiān)管機制、電網基礎設施現(xiàn)狀和社會發(fā)展情況,有針對性地擬定了不同的智能電網戰(zhàn)略.美國的智能電網計劃致力于在基礎設施老化背景下,建設安全、可靠的現(xiàn)代化電網,并提高用電側效率、降低用電成本.美國智能電網的四個孿生兄弟分別是：高溫超導電網、電力儲能技術、可再生能源與分布式系統(tǒng)集成<RDSI>和實現(xiàn)傳輸可靠性及安全控制系統(tǒng),其戰(zhàn)略的核心是先期突破智能電網,之后營建可再生能源和分布式系統(tǒng)集成<RDSI>與電力儲能技術,最終集成發(fā)展高溫超導電網.美國智能電網建設的主要發(fā)展戰(zhàn)略為：政府直接投資→政府推進基礎研究→盡快制定基礎標準,并推廣為世界范圍內的通用標準→相關企業(yè)的快速介入；歐盟的超級智能電網計劃以分布式電源和可再生能源的大規(guī)模利用為主要目標,同時注重能源效率的改善和提高,歐洲各國結合各自的科技優(yōu)勢和電力發(fā)展特點,開展了各具特色的智能電網研究和試點項目,英法德等國家著重發(fā)展泛歐洲電網互聯(lián),意大利著重發(fā)展智能表計及互動化的配電網,而丹麥則著重發(fā)展風力發(fā)電及其控制技術；加拿大由于其分省管理的電力體制,目前暫無全國性的智能電網計劃,由國家自然資源署進行全國智能電網建設工作的協(xié)調,重點放在如何提升電網對大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤肽芰蛡鬏斈芰Γ蝗毡局悄茈娋W的核心是建設與太陽能發(fā)電大規(guī)模推廣開發(fā)相適應的電網,解決國土面積狹小、能源資源短缺與社會經濟發(fā)展的矛盾；韓國的智能電網研究重點放在智能綠色城市建設上,目前已經在濟州島建設綜合性的智能城市示范工程；澳大利亞智能電網建設的目標是發(fā)展可再生能源和提高能量利用效率,主要工作集中在智能表計的實施及其相關的需求側管理方面.綜合世界各地區(qū)建設智能電網的進程來看,智能電網的關注熱點包括：〔1大規(guī)模可再生能源發(fā)電的接入技術及其與大規(guī)模儲能聯(lián)合運行技術；〔2大電網互聯(lián)、遠距離輸電及其相關控制技術；〔3配電自動化和微網；〔4用戶側的智能表計及需求響應技術.2.2中國智能電網發(fā)展現(xiàn)狀近年來,我國深入開展電網現(xiàn)代化建設和運行管理技術的相關研究和實踐工作,部分項目已進入試點階段,大量科研成果已轉化并廣泛應用到實際工程中,部分電網技術和裝備已處于國際領先水平,為建設堅強智能電網提供了堅實的技術支撐和設備保障,并積累了較豐富的工程實踐經驗.在大電網運行控制方面,我國具有"統(tǒng)一調度"的體制優(yōu)勢和深厚的運行技術積累,調度技術裝備水平達到國際一流,自主研發(fā)的調度自動化系統(tǒng)和繼電保護裝置廣泛應用；廣域相量測量、在線安全穩(wěn)定分析等新技術的研究與應用居世界領先地位.在通信信息平臺建設方面,我國建成"三縱四橫"的電力通信主干網絡,形成了以光纖通信為主,微波、載波等多種通信方式并存的通信網絡格局；以"SG186"工程為代表的國家電網信息系統(tǒng)集成開發(fā)整合工作已于2009年底基本完成,各項功能得到廣泛應用.在研究能力方面,我國形成了目前世界上試驗能力最強、技術水平最高的特高壓試驗研究體系,具備了世界上最高參數的高電壓、強電流試驗條件,特高壓試驗研究能力達到國際領先水平.同時,電網防災減災、輸電線路狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測、超導輸電技術、數字化變電站、配電自動化等領域的試驗研究能力已達到國際先進水平.在關鍵設備研制和技術標準體系建設方面,國家電網公司組織力量針對智能電網建設內容和技術領域需求,分別制定了《智能電網關鍵設備〔系統(tǒng)研制規(guī)劃》和《智能電網技術標準體系研究及制定規(guī)劃》.設備研制規(guī)劃提出了關鍵設備的研制目標,并制定了關鍵設備的研制計劃和實施方案；制定的技術標準體系用于指導智能電網標準的制定和實施,增強我國在智能電網國際標準制定中的話語權,為加快建設堅強智能電網提供強有力的技術支撐.在清潔能源并網及大容量儲能方面,我國深入開展了風電、光伏發(fā)電監(jiān)控及并網控制等關鍵技術研究,建立了風電接入電網仿真分析平臺,制定了風電場接入電網技術規(guī)定、光伏電站接入電網技術規(guī)定等相關標準,開展了大容量電化學儲能等前沿課題基礎性研究工作.2.3國內外發(fā)展智能電網的對比分析從發(fā)展階段來看,國內外的智能電網發(fā)展都處于起步階段.國外發(fā)達國家對智能電網的研究起步時間相對稍早,但是真正開展實質性的大規(guī)模投資和建設也只是近一兩年的事情,因此,在以智能電網為核心的新一代電網技術革命中,我國和國外發(fā)達國家處于同一起跑線上.這將有助于我國電網實現(xiàn)跨越式發(fā)展,建成有世界一流電網.從發(fā)展動因來看,我國和國外發(fā)達國家存在顯著的不同,主要表現(xiàn)在：一是我國能源資源與需求逆向分布的國情要求顯著提高電網大范圍資源優(yōu)化配置能力,必須建設以特高壓為骨干網架的堅強電網；二是我國以煤為主的能源結構與清潔發(fā)展之間的矛盾；三是我國電力需求的快速增長要求電力企業(yè)高效運營和創(chuàng)新發(fā)展；四是電網自身發(fā)展要求處理好網架等基礎設施建設與信息化、自動化、互動化等先進技術應用之間的關系.因此,我國的智能電網建設任務更加艱巨,面臨的技術、經濟、政策問題也更為復雜.從推進方式來看,國外發(fā)達國家主要是采用政府為主導的推進方式,部分國家已經形成了較為系統(tǒng)的政策和法規(guī)框架,并通過政府投資和補助等方式激勵有關行業(yè)積極參與智能電網建設.截至2009年底,我國以政府為主導的智能電網推進方式尚未形成,有關政策和法規(guī)框架尚未有效建立,對有關行業(yè)參與智能電網建設的激勵政策和配套措施尚未出臺.因此,盡快研究適合中國國情的智能電網推進方式,從政府層面出臺有關政策和法規(guī),制定相關激勵政策和配套措施是我國目前亟待解決的問題.3智能電網建設中的關鍵技術在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度六個建設環(huán)節(jié)中涉及到的關鍵技術列舉如下.〔1智能電網發(fā)電技術節(jié)能減排技術、機網協(xié)調控制技術、大規(guī)?？稍偕茉床⒕W技術、水電跨區(qū)域、跨流域綜合優(yōu)化調節(jié)和機組快速調節(jié)與深度調峰技術.〔2智能電網輸電技術智能電網下的電網規(guī)劃技術、智能電網下大型可再生能源的接入技術、大電網安全穩(wěn)定運行控制技術、未來電網控制中心建設技術、具備分布決策功能的智能變電站技術、輸變電設備智能管理技術、智能電網下的電力市場技術以及智能電網下的現(xiàn)代企業(yè)管理技術.〔3智能變電技術海量實時信息應用及信息體系架構技術、變電站廣域關聯(lián)、配合、交互技術、廣域信息交互及信息安全防護技術、智能變電站運行維護與實驗技術、智能變電站的相關技術、標準體系和廣域保護技術.〔4智能配電技術風險預警預控及智能報警技術、配電網自愈控制技術、智能配網故障快速處理技術、分布式發(fā)電、微電網和儲能技術、自適應保護控制技術.〔5智能電網用電技術智能表計技術、用戶電壓調節(jié)技術、用戶電源和儲能設備接入技術和用