智能電網(wǎng)技術(shù)支撐

1：通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實現(xiàn)，因為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。下圖顯示了電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個動態(tài)的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價值。

高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過連續(xù)不斷地自我監(jiān)測和校正，應(yīng)用先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測各種擾動，進行補償，重新分配潮流，避免事故的擴大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備(IEDs)、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統(tǒng)以及用戶進行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。

在這一技術(shù)領(lǐng)域主要有兩個方面的技術(shù)需要重點關(guān)注，其一就是開放的通信架構(gòu)，它形成一個“即插即用”的環(huán)境，使電網(wǎng)元件之間能夠進行網(wǎng)絡(luò)化的通信;其二是統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它能使所有的傳感器、智能電子設(shè)備(IEDs)以及應(yīng)用系統(tǒng)之間實現(xiàn)無縫的通信，也就是信息在所有這些設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠得到完全的理解，實現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間、設(shè)備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。這就需要電力公司、設(shè)備制造企業(yè)以及標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)進行通力的合作，才能實現(xiàn)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2：量測技術(shù)

參數(shù)量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進的參數(shù)量測技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個方面使用。它們評估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。

未來的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶進行雙向通信的智能固態(tài)表計?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛媽⒂懈嗟墓δ?，除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策。更高級的功能有用戶自行根據(jù)費率政策，編制時間表，自動控制用戶內(nèi)部電力使用的策略。

對于電力公司來說，參數(shù)量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設(shè)備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費和預(yù)測等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

未來的數(shù)字保護將嵌入計算機代理程序，極大地提高可靠性。計算機代理程序是一個自治和交互的自適應(yīng)的軟件模塊。廣域監(jiān)測系統(tǒng)、保護和控制方案將集成數(shù)字保護、先進的通信技術(shù)以及計算機代理程序。在這樣一個集成的分布式的保護系統(tǒng)中，保護元件能夠自適應(yīng)地相互通信，這樣的靈活性和自適應(yīng)能力極大地提高可靠性，因為即使部分系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，其他的帶有計算機代理程序的保護元件仍然能夠保護系統(tǒng)。

3：設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應(yīng)用先進的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來智能電網(wǎng)將主要應(yīng)用三個方面的先進技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量儲能技術(shù)。通過采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點來提高電能質(zhì)量。通過應(yīng)用和改造各種各樣的先進設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進許多新的儲能設(shè)備和電源，同時要利用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。

經(jīng)濟的FACTS裝置將利用比現(xiàn)有半導(dǎo)體器件更能控制的低成本的電力半導(dǎo)體器件，使得這些先進的設(shè)備可以廣泛的推廣應(yīng)用。分布式發(fā)電將被廣泛地應(yīng)用，多臺機組間通過通信系統(tǒng)連接起來形成一個可調(diào)度的虛擬電廠。超導(dǎo)技術(shù)將用于短路電流限制器、儲能、低損耗的旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及低損耗電纜中。先進的計量和通信技術(shù)將使得需求響應(yīng)的應(yīng)用成為可能。

新型的儲能技術(shù)將被應(yīng)用為分布式能源或大型的集中式電廠。大型發(fā)電廠和分布式電源都有其不同的特性，它們必須協(xié)調(diào)有機的結(jié)合，以優(yōu)化成本，提高效率和可靠性，減少環(huán)境影響。

4：控制技術(shù)

先進的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個電網(wǎng)的有功和無功。從某種程度上說，先進控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進控制技術(shù)監(jiān)測基本的元件(參數(shù)量測技術(shù))，提供及時和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù);先進設(shè)備技術(shù))并且對任何事件進行快速的診斷(先進決策技術(shù))。另外，先進控制技術(shù)支持市場報價技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

未來先進控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進預(yù)設(shè)的專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動的控制行動。這樣所執(zhí)行的行動將在秒一級水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。當(dāng)然先進控制技術(shù)需要一個集成的高速通信系統(tǒng)以及對應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，以處理大量的數(shù)據(jù)。先進控制技術(shù)將支持分布式智能代理軟件、分析工具以及其它應(yīng)用軟件。

(1)收集數(shù)據(jù)和監(jiān)測電網(wǎng)元件

先進控制技術(shù)將使用智能傳感器、智能電子設(shè)備以及其他分析工具測量的系統(tǒng)和用戶參數(shù)以及電網(wǎng)元件的狀態(tài)情況，對整個系統(tǒng)的狀態(tài)進行評估，這些數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)，對掌握電網(wǎng)整體的運行狀況具有重要的意義，同時還要利用向量測量單元以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的時間信號，來實現(xiàn)電網(wǎng)早期的預(yù)警。

(2)分析數(shù)據(jù)

準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)以及強大的計算機處理能力為軟件分析工具提供了快速擴展和進步的能力。狀態(tài)估計和應(yīng)急分析將在秒級而不是分鐘級水平上完成分析，這給先進控制技術(shù)和系統(tǒng)運行人員足夠的時間來響應(yīng)緊急問題;專家系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息用于快速決策;負(fù)荷預(yù)測將應(yīng)用這些準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)以及改進的天氣預(yù)報技術(shù)來準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷;概率風(fēng)險分析將成為例行工作，確定電網(wǎng)在設(shè)備檢修期間、系統(tǒng)壓力較大期間以及不希望的供電中斷時的風(fēng)險的水平;電網(wǎng)建模和仿真使運行人員認(rèn)識準(zhǔn)確的電網(wǎng)可能的場景。

(3)診斷和解決問題

由高速計算機處理的準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)使得專家診斷來確定現(xiàn)有的、正在發(fā)展的和潛在的問題的解決方案，并提交給系統(tǒng)運行人員進行判斷。

(4)執(zhí)行自動控制的行動

智能電網(wǎng)通過實時通信系統(tǒng)和高級分析技術(shù)的結(jié)合使得執(zhí)行問題檢測和響應(yīng)的自動控制行動稱為可能，它還可以降低已經(jīng)存在問題的擴展，防止緊急問題的發(fā)生，修改系統(tǒng)設(shè)置、狀態(tài)和潮流以防止預(yù)測問題的發(fā)生。

(5)為運行人員提供信息和選擇

先進控制技術(shù)不僅給控制裝置提供動作信號，而且也為運行人員提供信息。控制系統(tǒng)收集的大量數(shù)據(jù)不僅對自身有用，而且對系統(tǒng)運行人員也有很大的應(yīng)用價值，而且這些數(shù)據(jù)輔助運行人員進行決策。

5：支持技術(shù)

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運行人員一目了然的可理解的信息，因此動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來幫助系統(tǒng)運行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。

在許多情況下，系統(tǒng)運行人員做出決策的時間從小時縮短到分鐘，甚至到秒，這樣智能電網(wǎng)需要一個廣闊的、無縫的、實時的應(yīng)用系統(tǒng)、工具和培訓(xùn)，以使電網(wǎng)運行人員和管理者能夠快速的做出決策。

(1)可視化—決策支持技術(shù)利用大量的數(shù)據(jù)并將其裁剪成格式化的、時間段和按技術(shù)分類的最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)給電網(wǎng)運行人員，可視化技術(shù)將這些數(shù)據(jù)展示為運行人員可以迅速掌握的可視的格式，以便運行人員分析和決策。

(2)決策支持—決策支持技術(shù)確定了現(xiàn)有的、正在發(fā)展的以及預(yù)測的問題，提供決策支持的分析，并展示系統(tǒng)運行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。

(3)調(diào)度員培訓(xùn)—利用決策支持技術(shù)工具以及行業(yè)內(nèi)認(rèn)證的軟件的動態(tài)仿真器將顯著的提高系統(tǒng)調(diào)度員的技能和水平。

(4)用戶決策—需求響應(yīng)(DR)系統(tǒng)以很容易理解的方式為用戶提供信息，使他們能夠決定如何以及何時購買、儲存或生產(chǎn)電力。

(5)提高運行效率—當(dāng)決策支持技術(shù)與現(xiàn)有的資產(chǎn)管理過程集成后，管理者和用戶就能夠提高電網(wǎng)運行、維修和規(guī)劃的效率和有效性。

6：標(biāo)準(zhǔn)體系

目前IEEE致力于制定一套智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和互通原則(IEEEP2030)，主要內(nèi)容在于以下三個方面：電力工程(powerengineering)，信息技術(shù)(informationtechnology)和互通協(xié)議(communications)等方面標(biāo)準(zhǔn)和原則。

除IEEE外，國際電工委員會(IEC)也在發(fā)揮重要作用，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST(National Institute of Standards and Technology)協(xié)調(diào)各部門之間的合作。參與標(biāo)準(zhǔn)制定的15家機構(gòu)分別負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定的不同環(huán)節(jié)。

IEEE主要致力于互通入網(wǎng)過程的標(biāo)準(zhǔn)，如各個能量源頭如何與整個智能電網(wǎng)鏈接，計量設(shè)備的接入(如電表)和時間同步性的標(biāo)準(zhǔn)等。美國機動車工程師學(xué)會(SAE)則主要關(guān)注機動車接入網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，IEC則負(fù)責(zé)信息自動化的模式和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。