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一、智能電網的概念及內涵特征
智能電網(英語:Smart grid、smart electric grid、或intelligent grid),以雙向數字科技創建的輸電網絡,用來傳送電力。它可以偵測電力供應者的電力供應狀況,與一般家庭用戶的電力使用狀況,來調整家電用品的耗電量,以此達到節約能源,降低損耗,增強電網可靠性的目的。智能電網雛型是20世紀產生的,由一些中心發電機向大量用戶傳輸電能的電網的簡單升級。在傳統電網的基礎上,電能的傳輸拓撲網絡更加優化以滿足更大范圍的各種用電狀況,如在用電量低的時段給電池充電,然后在高峰時反過來給電網提供電能。智能電網包含了一個智能型電表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure,AMI),用于記錄系統所有電能的流動。通過智能電表(Smart meter),它會隨時監測電力使用的狀況。智能電網包括超導傳輸線以減少電能的傳輸損耗,還具有集成新能源,如風能,太陽能等的能力。當電能便宜時,消費者可以開啟某些家用電器,如洗碗機,工廠可以啟動在任何時間段都可以進行的生產過程。在電能需求的高峰期,它可以關閉一些非必要的用電器來降低需求。其他的智能電網發展方向包括電網之故障偵測、判斷、自動試送電等。智能電網之最基礎建設在于電網上的設備由人工在地監測,進化到遙測、遙控,再進化到自動判斷調整控制。
二、智能電網的目標
智能電網的目標是實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全。
(一)必須更加可靠
智能電網不管用戶在何時何地,都能提供可靠的電力供應。它對電網可能出現的問題提出充分的告警,并能忍受大多數的電網擾動而不會斷電。它在用戶受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施,以使電網用戶免受供電中斷的影響。
(二)必須更加安全
智能電網能夠經受物理的和網絡的攻擊而不會出現大面積停電或者不會付出高昂的恢復費用。它更不容易受到自然災害的影響。智能電網必須更加經濟—智能電網運行在供求平衡的基本規律之下,價格公平且供應充足。智能電網必須更加高效—智能電網利用投資,控制成本,減少電力輸送和分配的損耗,電力生產和資產利用更加高效。通過控制潮流的方法,以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。
(三)必須更加環境友好
智能電網通過在發電、輸電、配電、儲能和消費過程中的創新來減少對環境的影響。進一步擴大可再生能源的接入。在可能的情況下,在未來的設計中,智能電網的資產將占用更少的土地,減少對景觀的實際影響。智能電網必須是使用安全的—智能電網必須不能傷害到公眾或電網工人,也就是對電力的使用必須是安全的。
三、智能電網的關鍵技術
(一)發電與儲能技術
在能源轉化、傳輸、使用這幾個環節,其中發電環節是整個過程中最有可能減少排量的,所以智能電網采用風電水電多種新能源進行分布式發電和分布式儲能,其中分布式發電技術有很多,例如風力發電技術、生物質能發電技術和地熱發電技術等等,分布式儲能裝置有電磁蓄能、超導儲能等等。由于使用新能源、潔凈能源和再生資源,對環境改善方面具有很大的積極作用,特別是減輕溫室效應方面,同時能夠提高供電的安全性與可靠性,以及緩解能源供給不平衡問題,所以該技術被廣泛應用。但是由于環境影響以及一些不確定因素,例如:風能和太陽能與天氣相關,具有不確定性,分布式發電技術與儲能技術將面臨較大的挑戰。
(二)輸配電技術
輸配電技術包括特高壓輸電技術和高溫超導輸電技術,特高壓輸電技術是能夠實現大功率、遠距離傳輸電的輸電技術,提高了輸電能力,并能實現遠距離電力系統互相連接;高溫超導輸電技術是利用高溫超導體材料特性的技術,與常規技術相比,它具有污染少、損耗小等特點。
(三)高速雙向通信技術
智能電網采用了高速雙向通信技術,涉及較多電子設備,如智能表計、電力電子控制器等,利用這些智能電子設備進行網絡化通信,同時堅持各種干擾與自我監測,充分體現出“自愈”這一特性。
(四)智能固態表針
與傳統采用的電磁表計相比,智能固態表針能夠進行雙向通信、計量多時段的電力情況和價格、編制時間表等等。
(五)先進的電力電子技術
智能電網采用先進的電力電子技術,使用各種新型的高性能設備與裝備,例如全控型大功率電力電子器件等,其中具體有有源濾波器(APF)、動態電壓恢復器(DVR)等,符合當今電力系統運作要求,并在現代電力系統中得到廣泛的使用。
(六)智能調度技術
該技術是智能電網中最關鍵、重要的技術,能夠全面進行資源優化配置,科學決策管理、高效調度等,實現大面積連鎖故障的預防,實現調度的智能化。
四、電網的智能化特征
由于智能電網采用了上面所述的先進技術,使得智能電網可觀測、可控制、能實時分析與決策、自愈以及制動優化調整,充分體現出智能化。
(一)智能電網是自愈電網
“自愈”指的是把電網中有問題的元件從系統中隔離出來并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態,從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。從本質上講,自愈就是智能電網的“免疫系統”。這是智能電網最重要的特征。自愈電網進行連續不斷的在線自我評估以預測電網可能出現的問題,發現已經存在的或正在發展的問題,并立即采取措施加以控制或糾正。自愈電網確保了電網的可靠性、安全性、電能質量和效率。自愈電網將盡量減少供電服務中斷,充分應用數據獲取技術,執行決策支持算法,避免或限制電力供應的中斷,迅速恢復供電服務。自愈電網經常應用連接多個電源的網絡設計方式。當出現故障或發生其他的問題時,在電網設備中的先進的傳感器確定故障并和附近的設備進行通信,以切除故障元件或將用戶迅速地切換到另外的可靠的電源上,同時傳感器還有檢測故障前兆的能力,在故障實際發生前,將設備狀況告知系統,系統就會及時地提出預警信息。
(二)智能電網將抵御攻擊
電網的安全性要求一個降低對電網物理攻擊和網絡攻擊的脆弱性并快速從供電中斷中恢復的全系統的解決方案。智能電網將展示被攻擊后快速恢復的能力,甚至是從那些決心堅定和裝備精良的攻擊者發起的攻擊。智能電網的設計和運行都將阻止攻擊,最大限度地降低其后果和快速恢復供電服務。智能電網也能同時承受對電力系統的幾個部分的攻擊和在一段時間內多重協調的攻擊。智能電網的安全策略將包含威懾、預防、檢測、反應,以盡量減少和減輕對電網和經濟發展的影響。不管是物理攻擊還是網絡攻擊,智能電網要通過加強電力企業與政府之間重大威脅信息的密切溝通,在電網規劃中強調安全風險,加強網絡安全等手段,提高智能電網抵御風險的能力。
(三)將減輕來自輸電和配電系統中的電能質量事件
通過其先進的控制方法監測電網的基本元件,從而快速診斷并準確地提出解決任何電能質量事件的方案。此外,智能電網的設計還要考慮減少由于閃電、開關涌流、線路故障和諧波源引起的電能質量的擾動,同時應用超導、材料、儲能以及改善電能質量的電力電子技術的最新研究成果來解決電能質量的問題。另外,智能電網將采取技術和管理手段,使電網免受由于用戶的電子負載所造成的電能質量的影響,將通過監測和執行相關的標準,限制用戶負荷產生的諧波電流注入電網。除此之外,智能電網將采用適當的濾波器,以防止諧波污染送入電網,惡化電網的電能質量。
參考文獻
[1]史忠植.智能主體及其應用[M].北京:科學出版社,2000,9.
構建智能電網需要大容量、高速實時、支持多業務靈活接入、具有自愈功能的電力通信網絡。近年來,遵義供電局不斷加大骨干光纖通信網絡的建設,然而由于受到配電與用電網分布式結構的限制(網絡復雜,通信點多,通信設備工作環境差),面向用戶側最后一公里的通信網絡資源極其匱乏,已成為電網建設的瓶頸。由于光纖布放難度大,單一的光纖通信方式不能滿足配用電側業務全覆蓋、全采集、全費控的需求,需要開展以光纖通信為主、無線通信為輔的復合通信網絡建設與應用嘗試,以更好地實現集抄、輸電線路在線監測、無人值守可視化管理、應急通信、移動辦公、巡檢、配網自動化等業務。
為滿足遵義供電局電力信息化發展需求和各種業務應用開展,遵義供電局決定建設一張基于TD-LTE技術的實用、可靠、實時、覆蓋面廣、靈活性好的電力無線寬帶專網,為進一步提升服務能力打下堅實的基礎。
遵義TD-LTE無線電力專網采用TD-LTE作為無線傳輸網絡,TD-LTE的基站eNB將通過有線專網的光纖鏈路就近接入專網匯聚節點,和核心機房EPC完成互聯互通。
整體解決方案包括:核心網、無線網、無線終端等多種設備。
核心網采用中興通訊ZXRBCN 3100平臺,提供CN核心網、集群應用服務、網關、AAA認證服務等多種功能;
承載層則充分利用遵義供電局現有的MSTP傳輸網絡(或IP網絡)實現;
無線網采用“BBU(B8300)+RRU(R8968)”的組合方式進行基站建設,提供各無線終端的快速接入;
無線終端采用IAC 4000系列TD-LTE無線終端,該終端可分為室內型與室外型。本項目中的終端采用中興通訊的MF 820T終端。
本期工程計劃建設TD-LTE無線基站5個,每站點3個扇區,每扇區采用8通道天線。無線網使用1785~1790MHz頻段中的5MHz連續可用帶寬,采用同頻組網方式組網。
1 TD-LTE技術優勢
本項目采用TD-LTE技術,TD-LTE的技術特性更適合電力專網的各方面要求。
大容量
配用電網中的終端分布較廣且數量巨大,網絡容量需求巨大。TD-LTE網絡的大容量特點能夠滿足電力專網需求,并且,隨著TD-LTE技術的不斷演進,未來網絡升級潛力巨大,速率可達到1Gbps。
高安全性
配電網絡、用電網絡都有高度安全需求,TD-LTE是多種技術融合演進的結果,在繼承已有技術安全性的特點外,還在設備自恢復、業務QoS自保障、網絡及業務層面數據加密鑒權方面得到了提升,能夠滿足電力專網安全性要求。
業務靈活性
電力專網業務以控制計量點、數據采集、視頻監控等為主,這些業務有上行帶寬高、終端位置固定的特點。TD-LTE具備上行業務帶寬可調、低時延、系統扁平化設計的特點,并且對業務質量分等級進行保障,可以解決電力專網業務應用的諸多難題。
2 TD-LTE領導者
中興通訊TD-LTE網絡在國內外專網/公網應用廣泛,擁有豐富的網絡建設經驗。截至2012年3月,中興通訊已為19個國家33個全球領先運營商建設TD-LTE試驗局和商用網絡,遍布歐洲、印度、獨聯體、亞太、東南亞和美洲等區域,包含8個TD-LTE商用網絡,其中4個已經正式大規模商用,分別為日本軟銀(SoftBank)、印度巴蒂電信(Airtel)、瑞典和黃(Hi3G)無線網以及中國北京政務物聯網。中興通訊也是擁有已建成TD-LTE商用網絡最多的廠商。
BBU基帶處理能力業界第一:中興通訊BBU(ZXSDR B8300)系統最大可支持6塊TD-LTE基帶板插槽,最大可支持6塊TD-LTE基帶板,系統最大可支持18個2×2MIMO 20MHz小區。基站支持的用戶數是其他廠商的2倍。
基站冗余設計靈活,可靠性強:BBU (ZXSDR B8300)系統基帶板支持N+1熱備份,主控板支持1+1熱備份。系統冗余設計靈活,可靠性強。
中興通訊TD-LTE產品支持8天線自適應MIMO/BF;支持8天線雙流BF,在提高小區邊緣用戶速率的同時,降低干擾。
BBU到RRU連接光口豐富,光口數業界第一,支持演進需求:BBU(ZXSDR B8300)每塊基帶板支持3個光口,RRU(ZXSDR R8968)也支持3個光口,光口支持2.5G/6G/10G模式。多光口支持系統由TD-LTE(3.9G)向TD-LTE Advance(4G)平滑演進。
3 端到端解決方案
中興通訊提供從核心網、eNod B、業務平臺到終端芯片的端到端電力專網解決方案。采用SDR架構全新設計的新一代基站BBU,與中興通訊RRU共同構成了BBU+RRU組網方案,與傳統組網方案相比,不僅規避了對站點機房的依賴、降低了部署的難度,還有效提高了建網速度,充分滿足快速、低成本建網的需求。在終端方面,與ATRSI、SQ、高通建立TD-LTE合作關系,可以提供豐富的第三方終端。
4 客戶收益
降低成本:TD-LTE無線網覆蓋廣、帶寬高,建網靈活,建網速度快,節約網絡建設、運營、維護成本;利用無線技術降低電力設備被盜率、降低線路損耗。
提高效益:通過無線寬帶專網建設明顯提升遵義供電局配電網、用電網自動化水平,確保電網安全生產穩定運行,實現無人值守、輸電線路在線監測,提升電網服務能力。
提升管理效率:通過無線技術,提升安全生產、設備管理水平,提高信息化水平,推動智能電網發展。
TD-LTE boost smart grid construction in Zunyi
關鍵詞:智能電網 信息化 數字化 自動化 互動化
目前在世界范圍內,智能電網的發展現狀還是一個初期的基本階段,很多理論依據和技術方法還沒有明確規定。我國電力研究人員在進行智能電網發展的相關研討中確定具有中國特色的現代化智能電網的基本特征和發展方向,即使未來的中國電網系統成為集信息化、數字化、自動化和互動化為一體的安全經濟、高效環保、穩定可靠的現代電網。以下本文就逐一為大家介紹智能電網的基本特征。
一、 信息化
智能電網信息化是指實時和非實時信息的高度集成、共享和利用。我國電力工業信息化的實施開展是在上世紀60年代開始進行的。早期的計算機技術應用還不夠成熟,在電力系統的應用中也僅僅只是用于各種數據的計算和設備監測等方面。自80年代后,計算機技術得到了極大的推廣與應用,促進了電力系統的信息化發展,現代化信息技術幾乎遍布整個電力系統的工作內容中。近年來,電力信息化更是成為電力企業發展戰略中的重要內容,使信息化進一步與電力企業的生產、管理與經營高度融合。
1、電力信息化技術發展中存在的問題
在電力系統信息化建設中暴露出諸多問題,如缺乏統一的標準體系,存在重復建設;信息孤島眾多,信息集成度低,無法相互協作發揮整合效益;企業管理信息系統與生產控制系統通常相互分離,信息化建設過程中,過多地投入到設備的自動控制、數據信息的收集共享,,卻忽視了對信息的整理和挖掘。
2、對于電力信息化發展的建議
(1)在國家電網公司信息發展規劃的指導下, 按照相關的成熟信息技術標準體系, 統一數據編碼, 統一制定軟件架構標準體系, 統一制定電力業務標準、文檔標準和服務標準等相關規范。
(2)整合現有各信息管理平臺, 爭取盡早實現整個電力大企業的數據一體化、集成應用一體化、電力服務一體化。
(3) 電力企業管理信息系統與電力生產控制系統有機結合,加強數據深層挖掘研究和應用。
二、數字化
數字化是指電網對象、結構及狀態的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸。電力系統數字化概念的提出使電網的運行管理有了一個新的發展。電力系統數字化的具體內容涉及面較廣,幾乎覆蓋了整個系統的運行工作對信息的收集與整理,對電力企業的發展管理以及外部環境對于電力系統的影響等方面,實現對研究對象的實時描述與再現兩個方面的功能。目前我國的電力系統數字化主要采用電力系統離線仿真軟件和數模混合仿真系統。電力系統實時數字仿真器也正得到越來越廣泛的應用。
1、在電力系統數字化建設過程中存在的問題
在當前的電力系統數字化建設過程中,主要存在的問題有廠站側的數字化進程滯后于調度側。數字化變電站仍然處于示范階段, 離實際的規模應用還有一段距離。調度側的高級應用系統缺少集成和統一的標準。對某些元件的數學模型有待進一步深入研究,缺少系統以外的重要信息, 如光照、風力、地質運動等。
2、對電力數字化建設的建議
(1) 積極推進廠站側數字化進程。實現輸電元件的測量、保護、控制、通信一體化, 實現對輸電元件的數字化監測以及分散式的智能決策;實現發電廠的數字化生產。
(2) 加強調度側高級應用系統的集成和標準化建設。將分散的EMS、電網廣域動態監測系統、在線穩定分析預警系統高度集成, 調度人員無需在不同系統和平臺間頻繁切換, 便可實現對電網綜合運行情況的全景監視并獲取輔助決策支持。
(3) 加強系統元件數學模型研究,積極與公共服務系統配合,將對系統安全穩定影響較大的外部信息數字化, 并集成到相應的決策分析系統中,為電力系統避免自然災害導致的大停電提前做好準備。
三、自動化
自動化是指電網控制策略的自動優選、運行狀態的自動監控和故障狀態的自動恢復等。我國的電力系統自動化發展已經有接近半個世紀的歷史了,隨著計算機技術的發展,不斷更新自動化技術,由原來的調度自動化、廠站自動化和配電自動化發展到今天的在數據庫、安全防護、電力營銷等等,多個層面都實現了自動化管理。盡管如此,我國的電力系統自動化程度和水平仍然遠遠低于發達國家,對于電力系統自動化技術仍然需要隨著科技的進步和計算機技術的發展而不斷的創新與進步。
1、電力系統自動化發展過程中存的問題
在我國的智能電網發展中,存在著一些制約電力自動化發展的因素,主要體現在以下幾方面:調度側各種控制系統或輔助決策系統,種類較多,缺少集成和統一標準;另外, 調度側仍需人工參與才能實現閉環控制, 缺少智能專家系統支持。配電自動化水平仍較低;各種控制措施以分散、獨立控制為主, 缺少彼此間的協調優化。
2、自動化發展的建議
(1) 類似于數字化與信息化中的標準化建設, 統一調度側各控制系統的功能、接口、數據庫等。
(2) 加快智能控制方法的工程化進程,。依靠智能控制方法, 減少人工參與, 實現實時在線的定值修改、策略搜索、在線自動控制等功能。
(3) 借鑒國外在綜合自動化方面的經驗, 積極發展配電自動化。
四、互動化
互動化是指電源、電網和用戶資源的友好互動和協調運行。互動化是信息化、數字化和自動化的最終目標,是智能電網的本質要求。主要包括發電與電網之間的互動和電網與用戶之間的互動這兩種形式。近年來我國電力體制的改革為這一目標的實現提供了良好的機遇與條件,但在具體的實施中,仍然存在著很多問題,需要進一步改革和完善。
1、電力系統互動化發展存在的問題
電力互動發展中存在的問題主要可以歸為以下幾點:在發電商競價上網的過程中,三公 原則的力度還不夠大;對可再生能源發電并網的相關技術研究相對滯后;用戶側硬件裝置和軟件配置還不具備與電網互動的智能化條件。
2、關于電力互動化發展的建議
(1) 建立公開、透明的統一電力市場信息平臺, 并逐步納入電網統一信息平臺之中。另外, 隨著特高壓全國聯網的實現, 有必要加快全國電力市場的建設進程。
(2) 加快可再生能源并網對系統安全穩定影響的研究, 并制定、完善相應的并網標準。
(3) 著力開展雙向互動營銷技術、高級量測技術等研究, 并開展智能電器和智能電表研發。
論文關鍵詞:ATT7022,雙向電表,ZLG7290,ARMCortex-M3
1系統設計
本電表的系統設計,主要由高精度多功能三相電能專用計量芯片ATT7022 A,以Cortex M-3為內核的LPC1752,數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7290B,EEROM等幾部分組成。其硬件系統框圖如圖1
圖1 硬件系統框圖
2硬件設計
2.1 測量單元
測量單元主要是由珠海炬力集團生產的ATT7022 A芯片為核心。ATT7022A 采用單+ 5 V供電,QFP44封裝。該芯片內部集成了6路16位的ADC,采用雙端差分信號輸入。輸入最大的正弦信號有效值是1V。本文選取將電壓通道Un對應到ADC的輸入選在0.5V左右。電流通道Ib的ADC輸入選在0.1V左右。
ADC前段將芯片與電網進行隔離,使電路具有較好的抗干擾性。電壓采樣通過電壓互感的方式如圖2,電壓互感器規格選擇220V/0.5V,額定電壓輸入時電壓差動輸入電壓有效值為0.5V左右。
圖2 電壓采樣
電流互感器電流采樣是通過電流互感器差分方式完成的,規格是1.5(6)A/5mA,負載為 20Ω。如圖3
圖3 電流采樣
有功功率的測量是通過對去直流分量后的電流、電壓信號進行乘法、加法、數字濾波等一系列數字信號處理后得到的。電流、電壓采樣數據中包含高達21次的諧波信息,依據公式
計算得到的有功功率也至少包含21次諧波信息。有功功率測量原理如圖4,合相有功功率Pt=Pa+Pb+Pc.
圖4 有功功率測量
瞬時有功功率對時間積分就得到了有功能量。單相有功能量。正向有功電能寄存器(0x40到 0x43 )分別記錄A、B、C、合相的正向有功電能;反向有功電能寄存器(0x44 到0x47 )分別記錄A、B、C、合相的反向有功電能。根據讀取寄存器的值,就能得到當前電能的情況,從而實現雙向電表計量的功能。
2.2 中央處理單元
中央處理單元采用NXP公司生產的,以ARM Cortex-M3為內核的LPC1752微控制器。具有高集成度,低功耗,最高運行頻率為100MHz。該芯片能很好的滿足電表所需的多通訊接口,現場工業環境的要求。使系統具有較高的可靠性和抗干擾能力。
2.3 人機交互單元
廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片。能夠直接驅動8 位共陰式數碼管(或64只獨立的LED),同時還可以掃描管理多達64只按鍵。采用 I2C 總線方式,與微控制器的接口僅需兩根信號線,節省I/O 資源。該芯片為工業級芯片,抗干擾能力強,在工業測控中已有大量應用。鍵盤部分有個鍵,分別是設置、選擇、調節和確認。來切換個參數的顯示與調節,以及讀/取存儲單元的數據。8位共陰式數碼管顯示A、B、C合相電壓、電流、有功/無功功率及電能等參數。
2.4 其它單元
存儲單元:CAT24C161是集EEPROM存儲器,復位控制器和看門狗定時器三種流行功能于一體的芯片。以I2C總線方式與主機進行通訊。
3軟件設計
3.1 軟件設計
由于采用的三相電能計量芯片,可以使CPU省去A/D采樣處理等運算,CPU只需對電能計量芯片進行操作即可,大大簡化了軟件程序。軟件流程圖如圖5所示。
初始化包括LPC1752的I/O口、SPI、UART、鍵盤顯示、計量芯片的初始化。
軟件校表時,對電壓、電流校正,啟動電流及斷相閾值的設置沒有順序上的要求。但在進行功率校正是,先設置合相電能累加模式,電壓通道ADC增益和高頻輸出,然后做功率增益校正,再進行相位校正。
所有的校正都是在相應的校表寄存器參數為零的條件下進行的。
鍵盤、顯示程序主要是對ZLG7290的操作來實現相應的功能。
圖5 軟件流程圖
4結束語
該雙向電表采用了ATT7022電能專用計量芯片,使得整個電路簡單化,電壓、電流采集端過濾了一部分干擾,協同軟件校表具有較高的精確度和穩定性。同時ZLG7290本身具有鍵盤自動去抖、連擊鍵計數,LED閃爍等功能,都降低了CPU的工作負荷。該電表穩定性好,抗干擾能力強,可靠性高,使用壽命長,功能齊全,實現了雙向計費功能,在未來具有很高的實用價值。
作者簡介:
李俊峰,男,河北保定,1984年生, 現就讀于中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院,研究生二年級,專業:電路與系統。郵碼:100083。E-mail: lijunfeng_518@163.com
高峰,男,四川宜賓,1989年生,現就讀于中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院,研究生二年級,專業:電力系統及其自動化。
賈少才 ,男。北京大興,1986年生,現就讀于中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院,研究生三年級,專業:電路與系統。郵碼:100083,E-mail: jiashaocai307@126.com
通訊作者:
李俊峰,男,河北保定,1984年生, 現就讀于中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院,研究生二年級,專業:電路與系統。郵碼:100083。Tel E-mail: lijunfeng_518@163.com
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關鍵詞 農村電網;智能電網;分布式電源;微網
中圖分類號 TP 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2011)122-0184-01
近幾年來,智能電網倍受發達國家和地區的關注,美國、歐洲和日本已經進行了積極的探索,并取得了一些進展.在此背景下,中國也提出了“建設堅強智能電網”的目標。而農村電網是中國國家電網的重要組成部分,縣城及農村用電量已占全社會用電量的52%以上,而且發展速度迅猛,農村電網智能化建設是智能國家電網建設不可缺少的重要組成部分。加快建設以堅強為基礎、智能為特征的新型農網,是新時期農電工作面臨的目標和挑戰,也是實現農網與各級電網協調發展的必然
要求。
1 農村電網特點
目前,中國的農村電網仍然存在著網架結構薄弱、供電可靠性低、損耗高、電能質量差、設備落后、自動化水平低、電價水平偏高、改造資金缺口較大等落后現象。社會主義新農村建設、村鎮化建設以及“家電下鄉”等政策的實施導致農村用電負荷快速增長,現有的農網供電能力和供電條件遠不能滿足農村日益增長的用電需求。
中國農村經濟發展水平與城市相比還有相當大的差距,農村電網呈現3個特點。
1.1 用戶特點
農村居民用電戶數量龐大,用電量不高.農村用戶分布廣泛,負荷分散,發展不平衡。另外,由于農業生產與氣候有密切關系,因而農村負荷季節性變化明顯。
1.2 電網特點
農網中普遍采用220/110/35/10/0.38 kV或220/66/10/0.38 kV電壓制式.農村電網分布廣、負荷分散以及線路供電半徑較長,農村電網點多面廣,農網末端分布的地形、地貌相對復雜,電網運行環境相對惡劣。農網采用架空線居多,在山區、丘陵地帶進行農網建設與運行維護存在較大困難。
1.3 企業管理特點
農網供電企業具有管理體制多元化、人員構成復雜的特點。這種多元化的管理體制造成農電統一規劃、統一建設、統一調度和統一管理的難度加大。
綜上所述,由于中國農村負荷點多面廣、經濟發展水平與城市差距大、人員綜合素質參差不齊等原因,農村電網具有特殊的技術經濟規律,在建設與發展中應充分權衡技術先進性和經濟性。
2 農網智能化概念
農網智能化的基本特征是技術上體現信息化、自動化、互動化,管理上體現集團化、集約化、精益化、標準化。
信息化、自動化、互動化是農網智能化的技術特征。信息化是統一堅強智能電網的實現基礎;自動化是統一堅強智能電網發展水平的直觀體現;互動化是統一堅強智能電網的內在要求。
堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動是農網智能化的基本內涵.堅強可靠是統一堅強智能電網發展的物理基礎;經濟高效是對統一堅強智能電網發展的基本要求;清潔環保是經濟社會對統一堅強智能電網的基本訴求;透明開放是統一堅強智能電網的發展理念。
3 農網智能化建設的內容
3.1 農網供電模式及優化規劃
根據不同地區縣城、城郊和農村實際情況,建立適合各類典型區域配電網供電模式,開發智能配電網輔助規劃決策支持系統;提出滿足互動化要求和應對多能源互補需求的農網負荷特性及負荷預測方法,提出區域電壓等級優化、區域智能配電網接線方式、智能配電網布局優化方法、智能配電網裝備優化選擇;提出滿足互動化要求和多能源互補條件下的智能配電網供電模式。
3.2 農網自動化與優化運行的建設
1)農網中低壓電網統一采集與交換平臺。
2)農網智能調度。
3)基于多能源互補的農村配網經濟運行理論。
4)極端外部災害下農網風險預警與智能控制。實現極端外部災害下農網風險預警、評估、預防控制和應急控制輔助決策功能,構建極端外部災害下農網智能控制系統。
3.3 農網智能通信的建設
1)多點分散的低成本、高可靠混合通信。
2)農網數字載波通信。
3)農網無線寬帶通信網絡。
3.4 農網智能裝備的建設
1)農網智能化變電站的建設。提出:①適合東、中、西部地區農網數字化變電站的建設模式,解決農網變電設備在線監測關鍵技術;
②變電站設備優化檢修方法;③變電站設備的智能化控制策略,實現基于狀態的變電站主設備全壽命周期綜合優化管理。
2)高可靠的農網智能配電開關的建設。
3)農村智能配電臺區/配電柜/配電箱的建設。
3.5 農電管理與信息化的建設
1)農網統一數據管理平臺。提出基于地理信息平臺的分布式農網運行管理技術和信息集成技術解決方案,提出適合中國農網管理模式的農網統一數據管理體系架構,解決相關關鍵技術,開發高性能、實用化軟件系統,為農網的生產運行管理和經營服務提供有效的農網統一數據管理平臺,并通過工程試點和制定配套標準,推動農網統一數據管理平臺在農網管理中的實用化應用。
2)農電業務監管和分析技術。站在中國農電系統角度,構建統一的農電企業發展戰略體系,建立統一的農電業務監管模型,建設能夠為企業提供輔助決策分析的供電企業經營指標分析系統、基于農電企業經營和績效管理評價模型的農電企業績效評估及考核系統和基于農電企業的發展戰略模型的農電企業經營發展戰略專家信息系統,為農網信息化管理提供核心支持。
3)分布式地理信息系統在農網數字化及防災減災中的應用。研發農網分布式地理信息平臺,實現配電設備運行監測與預警、快速應急恢復供電最佳路徑分析與優化組織調度等功能。
3.6 分布式電源及微網技術
1)客戶分散式能源及儲能元件接入監控技術。①提出客戶分散式能源入網及監控技術方案;研制接入電網監控裝置,客戶分布式電源接入電網監控試點;②完成客戶分布式電源接入電網監控系統體系建設;③完成客戶小型儲能元件接入試點。
2)多能源互補的能量優化系統。①掌握農村分布式能源調度數據采集和監視技術和實時調度控制技術;②掌握分布式電源發電能力預測技術、考慮新能源接入的安全約束機組組合和經濟調度技術、發電備用管理技術;③開發出適應新能源接入的一體化調度控制支撐平臺,支持跨區域資源優化配置和清潔能源充分利用,保障電網經濟高效運行。
3.7 智能用電及互動化技術
1)農網智能用電互動化支撐技術。①提出滿足雙向互動技術要求的裝置和系統技術方案;②提出用戶需求分析和預測模型和算法設計;③開發雙向互動營銷技術支持平臺軟件。
2)交互式農網用電信息測控終端技術。提出農網智能用電信息采集系統技術方案,開發交互式農網用電信息測控終端。
4 農網智能化工作的建議
1)認真做好農網智能化建設組織規劃。農網建設涉及面廣,各地區管理與發展水平不盡相同,農網智能化建設涵蓋多個環節,研究工作和建設任務十分復雜,為切實做好這項工作,應該認真組織農網智能化建設規劃,科學制定工作計劃,統籌開展科技攻關和試點建設工作,結合已有的電力、通信、自動化等相關的標準和規范體系,形成農網智能化標準規范體系框架,推動適用于農網智能化建設的標準和規范體系的建立和完善。
2)盡快開展農網智能化相關技術研究。
3)開展農網智能化建設試點工作。
4)充分共享利用智能電網共性技術研究成果。
5)爭取政策支持加大農網投入力度。
5 結束語
農村電網是國家電網的重要組成部分,加快建設以堅強為基礎、智能為特征的新型農網,對中國智能電網建設具有重要意義。本文對我國農村電網智能化建設做出的一些分析,希望能對廣大的電力工作者有所啟發和幫助。
參考文獻
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[2]陳毓春,李斌,吳福保,等.新型農網自動化系統智能化建設關鍵技術[J].農村電氣化,2009,11:18-19.
【關鍵詞】智能電網 自動化建設 關鍵技術
人們生活中電能發揮著重要作用,其本身已成為社會經濟發展的基礎條件,一旦出現電能供應不穩或不及時,直接阻礙我國區域經濟發展。因此實際中電力企業需要保證電網運行的質量,提高電網運行的可靠性。電力企業通過構建智能電網,大幅度提高供電質量,為現代化建設提供源源不斷的電能支持。本文中筆者主要分析智能電網自動化建設與關鍵技術。
1 智能電網自動化概述
智能電網調度自動化指的是利用各類先進技術,實現電網調度數據、自動化監控及集成化等工程,通過信息共享大幅度提高電網運行的可靠性與穩定性。電網運行中融合調度系統與信息技術,提高智能電網的自動化程度。具體來說,智能電網特征表現為兩點:
1.1 自愈特點
智能電網自愈功能指的是,當系統某些元件出現問題后,可以在沒有人為干預的情況下將問題元件隔離出來,迅速恢復系統運行狀態,不影響電力供應。可以說自愈功能就是智能電網的免疫系統,也是主要特點。該功能可以有效縮短檢修斷電時間,減少停電造成的損失。
1.2 在線監測
智能電網可以通過高速通信網絡即時獲取設備運行狀態信息,最短時間內確認設備故障部位,提高維修效率,快速恢復正常運行狀態。同時,現今技術可以提供眾多的數據,將數據歸納到企業系統中,促進在線監測能力的提高,優化設備運行與維修。
2 智能電網自動化技術要點
智能網自動化建設中需要應用大量現今技術,提高電網運行的可靠性與安全性,提供高質量的供電服務。筆者主要介紹幾種常見的技術,希望可以為同行提供一定借鑒。
2.1 智能電表及集抄系統
智能電表及集抄系統主要由兩部分構成:智能電表與集抄系統。本部分筆者主要概述其構成,為后期論述做好鋪墊。
2.1.1 智能電表
智能電表構成復雜,主要有測量單元、通信單元及處理單元等,電力企業應用智能電表,實現信息存儲處理、實時監測及自動控制等,大幅度提高電力企業工作效率。智能電表的主要功能表現為以下幾點:實現預付費功能,智能電表不但支持本地費控方式,還支持遠程費控,在兩者之間自由轉換;通信模塊化,支持短距離無線、光纖及載波等通信方式,可以實現各方式的自由轉換;滿足物聯網技術要求,通過REID電子標簽自動讀取電表內置的各類信息。
2.1.2 集抄系統
電力集抄系統作為一種結構化與開放式的智能系統,電量數據采集通過采集器的電能表的通信接口實現,供電企業數據庫通過一定的網絡設備接受傳輸的數據,將其作為電費結算的主要依據。與傳統人工抄表方式相比,應用電力集抄系統有效降低人工成本,同時具有電壓監測、電費控制及故障報修等顯著優勢,因此起被廣泛應用到電力系統中。
2.2 通信運行管控系統
資源數據庫是電力通信運行管控系統的基礎,通過規范的符合體系與表達關系在計算機數據庫中建立對應的數字映像。針對現階段電力資源查詢、統計及數據分析風,通過運行管控軟件實現數據庫中資源映像數據的運算。電力通信運行管控系統資源有著三大屬性:動態性、實用性及存在性。資源存在性就是客觀存在的物力資源,網絡資源存在狀態及與其他資源連接關系等,提高系統運行質量。
2.2.1 管理控制模塊
通信運行控制模塊主要負責所屬層級通信網或所屬層級及通信網的運維管理,通信運維業務流程化、表單化管理包括諸多內容:通信調度、業務管控、并網管理及通信統計評價;提供流程管理平臺方便運行維護,實現閉環網絡運行維護管理流程,促進通信網運行維護質量。
2.2.2 綜合監視模塊
系統運行監視各種通信設備與網絡,包括性能管理、配置管理及拓撲管理等;實時采集、綜合處理及存儲告警信息,實現全方位多角度的通信網監控。同時提供一個完善操作平臺界面方便運維工作進行。
2.2.3 資源管理模塊
為滿足電力通信管理的各項需求,實現所屬范圍內通信資源的管控,系統至少具備邏輯資源管理、通信資源管理及物力資源管理等,促進系統功能化,徹底發揮系統作用。
2.3 電力綜合監控系統
電力綜合監控系統特點主要表現為以下幾個特點:
2.3.1 系統設計理念先進
電力綜合監控系統主要為電力監控,通過結合視頻監控、安防監控及電子巡更等功能。本身采用第三代網絡技術,監控模式可以選擇C/S或B/S;在Windows平臺上運行系統,整體界面簡潔,操作簡單,易于上手,更加符合操作人員的操作習慣。
2.3.2 系統功能強大
系統將多項功能集于一體,可以實現電力監控、視頻監控、門禁考勤管理等,與此同時系統支持短信報警。
2.3.3 操作簡單
系統操作簡單,通過一套軟件平臺實現集中式管理,大幅度降低運行維護成本,促進經濟效益的提升;與此同時系統采用模塊化設計,靈活配置,實際中可以考慮自身財務情況,既能一次性投資也可以分階段投資。
2.3.4 系統運行安全
系統運行過程中以安全防范為主,輔助用戶安全生產,中心集中管理,對前端設備實施監控,降低人員數量提高工作效率;分層分級與交接班管理;為保證操作安全,需要用戶登錄驗證、操作權限驗證等。電力綜合監控系統可以實現保護與調控作用,存儲記錄統計處理各種電氣參數與各設備的歷史數據,建立完善的運行操作檔案與設備管理檔案,一旦電力系統或運行設備出現故障,繼電保護或自動裝置主動動作,斷電器跳閘,記錄其自動順序;設備運行不正常時,系統自行報警并顯示打印記錄。
3 結語
總而言之,隨著科學技術的發展及用電量的增加,電力企業不斷優化改進電氣設備,設備向著復雜化、先進化等方向發展,一些細小的操作失誤都會造成故障。通過構建智能電網可以簡化操作程序,避免人工操作誤差的出現,具有實際推廣價值。本文中筆者以此為出發點,詳細探討智能電網自動化建設與關鍵技術。
參考文獻
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作者簡介
劉家豪(1990-),男,重慶市人。碩士研究生學歷。研究方向為可再生能源并網運行和智能電網。
關鍵詞:智能電網;配電網;TD-LTE;無線通信
0 引言
如今,智能電網已成為電網發展的共同趨勢。2010年3月總理在《政府工作報告》中提出“加強智能電網建設”。智能電網已納入《國民經濟和社會發展第十二個五年計劃綱要》。長期以來,我國配電網的建設較為薄弱,與主網通信網相比,10kv及以下中低壓配電網的通信網絡發展相對緩慢,選擇怎樣的通信技術、組網方式建設大規模的中低壓電力通信網,已成為智能電網發展的重要環節。
10kv及以下電網特點決定了其通信結構相對復雜、分布分散、節點多、工作環境較差等特征,這使得選擇何種通信技術變得十分復雜,通過研究發現,現有的載波通信、GPRS/CDMA、寬帶無線接入、光纖通信技術等各種通信方式在10kV及以下電網的應用均有各自不足和缺點。
隨著無線通信技術的發展,最新無線通信技術具有帶寬大、傳輸距離遠、有非視距傳輸能力強、抵抗自然災害能力強、不受限地面線路結構等優點。因此,采用新一代的無線通信技術建設配電網無線接入專網與有線通信技術和傳統公網通信相比有著較大的優勢。其中分時長期演進(Time Division Long Term Evolution,TD-LTE)是如今最具代表性的無線寬帶通信技術。同時,以BSG(Beyond ThirdGeneration)、4G無線通信技術也將成為智能電網未來通信發展的主流方向。因此,研究TD-LTE無線專網在配電網建設中具有十分重要的意義。
1 配電網通信業務需求分析
電網通信主要包含2大部分:一部分是主網通信網,包括電網的調度控制、管理平臺、110kv及以上高電壓等級發電輸電網絡的通信系統,主要實現電網的自動化控制過程,通信的高帶寬、高可靠及傳輸路由的相對可控;另一部分是配網和用戶側通信,以中、低壓配電網為主,包括配變臺區、10kv配電網、用戶電器和電表等通信系統,主要實現配用電端的自動化和智能化管理,提高供電可靠性、實現電網與用戶雙向互動、實現智能用電等。
1.1 配電自動化
配電自動化系統需具備以下功能:①數據采集與監視控制系統(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)功能;②AM/FM/GIS功能;③饋線自動化;4、配網管理系統。配電自動化業務可劃分為“三遙(遙信、遙測和遙控)”“二遙(遙信、遙測)”“一遙(遙信)”終端到配電自動化中心主站。
1.2 計量自動化
計量自動化是集成了軟件技術、數字通信技7R、電力營銷和電能計量為一體基于用電需求的綜合性實時信息采集與分析系統。其功能主要是為_了實現電廠=變電站的電能自動化采集、負荷控制、負荷管理、低壓抄表、配電監測、需求管理等業務。
2 現有通信技術分析
2.1 無線通信技術發展現狀
無線通信技術按傳輸距離可劃分為長距離無線接入技術和短距離無線接入技術。其中,長距離無線接入技術的代表為:GSM、GPRS、3G;短距離無線接入技術的代表包括:WLAN、UWB等。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入,其中寬帶無線接入技術的代表有3G、區域多點分配業務(LMDS)、TD-LTE;窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統。各種無線通信技術分類如圖1所示。
可以看出,以OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)+MIMO(Multi-Input Multi-Output)為核心的無線通信技術將成為無線通信發展的主流方向。其中TD-LTE是一種典型采用OFDM+MIMO技術的新一代無線通信技術,同時具備多載波技術(multi-subcarrier,Ms)、載波聚合技術、多通道智能天線技術、自適應重傳技術(Hybrid AutomaticRepeat Request,HARQ)、自適應調制與編碼技術(AdaptiveModulation and Coding,AMC)等多種先進傳輸技術實現的無線寬帶技術。其網絡結構由TD-LTE無線接入網(E-UTRAN)、匯聚層和TD-LTE核心網(EPC)3部分組成如圖2所示。
2.2 TD-LTB的優勢分析
TK-LTE技術能較好滿足配網自動化和計量自動化的通信需求,在應用到電網配網無線寬帶專網的建設中具有以下優勢:
(1)傳輸速率快,覆蓋范圍大;(2)靈活性強,可實現業務的多樣性;(3)擴容便利,具有可升級性。
3 LTE230關鍵問題及難點技術研究
3.1 LTE230系統介紹
LTE230是普天信息技術研究院開發的一套適用于223235MHz頻段的行業應用系統,該系統具有實時性強、海量用戶、高速率傳輸、高可靠性、廣覆蓋、頻譜適應性強、安全性強等特點,能滿足不同行業需求。LTE230利用載波聚合技術,將230MHz頻段離散窄帶頻點進行資源整合統一,形成寬帶資源以滿足行業應用需求,同時,該系統引入了高效編碼、高階調制等新技術,一方面提高了頻譜效率,另一方面使系統具有較好的解調性能,提高了系統的抗干擾能力。
LTE230電力無線寬帶通信系統針對配用電網絡監控測量節點多、地域分布廣泛、通信實時性安全性較高等特點,首次將第四代無線寬帶通信技術引入到電力系統行業,有效解決了配用電網絡長期不能滿足通信智能化的特殊業務需求,實現了智能配用電業務實時大規模數據采集、傳輸以及安全通信等要求。其具體網絡結構如圖3p所示。
3.2 技術難點
(1)依據國家頻率分配政策,分配給電網企業的230MHz頻段是40個離散的窄帶頻段,每個頻段25kHz,如何利用LTE230載波聚合技術,利用這些頻段實現配網無線專網通信網絡的覆蓋是主要技術難點之一。
(2)電力無線專網建設中不同小區之間只能采用同頻組網,因此如何實現同頻組網、干擾協調技術是另一技術難點。
(3)電力無線專網的建設站點一般智能在變電站、供電局大樓、營業所等自由物業,受站址所限,如何提高無線網絡覆蓋效果也是難點之一。
隨著我國集控技術的電力行業的不斷發展,電力行業對集控的應用也越來越依賴。智能電網具有優質、集成、高效、協調、自愈、兼容的特點,需要依托集控技術實現和完成。
[關鍵詞]集控應用技術 ;自動化;技術
中圖分類號:TM734 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)45-0399-01
概述
集控技術在電力系統的自動化中得到了廣泛的應用,以智能電網為例,本文結合電力系統自動化的應用現狀,集控技術在各級電網的自動化調度中都是不可缺少的。隨著人們生活水平的不斷提高,人們對電力系統安全和供電技術的要求也越來越高。電網調度控制中心的集控網絡系統是電網調度自動化最重要的組成部分,簡要的探討下集控在電力系統自動化應用技術。
1 電力系統自動化的現狀
1.1 電網調度系統的自動化
電網調度自動化也就是信息集中處理的自動化系統,是電力系統以集控技術為核心的自動化的重要組成部分,通過集控和網絡通信技術,利用全微機裝置替代常規電磁式設備;他是通過設置在各變電站和發電廠的遠動中斷(rtu)采集電網運行的實時信息,智能電網在集成、實時、高速、雙向的通信系統的支持下,成為實時信息和電力交換互動的大型、動態基礎設施。通過信道傳輸至設置在調度中心的主站系統,以供調度員使用。我國的電網自動化由國家、大區、省級、地區和縣電網調度五級組成。全方位監控并有效控制變電站內運行的電氣設備,此外還包括調度范圍內服務器、工作站、打印設備、大屏蔽顯示器、發電場等裝置。
1.2 變電站自動化
變電站和輸配電線路是聯系用戶與發電廠之間的主要環節。并提高工作效率、擴大對變電站的監控功能、取代電話人工監視和人工操作和變電站的安全運行水平是變電站自動化的目的。通信系統的建立,可以提高電網的資產利用率和供電可靠性,抵御各種攻擊,提高電網的應用價值。通過SCADA工作站和五防工作站的大屏幕彩色顯示器顯示主接線,各種報表,歷史數據回顧,限值監視及報警處理;事件記錄:遙測越限記錄,遙信變位記錄,SOE事件記錄,自動化設備投停記錄等;漢字報表,歷史庫數據顯示打印統計;開關事故跳閘監視及報警處理等。采用集控光纜或光纖代替電力信號的電纜實現二次設備的集成化和數字化。通過對二次設備的功能重組和優化設計,建立協調、測量和監視的綜合性系統。
1.3 配電網系統的自動化
集控在配電網系統中主要用于電網改造建設技術。隨著電網技術的發展,配電系統的網絡化得到提高,將用戶、輸變電、配電、調度和發電等環節涵蓋其中,監控系統代替了原先的集中控制屏,運行人員可通過查看電氣主接線圖,各種實時數據、報表等,通過操作鍵盤和鼠標,對線路、廠用電系統等的斷路器進行遙控操作,同時計算機對操作步驟和操作條件通過軟、硬件進行校核。發揮了集控技術的高效率,配電光纖終端、子站和主站等構成三層結構,兼容是指智能電網適應分布式發電站和微電網的接入,支持太陽能、風能發電等可再生資源的正確接入,提高并完善需求側的管理功能,滿足用戶的多樣化電力需求;實現了高性能和通信的自動化功能。
2 智能電網的特點以及集控的應用
2.1智能電網特點
智能電網的關鍵技術包括分布式能源接入技術、智能調度、通信技術、信息管理系統、網絡拓撲和測量技術和新型傳感等。智能電網是在物理電網的基礎上,將現代先進的控制技術、信息技術、集控技術、傳感測量技術、通訊技術等高度集成形成的新型電網。智能電網技術通過對全局的智能控制,實現變電站的自動化和調度系統、控制系統的穩定性。DCS系統與電氣的綜合自動化系統分開配置,二者相互獨立,自成系統,但可通過網絡接口互相通訊,在電廠的自動控制過程中,可互相交換數據,主要有廠用電系統的各種運行狀態,機爐運行信號,故障報警信號等。協調是指可以實現與電力批發或者零售市場的無縫銜接,提高系統的可靠性;采用統一的平臺和模型,實現電網信息的高度集成和共享,實現電網的標準化、規范化和精細化的管理。
2.2智能電網中集控的運用
建設智能電網需要依托集控技術,尤其是通信技術,需要應用先進的具備實時性、可靠性和雙向性的網絡通信技術;二次設備選用微機型的綜合自動化系統。采用分布式數據處理系統,分三層設置,即數據采集和I/O接口,前置工作站以及后臺工作站,各層間各自獨立工作,互不影響。通過綜合自動化系統可對整個電站的線路、高低壓廠用配電裝置等進行遙測、遙控、遙信、遙調、繼電保護等;由于引入先進的信息和監控技術,提高了單個資產的使用效率,優化網絡運行和擴容,降低運行和維護的成本;智能電網的信息管理系統是集控技術應用最廣泛的技術之一,它完全依賴集控技術而存在。
(1)網絡拓撲
靈活、堅強的電網結構是未來智能電網的基礎。為緩解能源分布和生產力布局不平衡的問題,我國開展了點對網送點、點對點、特高壓聯網工程或直流聯網工程等工程。進一步優化各級電網規劃是其中的關鍵。利用集控形成的互聯大電網的形成和電網規模的擴大,電網的安全性問題日益突出,未來與集控網絡技術結合的系統要靈活應對電網結構的各種突發事件。對故障進行早期征兆的預測,對已經發生的擾動積極作出響應,并為電網的安全運行和綜合管理提供支撐。
(2)通信系統
實現智能電網要依靠集成、實時、高速、雙向的通信系統,缺乏這樣的通信系統就無法實現智能電網的任何特征。在通信系統的支持下,智能電網才能控制數據、保護和獲得,因此,通信系統的額建立是建設智能電網的第一步。自愈指當受到來自電網內部或外部的損害時,不需要人為干預,具有確保電網信息安全、防止其受到病毒破壞的能力,能保證電網的安全運行;低壓配電裝置采用低壓抽屜式成套開關柜,開關選用合資品牌產品。低壓電動機配電回路采用綜合保護器。綜合保護器具有再起動功能,并可組成低壓監控系統,能將電動機的運行、停止、故障等相關信號量通過光纖傳送到DCS系統。
與電網一樣,通信系統也深入到用戶中,兩者結合在一起形成了通信網絡,從而實現智能電網的目標并具有智能電網應具有的特征。盡管智能電網建設具有不同的重點和目標,但都具有優質、集成、高效、協調、自愈、兼容的特點,但智能電網基于市場、電能質量、安全和環境等因素驅動。
(3)信息管理系統
智能電網的信心管理系統也必須依賴集控技術,它包括采集與集成、分析、顯示、信息安全和處理等功能。信息顯示系統為智能電網的各類用戶提供個性化的可視界面;信息的采集與處理,包括分布式的數據采集和處理、詳盡的實時數據的采集系統、資源的動態共享、智能電子設備、精確數據對時等;信息集成幫助智能電網的信息系統實現縱向產業鏈和電網信息集成及橫向各級電網的內部信息集成;集控技術已經滲透到電力系統自動化的各個環節,并取得了一定的發展。信息安全系統為智能電網進行利益主體的資料和經濟權益提供保證。這一切,都需要集控技術的全程參與才能完成與實現。
【關鍵詞】智能電網;環境基礎;發展趨勢
能源短缺和環境污染嚴重的問題隨著社會的發展日漸暴露出來,電網的發展和安全面臨著新的挑戰。隨著技術的發展,各種低碳技術開始大規模的應用于可再生能源發電和終端用戶方面,傳統電網發電側和用戶端特性也發生了重大的變化,在這樣的局勢下,智能電網應運而生,受到了全世界各國的廣泛關注和認同。
1 美國智能電網的現狀研究和面臨的困難
1.1 智能電網的發展現狀
智能電網在美國是國家戰略,美國政府頒布了立法和政策框架報告,組織和引導了智能電網建設,通過對智能電網進行資金投入,資助研發和示范項目,激發電力公司的創新能力和工作熱情,形成了成熟的技術方案和相適宜的市場機制和商業模式,并且激勵各利益相關方長期的投資和參與,推動了智能電網建設的可持續發展。美國從2010年開始陸續的下發45億$政府資金,來支持智能電網的研究和技術應用[1]。
2012年7月美國能源部了SGIG街階段性報告,在報告中對智能電網實施情況進行了總結:
1.1.1 輸電系統
主要任務是部署PMU、輸電線路監測和輸電系統通信網;已完成287套PMU部署,待完成800套。
1.1.2 配電系統
部署自動開關、電容器和變壓器的自動傳感及其控制系統。
1.1.3 AMI
智能電表及其通信系統、統計數據管理系統,已完成1080萬塊智能電表;占現有總電表數量的8%,目標是1550萬;全美預計在2015年將部署6500玩塊。
1.1.4 用戶側系統
部署家庭顯示器、可編程恒溫器、用戶側網關,實施動態電價。
報告中列舉了一些成功項目,通過部署家庭顯示器、家庭網關和可編程恒溫器,實施需求響應,降低可負荷峰值,在未來對15萬用戶實施需求響應,預計可減少高峰時210MW發電容量。
1.2 仍需克服的困難
雖然政府對美國的智能電網項目的進展給予了肯定,但是對于工業界和民眾來講,智能電網的發展進程仍然緩慢,不能很好的通過用戶與電網之間的雙向通信,使各類用戶更方便的對自身能源生產和消費進行管理,為社會提供更多的就業機會。雖然政府投入大力的資金建設,但是美國電力資產所有權和管理權比較分散,電力設備投資較大,壽命周期也比較長,電力公司需要考慮成本和效益的問題,就很難做出投資決策對智能電網的研究和發展有了很大的幾次,但是一些電力公司和其他的私有企業對智能電網的投資熱情并不高。智能電網技術的廣泛應用和部署,面臨著許多困難[2]。
2 英國智能電網的現狀研究和面臨的困難
2.1 智能電網的發展現狀
為了更好的落實英國低碳轉型計劃的國家戰略,英國提出了智能電網的建設,并制定了詳細的智能電網建設的計劃。目前英國已經開展的工作如下:
2.1.1 加大對智能電表的安裝
據了解,英國將于2020年前把普通家庭正在使用的4700萬塊普通電表換成智能電表。這一項工程預計耗資86億英鎊,在未來的20年或可因此受益146億英鎊。
2.1.2 組建智能電網示范基金
英國對智能電表技術投入了600萬英鎊科研資金,資助比例最高可達項目總成本的25%,英國煤氣電力市場辦公室還提供了5億英鎊,協助相關機構開展智能電網試點工作。
2.1.3 規范智能電網產業的運作模式
智能電網將由政府全權負責,智能電表則按市場化經營,但是所有的供應商必須取得政府頒發的營業執照。
2.2 仍需克服的困難
英國研究表明目前的智能電網技術的部署主要面臨的不是技術困難,而是來自監管和政策方面:現有的技術之間缺乏互操作性,互操作標準制定工作滯后需要發展;在智能電網新應用中,角色沒有明確的職責劃分,各方成本和效益的分攤不確定,相關的監管機制和智能電網的發展不相適應。另外,除了政策方面存在問題和障礙,持續的資金保障也是令人堪憂的問題,受到信貸危機的影響,英國智能電網的發展速度和資金投入上存在著一定的不確定性。
3 中國智能電網的現狀研究和面臨的困難
3.1 智能電網的發展現狀
為了支持可再生能源發展和節能降耗建設,中國政府提出了“加強智能電網建設”工作報告,并將智能電網建設納入了國民經濟和社會發展“十二五”規劃綱要中,智能電網已經成為了我國戰略予以推進實施,智能電網工作的研究得到了國家科技部、國家能源部和國際標準委員會的大力支持[3]。
國家電網公司是國內智能電網的主要推動者和建設者,也是智能電網建設的投資者,至2009年以來國家電網公司全面啟動了堅強智能電網煙具和實踐工作,結合各地區的電網特點,開展智能電網試點項目建設。通過智能電網試點和推廣建設,取得了以下重要成果:
(1)建成了3個世界上電壓最高、容量組大的特高壓交、直流工程,已經累計送點超過800億kw/h。
(2)取得了多項大規模新能源發電并網關鍵技術的研究成果,支撐了新能源的開發、消納和行業發展。經營區域內并網風電裝機已超過了6000萬kW。
(3)一批智能輸電技術得到了廣泛應用,實現了輸電業務的精益化管理和電網安全 決策。已經在15個省完成了輸電設備狀態監測系統部署。
(4)開展了兩代智能變電站的持續實踐,在兩批共74座試點工程的基礎上進一步升級原有智能變電站技術方案,大幅度優化主接線及平面布局。
(5)配電自動化加速推廣應用,在配電網自愈控制等方面取得了進展,在64個城市核心區建設配電自動化系統,提升了配電網的職能化運行水平。
3.2 仍需克服的困難
(1)歐美國家的職能電網建設是國家的戰略,得到了國家立法的保證,但是中國目前對智能電網的發展并沒有具體的方針和政策,使我國的智能電網建設充斥著不確定和分散性,降低了智能電網的戰略地位。
(2)智能電網的建設需要大量的投資,應該由政(下轉第218頁)(上接第142頁)府主導,帶動全社會共同參與智能電網的建設投資。但是目前我國的智能電網的投資方是電網公司,電網投資的規模大,回收周期較長,短期內的效益不明顯,這就給電網公司造成了較大的壓力。
4 智能電網的發展前景
隨著國際能源的形勢日益嚴峻,全球各個國家紛紛把智能電網作為提高能源利用率、保障清潔能源有效介入的解決手段。智能電網的概念也在不斷擴展,智能能源系統、智能社區、智能城市新概念也逐漸被提出,這些新的概念與智能電網都有著密切的聯系,對智能電網的發展有著積極的推動作用,信息通信技術和新能源技術也在不斷發展和創新,對智能電網的發展有著重要的影響,智能電網的建設在技術上有很強的后盾和支持,在來來智能電網將以核心試點城市向其他城市逐步展開進入蓬勃發展時期。
5 結束語
智能電網作為重要的節能手段,是保證國家經濟可持續發展的重要措施,各國要針對自身的不足,積極的采取有效的解決方法,保證智能電網的順利建設和推廣部署。
【參考文獻】
[1]古麗萍.國外智能電網發展概述[J].電力信息化,2010,26(08):121-122.