智能电网与西部大开发

摘要:我国即将建设具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网,西部地区将迎来新的经济增长机遇。智能电网的建设将拉动当地经济的高速增长,智能电网的建设将带动相关产业的快速发展。

关键词:智能电网;西部大开发;分布式电源;配电自动化

中图分类号:F426 文献标识码:B文章编号:1009-8631(2009)12-0026-02

概述

国务院总理温家宝在第十届中国西部国际博览会上指出,中国将把全面提高西部地区开发开放水平放在更加突出的战略地位,努力把西部地区建设成为现代产业发展的重要集聚区域、统筹城乡改革发展的示范区域、生态文明建设的先行区域,加快构建具有全局和战略意义的新的经济增长极。

当前,在应对国际金融危机的过程中,为抢占未来经济、科技发展的制高点,发达国家普遍加快了新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术产业和新兴产业的发展。从能源供应的重要环节—电网发展来说,大力推进智能电网建设将成为世界电网发展的新趋势。美国总统奥巴马说:我们不仅仅要成倍增加可再生能源的开发能力,还要建立一个更坚强、更智能的电网。

面对新形势、新挑战,国家电网公司深入贯彻科学发展观,认真落实中央的有关决策部署,提出了建设坚强智能电网的发展目标和思路,即加快建设以特高压为骨干网架,各级电网协调发展,以信息化、自动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网,努力实现我国电网从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越,为实现经济社会又好又快发展提供强大支撑。坚强智能电网将成为今后中国电力系统的重要平台,将未来电网发展方向集成到一起,特高压、清洁能源接入、电网自动化控制、智能电表等都将在此平台上发展。

国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网建设。

2009-2010年是规划试点阶段,重点开展坚强智能电网发展规划,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节的试点;

2011-2015年是全面建设阶段,将加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用;

2016-2020年是引领提升阶段,将全面建成统一的坚强智能电网,技术和装备达到国际先进水平。届时,智能电网将为大型能源基地的集约化开发与能源外送,分布式电源、智能家电、电动汽车的广泛应用以及智能楼宇、智能社区、智能城市建设提供安全可靠的保障。

一、智能电网

智能电网即指电网的“智能化”,它将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集成,形成新型电网,代表了未来电网的发展趋势。一般来说智能电网拥有自愈、安全、兼容、协调、集成、优质、高效、交互的功能特点,能够提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性。

坚强智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的电网,对于全面提高电网的资源优化配置能力和电力系统的运行效率,保障安全、优质、可靠的电力供应,具有重大意义。

开发利用清洁能源是世界能源发展的新趋势。大量使用化石能源造成的温室气体排放及全球气候变化,给人类带来巨大挑战。发展清洁能源成为世界各国应对气候变化、解决能源和环保问题的共同选择。清洁能源发展将带来一场能源革命。发展清洁能源在满足我国能源需求、改善能源结构、减少环境污染等方面具有重要作用,将对应对世界气候变化做出重要贡献。

总之,坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体,是一个完整的智能电力系统。“坚强”是基础,“智能”是关键。坚强网架与智能化的高度融合,是我国电网发展的方向。我们必须走中国特色智能电网发展道路,把增强电网优化配置资源能力和抵御事故风险能力放在突出位置,建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网。

我国具备建设坚强智能电网的良好基础。特高压交流试验示范工程,目前已安全稳定运行,经受了各种运行方式和模拟故障条件的严格考核,设备状况良好,运行平稳,特高压输电技术领域走在了世界前列。在智能化方面,我国在大电网安全运行控制、调度技术装备水平、数字化变电站、电力光纤通信、信息化工程、用电信息采集等多个领域具有一定的优势。

建设坚强智能电网是一项复杂的系统工程,涉及政策、资金、科技、人才、管理等方面,需要调动各方面力量来共同推进。一是坚持统一规划,根据经济社会以及清洁能源发展的新形势和电网智能化的新要求,优化完善电网规划,进一步明确坚强智能电网的发展目标、建设思路和重点,形成统一的坚强智能电网规划,并建立滚动调整机制。应将坚强智能电网规划纳入国家经济社会发展规划和能源发展战略规划体系。二是坚持统一标准,紧密结合现有国际电工标准体系,全面梳理国内外智能电网相关标准,建立涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节以及信息通信平台的统一标准体系,保证智能电网建设规范有序推进。三是坚持自主创新,充分发挥企业在自主创新中的主体作用,加强特高压、智能控制、信息通信、新材料、储能技术等关键技术攻关和设备研制。四是坚持试点先行,按照统一规划和统一标准,针对坚强智能电网发展的重点领域和关键环节,组织开展试点工作,积累经验,在试点基础上全面推进后续工作。五是坚持政府主导,加强规划编制、标准制订等方面的组织协调和指导,对智能电网建设给予必要的财税、资金和电价等政策支持。电网企业应同发电企业、电力设备制造企业、电力用户等各方面加强合作、相互支持,共同推动坚强智能电网建设。

二、智能电网的特点

智能电网以电力系统发、输、变、配、用各环节为对象,将新型电网控制技术、信息技术与管理技术有机结合,以“自愈、安全、经济、清洁”为特点,实现从发电到用电的所有环节信息的智能交流,系统地优化电力生产、输送和使用过程,是当今世界电力系统发展变革的最新趋势。

智能电网将促进电网规划建设、运行管理、市场交易和服务方式等领域的全面变革,使电网向着资源节约型、环境友好型、运行智能型的方向发展。它是指一个完全自动化的供电网络,其中每一个用户和节点都得到实时监控,并保证了从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息双向流动。

智能电网包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化和信息展现应用于电力系统各环节:

发电:集中和分布式发电,协调发电和储能选择;

输电:柔性输电系统结构、抵御自然灾害性能强;

变电:PMU-SCADA(Phasor Measurement Unit Supervisory Control And Data Acquisition)全监控;

配电:自愈式供电恢复,不论发生什么事故,都能自身解决,以保证电力系统的安全、可靠性;

用电:使末端电力用户与电网自适应交互;

调度:全过程远方监控,提供所需要的电能质量,辅助决策支持功能完善;

运行:资产和设备得到最好的应用,使电力市场化可以进一步实现。

三、智能电网的结构

电源结构:集中和分布式发电;

电网结构:网状拓扑供电结构;

电能质量:符合国际、国家标准(清洁、环保、节能);

电网控制:远方监控、潮流可控制;

电网坚强:系统稳定性高,抵御自然灾害和防范网络攻击性能强;

电网保护:高可靠性的自适应保护;

电网可靠:自愈式供电恢复;

专家系统:自动化、辅助决策支持功能完善;

通信通道:电力广域网、路由技术;

需方管理:数字计量表计、与用户友好交互。

与传统电网管理模式相比,智能电网是一个完整的企业级信息架构和基础设施体系,通过实现对电力客户、资产、运营的持续监视,利用“随需应变”的信息,来提高电力公司的服务水平、供电可靠性和经济效率。

智能电网整体上有三个层次:

第一层次,具备坚强的一次系统构架;实现对电网运行状态、资产设备状态和电力信息的更实时、更全面和更详细的监视,提高电网的可观测性;

第二层次,提供先进的IT技术手段,实现了对电力企业信息的传输和集成;

第三层次,在信息集成的基础上,进行高级分析,实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。

四、分布式电源

分布式电源,包括小水电、风力发电、光伏电源等。大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行,彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点,要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。

智能电网的建设将拉动当地经济的高速增长,智能电网的建设将带动相关产业的快速发展。西部电力的大开发,既有支持西部经济腾飞,带动西部服务电力系统产业工业的需要,又有为全国范围电力资源优化,西电东送做出贡献的动力。西部的水电资源有长江、黄河的源头,与其落差很大的上游部分,还有雅鲁藏布江等巨大水力的优势。西部的煤、油、气也具有巨大的优势。这些电源的优势都将依靠电网建设来配合发展,需要一个强大的西北电网,已不待言。另一方面,结合西北的现状,从脱贫到腾飞,电网也将起重要的作用。

小水电:西部地区,陕西及内蒙以煤为主;其他区域水力资源十分充足,大中水电自不待言,目前小水电不少,但可开发潜力巨大。

风力:中国的风力资源也是很丰富的,就西部地区而言,青藏高原是全国风力最好的地方,甘肃、新疆和蒙古大草原都是风力充沛的地方。然而,风和水是互相配合的,一般有风的地区是冬春风大雨少,夏秋风小雨大,正好和水电的枯水丰水有互补性。有些地方,有风地方无水,有水地方无风,正是如此,风电和水电可以在电网上互相配合。为了发展全国的风电,包括西部在内,须解决国产化问题。

太阳能:我国日照最好的地区是西藏。除西藏以外,西部的青海,新疆,甘肃,内蒙,宁夏都是日照很好的地区。我国对光伏电池的生产已有基础,成本正降低,但与国外相比,还有差距。结合西北大开发,还须大力推进城市屋顶光伏发电及太阳能建筑等新技术。

五、电网

上述小水电,风电和太阳能等可再生绿色电力,有环境保护上的优势,特别有利于乡镇农村,以及边远地区的脱贫致富。它们的选用,在不缺电的电网上,可以减少污染严重的燃煤发电的份额,一般都直接接到电网上,为用户服务,可以作为西部电源开发中重要措施之一。它们是取之无尽的洁净能源,可为开发大西北作出重要贡献。但这些能源的特点,必须和电网相结合,才能发挥其优势。小水电随雨量而变化,各地有各地的特点,不但有丰水年枯水年的不同,全年有节的变化,一日之间,其可用的来水量,有很大的不确定性。小水电的库容不大,径流的调节能力差,因此要保证供电的质量,必须靠电网,作为电网中的一个单位,参与电网调节。风的稳定性更差,需要电网来支持,提供一定的蓄能功能,在不缺电的情况下也可以起替代严重污染环境的燃煤量的作用。太阳能的作用只是白天有,其不稳定性也很大,照射量的强度和角度,一日间也有变化,还有云的移动和厚薄等变化,更必须由电网来进行蓄能调节。

由于这些绿色电力有较大不确定性,给运行带来困难。必须应用新技术来控制调节。一方面适应其不确定性,加强预测,一方面保持功率的稳定和电压的质量。最重要的是供电的可靠性,对机组的监视和保护,必须加强。

灵活的可重构的配电网络拓扑,是未来智能电网的基础。它需使系统在经历故障时,把故障影响范围局限在最小范围,并可迅速通过其他连接恢复对其他部分的供电。

市区电网:向高负荷密度区域供电,是典型的地下系统,并且可能已形成网状的结构。

郊区电网:向中等负荷密度区域供电,是由地下电缆和架空线路组成的混合系统。这种电网一般将联络馈线打开运行,构成辐射状网络。

六、配电自动化

配电自动化将包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互(如负荷管理、量测和实时定价)。

通过与智能电网的其他组成部分的协同运行,配电自动化既可改善系统监视、无功与电压管理、降低网损和提高资产使用率,也可辅助优化人员调度和维修作业安排等。

配电自动化系统由主站、终端、子站、通信系统组成,和上级调度自动化系统、地理信息系统、故障报修系统、营销管理系统、负荷管理系统、配变采集与监测系统、企业资源管理等系统集成,资源共享。配电自动化系统主要实现配电监控、馈线自动化和电网分析应用等功能。

配电自动化系统借助多种通信手段,实现数据采集、远方控制,通过就地型或集中型馈线自动化,实现故障区段的快速切除与自动恢复供电。通过信息交换总线,与外部系统进行互连,整合配电信息,外延业务流程,建立完整的配网模型,扩展和丰富配电自动化系统的应用功能,支持配电调度、生产、运行以及用电营销等业务的闭环管理。可以扩展对于分布式电源、储能、微电网等接入,通过电网分析应用软件实现配电网的自愈控制和经济运行分析。

配电自动化系统可实现与智能用电系统的互动,由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统和连接它们的通讯系统组成。为了加强需求侧管理,延伸到了用户住宅之内的室内网络。这些智能电表,能根据需要,同时实现多种计量,设定计量间隔,并具有双向通讯功能。

作者简介:孙寄生(1948-),男,湖北襄樊人,高级工程师。研究方向:调度自动化、配网自动化、智能电网,现任湖北省襄樊电机工程学会秘书长。