智能電網與西部大開發

摘要:我國即將建設具有信息化、數字化、自動化、互動化特征的統一的堅強智能電網,西部地區將迎來新的經濟增長機遇。智能電網的建設將拉動當地經濟的高速增長,智能電網的建設將帶動相關產業的快速發展。

關鍵詞:智能電網;西部大開發;分布式電源;配電自動化

中圖分類號:F426 文獻標識碼:B文章編號:1009-8631(2009)12-0026-02

概述

國務院總理溫家寶在第十屆中國西部國際博覽會上指出,中國將把全面提高西部地區開發開放水平放在更加突出的戰略地位,努力把西部地區建設成為現代產業發展的重要集聚區域、統籌城鄉改革發展的示范區域、生態文明建設的先行區域,加快構建具有全局和戰略意義的新的經濟增長極。

當前,在應對國際金融危機的過程中,為搶占未來經濟、科技發展的制高點,發達國家普遍加快了新能源、新材料、信息網絡技術、節能環保等高新技術產業和新興產業的發展。從能源供應的重要環節—電網發展來說,大力推進智能電網建設將成為世界電網發展的新趨勢。美國總統奧巴馬說:我們不僅僅要成倍增加可再生能源的開發能力,還要建立一個更堅強、更智能的電網。

面對新形勢、新挑戰,國家電網公司深入貫徹科學發展觀,認真落實中央的有關決策部署,提出了建設堅強智能電網的發展目標和思路,即加快建設以特高壓為骨干網架,各級電網協調發展,以信息化、自動化、互動化為特征的統一的堅強智能電網,努力實現我國電網從傳統電網向高效、經濟、清潔、互動的現代電網的升級和跨越,為實現經濟社會又好又快發展提供強大支撐。堅強智能電網將成為今后中國電力系統的重要平臺,將未來電網發展方向集成到一起,特高壓、清潔能源接入、電網自動化控制、智能電表等都將在此平臺上發展。

國家電網公司將分三個階段推進堅強智能電網建設。

2009-2010年是規劃試點階段,重點開展堅強智能電網發展規劃,制定技術和管理標準,開展關鍵技術研發和設備研制,開展各環節的試點;

2011-2015年是全面建設階段,將加快特高壓電網和城鄉配電網建設,初步形成智能電網運行控制和互動服務體系,關鍵技術和裝備實現重大突破和廣泛應用;

2016-2020年是引領提升階段,將全面建成統一的堅強智能電網,技術和裝備達到國際先進水平。屆時,智能電網將為大型能源基地的集約化開發與能源外送,分布式電源、智能家電、電動汽車的廣泛應用以及智能樓宇、智能社區、智能城市建設提供安全可靠的保障。

一、智能電網

智能電網即指電網的“智能化”,它將通信技術、計算機技術、傳感測量技術、控制技術等諸多先進技術和原有的電網設施進行高度融合與集成,形成新型電網,代表了未來電網的發展趨勢。一般來說智能電網擁有自愈、安全、兼容、協調、集成、優質、高效、交互的功能特點,能夠提高能源效率、減少對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性。

堅強智能電網是安全可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的電網,對于全面提高電網的資源優化配置能力和電力系統的運行效率,保障安全、優質、可靠的電力供應,具有重大意義。

開發利用清潔能源是世界能源發展的新趨勢。大量使用化石能源造成的溫室氣體排放及全球氣候變化,給人類帶來巨大挑戰。發展清潔能源成為世界各國應對氣候變化、解決能源和環保問題的共同選擇。清潔能源發展將帶來一場能源革命。發展清潔能源在滿足我國能源需求、改善能源結構、減少環境污染等方面具有重要作用,將對應對世界氣候變化做出重要貢獻。

總之,堅強智能電網是包括發電、輸電、變電、配電、用電、調度等各個環節和各電壓等級的有機整體,是一個完整的智能電力系統?！皥詮姟笔腔A,“智能”是關鍵。堅強網架與智能化的高度融合,是我國電網發展的方向。我們必須走中國特色智能電網發展道路,把增強電網優化配置資源能力和抵御事故風險能力放在突出位置,建設以特高壓電網為骨干網架的堅強智能電網。

我國具備建設堅強智能電網的良好基礎。特高壓交流試驗示范工程,目前已安全穩定運行,經受了各種運行方式和模擬故障條件的嚴格考核,設備狀況良好,運行平穩,特高壓輸電技術領域走在了世界前列。在智能化方面,我國在大電網安全運行控制、調度技術裝備水平、數字化變電站、電力光纖通信、信息化工程、用電信息采集等多個領域具有一定的優勢。

建設堅強智能電網是一項復雜的系統工程,涉及政策、資金、科技、人才、管理等方面,需要調動各方面力量來共同推進。一是堅持統一規劃,根據經濟社會以及清潔能源發展的新形勢和電網智能化的新要求,優化完善電網規劃,進一步明確堅強智能電網的發展目標、建設思路和重點,形成統一的堅強智能電網規劃,并建立滾動調整機制。應將堅強智能電網規劃納入國家經濟社會發展規劃和能源發展戰略規劃體系。二是堅持統一標準,緊密結合現有國際電工標準體系,全面梳理國內外智能電網相關標準,建立涵蓋發電、輸電、變電、配電、用電、調度各環節以及信息通信平臺的統一標準體系,保證智能電網建設規范有序推進。三是堅持自主創新,充分發揮企業在自主創新中的主體作用,加強特高壓、智能控制、信息通信、新材料、儲能技術等關鍵技術攻關和設備研制。四是堅持試點先行,按照統一規劃和統一標準,針對堅強智能電網發展的重點領域和關鍵環節,組織開展試點工作,積累經驗,在試點基礎上全面推進后續工作。五是堅持政府主導,加強規劃編制、標準制訂等方面的組織協調和指導,對智能電網建設給予必要的財稅、資金和電價等政策支持。電網企業應同發電企業、電力設備制造企業、電力用戶等各方面加強合作、相互支持,共同推動堅強智能電網建設。

二、智能電網的特點

智能電網以電力系統發、輸、變、配、用各環節為對象,將新型電網控制技術、信息技術與管理技術有機結合,以“自愈、安全、經濟、清潔”為特點,實現從發電到用電的所有環節信息的智能交流,系統地優化電力生產、輸送和使用過程,是當今世界電力系統發展變革的最新趨勢。

智能電網將促進電網規劃建設、運行管理、市場交易和服務方式等領域的全面變革,使電網向著資源節約型、環境友好型、運行智能型的方向發展。它是指一個完全自動化的供電網絡,其中每一個用戶和節點都得到實時監控,并保證了從發電廠到用戶端電器之間的每一點上的電流和信息雙向流動。

智能電網包括數據采集、數據傳輸、信息集成、分析優化和信息展現應用于電力系統各環節:

發電:集中和分布式發電,協調發電和儲能選擇;

輸電:柔性輸電系統結構、抵御自然災害性能強;

變電:PMU-SCADA(Phasor Measurement Unit Supervisory Control And Data Acquisition)全監控;

配電:自愈式供電恢復,不論發生什么事故,都能自身解決,以保證電力系統的安全、可靠性;

用電:使末端電力用戶與電網自適應交互;

調度:全過程遠方監控,提供所需要的電能質量,輔助決策支持功能完善;

運行:資產和設備得到最好的應用,使電力市場化可以進一步實現。

三、智能電網的結構

電源結構:集中和分布式發電;

電網結構:網狀拓撲供電結構;

電能質量:符合國際、國家標準(清潔、環保、節能);

電網控制:遠方監控、潮流可控制;

電網堅強:系統穩定性高,抵御自然災害和防范網絡攻擊性能強;

電網保護:高可靠性的自適應保護;

電網可靠:自愈式供電恢復;

專家系統:自動化、輔助決策支持功能完善;

通信通道:電力廣域網、路由技術;

需方管理:數字計量表計、與用戶友好交互。

與傳統電網管理模式相比,智能電網是一個完整的企業級信息架構和基礎設施體系,通過實現對電力客戶、資產、運營的持續監視,利用“隨需應變”的信息,來提高電力公司的服務水平、供電可靠性和經濟效率。

智能電網整體上有三個層次:

第一層次,具備堅強的一次系統構架;實現對電網運行狀態、資產設備狀態和電力信息的更實時、更全面和更詳細的監視,提高電網的可觀測性;

第二層次,提供先進的IT技術手段,實現了對電力企業信息的傳輸和集成;

第三層次,在信息集成的基礎上,進行高級分析,實現提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目標。

四、分布式電源

分布式電源,包括小水電、風力發電、光伏電源等。大量的分布式電源并于中壓或低壓配電網上運行,徹底改變了傳統的配電系統單向潮流的特點,要求系統使用新的保護方案、電壓控制和儀表來滿足雙向潮流的需要。

智能電網的建設將拉動當地經濟的高速增長,智能電網的建設將帶動相關產業的快速發展。西部電力的大開發,既有支持西部經濟騰飛,帶動西部服務電力系統產業工業的需要,又有為全國范圍電力資源優化,西電東送做出貢獻的動力。西部的水電資源有長江、黃河的源頭,與其落差很大的上游部分,還有雅魯藏布江等巨大水力的優勢。西部的煤、油、氣也具有巨大的優勢。這些電源的優勢都將依靠電網建設來配合發展,需要一個強大的西北電網,已不待言。另一方面,結合西北的現狀,從脫貧到騰飛,電網也將起重要的作用。

小水電:西部地區,陜西及內蒙以煤為主;其他區域水力資源十分充足,大中水電自不待言,目前小水電不少,但可開發潛力巨大。

風力:中國的風力資源也是很豐富的,就西部地區而言,青藏高原是全國風力最好的地方,甘肅、新疆和蒙古大草原都是風力充沛的地方。然而,風和水是互相配合的,一般有風的地區是冬春風大雨少,夏秋風小雨大,正好和水電的枯水豐水有互補性。有些地方,有風地方無水,有水地方無風,正是如此,風電和水電可以在電網上互相配合。為了發展全國的風電,包括西部在內,須解決國產化問題。

太陽能:我國日照最好的地區是西藏。除西藏以外,西部的青海,新疆,甘肅,內蒙,寧夏都是日照很好的地區。我國對光伏電池的生產已有基礎,成本正降低,但與國外相比,還有差距。結合西北大開發,還須大力推進城市屋頂光伏發電及太陽能建筑等新技術。

五、電網

上述小水電,風電和太陽能等可再生綠色電力,有環境保護上的優勢,特別有利于鄉鎮農村,以及邊遠地區的脫貧致富。它們的選用,在不缺電的電網上,可以減少污染嚴重的燃煤發電的份額,一般都直接接到電網上,為用戶服務,可以作為西部電源開發中重要措施之一。它們是取之無盡的潔凈能源,可為開發大西北作出重要貢獻。但這些能源的特點,必須和電網相結合,才能發揮其優勢。小水電隨雨量而變化,各地有各地的特點,不但有豐水年枯水年的不同,全年有節的變化,一日之間,其可用的來水量,有很大的不確定性。小水電的庫容不大,徑流的調節能力差,因此要保證供電的質量,必須靠電網,作為電網中的一個單位,參與電網調節。風的穩定性更差,需要電網來支持,提供一定的蓄能功能,在不缺電的情況下也可以起替代嚴重污染環境的燃煤量的作用。太陽能的作用只是白天有,其不穩定性也很大,照射量的強度和角度,一日間也有變化,還有云的移動和厚薄等變化,更必須由電網來進行蓄能調節。

由于這些綠色電力有較大不確定性,給運行帶來困難。必須應用新技術來控制調節。一方面適應其不確定性,加強預測,一方面保持功率的穩定和電壓的質量。最重要的是供電的可靠性,對機組的監視和保護,必須加強。

靈活的可重構的配電網絡拓撲,是未來智能電網的基礎。它需使系統在經歷故障時,把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對其他部分的供電。

市區電網:向高負荷密度區域供電,是典型的地下系統,并且可能已形成網狀的結構。

郊區電網:向中等負荷密度區域供電,是由地下電纜和架空線路組成的混合系統。這種電網一般將聯絡饋線打開運行,構成輻射狀網絡。

六、配電自動化

配電自動化將包含系統的監視與控制、配電系統管理功能和與用戶的交互(如負荷管理、量測和實時定價)。

通過與智能電網的其他組成部分的協同運行,配電自動化既可改善系統監視、無功與電壓管理、降低網損和提高資產使用率,也可輔助優化人員調度和維修作業安排等。

配電自動化系統由主站、終端、子站、通信系統組成,和上級調度自動化系統、地理信息系統、故障報修系統、營銷管理系統、負荷管理系統、配變采集與監測系統、企業資源管理等系統集成,資源共享。配電自動化系統主要實現配電監控、饋線自動化和電網分析應用等功能。

配電自動化系統借助多種通信手段,實現數據采集、遠方控制,通過就地型或集中型饋線自動化,實現故障區段的快速切除與自動恢復供電。通過信息交換總線,與外部系統進行互連,整合配電信息,外延業務流程,建立完整的配網模型,擴展和豐富配電自動化系統的應用功能,支持配電調度、生產、運行以及用電營銷等業務的閉環管理?？梢詳U展對于分布式電源、儲能、微電網等接入,通過電網分析應用軟件實現配電網的自愈控制和經濟運行分析。

配電自動化系統可實現與智能用電系統的互動,由安裝在用戶端的智能電表、位于電力公司內的計量數據管理系統和連接它們的通訊系統組成。為了加強需求側管理,延伸到了用戶住宅之內的室內網絡。這些智能電表,能根據需要,同時實現多種計量,設定計量間隔,并具有雙向通訊功能。

作者簡介:孫寄生(1948-),男,湖北襄樊人,高級工程師。研究方向:調度自動化、配網自動化、智能電網,現任湖北省襄樊電機工程學會秘書長。