智能電網(wǎng)技術的分析?

【專家解說】：《智能電網(wǎng)技術》主要內(nèi)容: 智能電網(wǎng)是當前全球電力工業(yè)關注的熱點，涉及從發(fā)電到用戶的整個能源轉(zhuǎn)換過程和電力輸送鏈，成為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向?！吨悄茈娋W(wǎng)技術》在借鑒國內(nèi)外相關領域研究結果的基礎上，結合正在開展的研究實踐工作，對智能電網(wǎng)的概念、主要領域和關鍵技術、工程實踐進行了較為系統(tǒng)、全面的介紹。 全書共分七章。第一章概要介紹智能電網(wǎng)的基本知識和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，第二章至第七章分別介紹智能電網(wǎng)基礎技術、大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術、智能輸電網(wǎng)技術、智能配電網(wǎng)技術、智能用電技術、智能電網(wǎng)實踐與展望。附錄中對目前智能電網(wǎng)技術標準體系及部分智能電網(wǎng)國際組織與研究機構進行了簡要介紹。 《智能電網(wǎng)技術》主要供電力系統(tǒng)管理人員和技術人員使用，也可供政府部門、企事業(yè)單位以及高等院校相關人員參考。 智能電網(wǎng)(smart power grids)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術的應用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。 美國電力科學研究院將智能電網(wǎng) 定義為: 一個由眾多自動化 的輸電和配電系統(tǒng)構成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實現(xiàn)所有的電網(wǎng) 運作，具有自愈功能;快速響應電力市場和企業(yè)業(yè)務需求;具有智能化的通信 架構，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務。 中國的智能電網(wǎng)的基本特征是在技術上要實現(xiàn)信息化、自動化、互動化。 智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑: 第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，從其在中國發(fā)布的《建設智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理-中國電力發(fā)展的新思路》白皮書可以看出，解決方案主要包括以下幾個方面:一是通過傳感器 連接資產(chǎn)和設備提高數(shù)字化程度;二是數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系;三是進行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進行相關分析，以優(yōu)化運行和管理。該方案提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。 第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了已公布的計劃，美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進行升級換代，建立美國橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng);發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國國家電網(wǎng) 的價值和效率，將逐步實現(xiàn)美國太陽能 、風能、地熱能的統(tǒng)一入網(wǎng)管理;全面推進分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率。 可以看出美國政府的智能電網(wǎng)有三個目的，一個是由于美國電網(wǎng)設備 比較落后，急需進行更新改造，提高電網(wǎng)運營的可靠性;二是通過智能電網(wǎng)建設將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。 第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)”。互動電網(wǎng)，英文為Interactive Smart Grid，它將智能電網(wǎng)的含義涵蓋其中?；与娋W(wǎng)定義為:在開放和互聯(lián)的信息模式基礎上，通過加載系統(tǒng)數(shù)字設備和升級電網(wǎng)網(wǎng)絡 管理系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網(wǎng)分級調(diào)度、綜合服務等電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級化互動管理，是集合了產(chǎn)業(yè)革命、技術革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網(wǎng)的信息回路，構建用戶新型的反饋方式，推動電網(wǎng)整體轉(zhuǎn)型為節(jié)能基礎設施，提高能源效率，降低客戶成本，減少溫室氣體排放，創(chuàng)造電網(wǎng)價值的最大化。 歷史發(fā)展 2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術，利用的是(Swarm )群體行為原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無線 控制器 ，與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制。比如，一臺空調(diào)運轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24℃;而另外兩臺空調(diào)可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運15分鐘。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標便可以實現(xiàn)。這個技術賦予電器于智能，提高能源的利用效率。 2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能 策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強調(diào)智能電網(wǎng)技術是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關鍵技術和發(fā)展方向。這時候的智能電網(wǎng)應該是指輸配電過程中的自動化技術。 2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點“(Grid Point)的公司最近開始出售一種可用于監(jiān)測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術調(diào)整家用電器的用電量。這個電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個基礎設施。 2006 年，美國IBM公司曾與全球電力專業(yè)研究機構、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復供電，消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。 2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即:在2010年初步建成電網(wǎng)高級調(diào)度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項目的啟動標志著中國開始進入智能電網(wǎng)領域。 2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個智能電網(wǎng)城市，每戶家庭都安裝了智能電表 ，人們可以很直觀地了解當時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔能源。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現(xiàn)，可以重新配備電力。 2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。 2009年1月25日美國白宮最新發(fā)布的《復蘇計劃尺度報告》宣布:將鋪設或更新3000英里輸電線路，并為4000萬美國家庭安裝智能電表--美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。2月2 日能源問題專家武建東在《全面推動互動電網(wǎng)革命拉動經(jīng)濟創(chuàng)新轉(zhuǎn)型》的文章中，明確提出中國電網(wǎng)亟須實施“互動電網(wǎng)”革命性改造。 2009年2月4日，地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達成的協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公用系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡。這種傳感器網(wǎng)絡和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎設施一起提供相關數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進行電力分配并檢測到潛在問題。 IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機會，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。 2009年2月10日，谷歌表示已開始測試 名為谷歌電表﹙PowerMeter﹚的用電監(jiān)測軟件。這是一個測試版在線儀表盤，相當于谷歌正在成為信息時代的公用基礎設施。 2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設 的一部分--華北電 網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過專家組的驗收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無需在不同系統(tǒng)和平臺間頻繁切換，便可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務市場品質(zhì)分析平臺，能有效提升調(diào)度部門對并網(wǎng)電廠管理的標準化和流程化水平。 美國谷歌2009年3月3日向美國議會進言，要求在建設“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時采用非壟斷性標準。 2010年1月12日，國家電網(wǎng)公司制定了《關于加快推進堅強智能電網(wǎng)建設的意見》，確定了建設堅強智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標。 智能電網(wǎng)主要特征要素(Key Elements) 歸納為六點，即具有堅強、自愈、兼容、經(jīng)濟、集成、優(yōu)化等特征。 (1)堅強(Robust) 在電網(wǎng)發(fā)生大擾動和故障時，電網(wǎng)仍能保持對用戶的供電能力，而不發(fā)生大面積的停電事故;在自然災害和極端氣候條件下、或人為的外力破壞下仍能保證電網(wǎng)的安全運行;具有確保信息安全的能力和防計算機 病毒破壞的能力。 (2)自愈(Self-Healing) 具有實時、在線連續(xù)的安全評估和分析能力，強大的預警控制系統(tǒng)和預防控制能力，自動故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復的能力。 (3)兼容(Compatible) 能支持可再生能源的正確、合理地接入，適應分布式發(fā)電 和微電網(wǎng)的接入，能使需求側(cè)管理的功能更加完善和提高，實現(xiàn)與用戶的交互和高效互動。 (4)經(jīng)濟(Economic al) 支持電力市場和電力交易的有效開展，實現(xiàn)資源的合理配置，降低電網(wǎng)損耗，提高能源利用效率。 (5)集成(Integrated) 實現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺和模型，實現(xiàn)標準化、規(guī)范化和精細化的管理。 (6)優(yōu)化(Optimized) 通過優(yōu)化提高資產(chǎn)的利用，降低投資成本和運行維護成本。