电力工程技术在智能电网建设中的应用研究

高正晓，樊忠洋

（1.山东众源博创电力科技有限公司；2.山东国研电力股份有限公司，山东 济南 250000）

近年来，社会经济发展和满足人民日益增长的美好生活需要对电力能源的需求与日俱增。构建清洁低碳、安全高效的能源体系，推动能源生产和消费革命，而电能是优质、高效、清洁的二次能源，智能电网是现代能源体系的重要组成部分，也是能源优化配置的平台和电力市场的载体，建设智能电网是能源生产与消费革命的战略选择。建设智能电网需要充分发挥电力工程技术的作用，本文将简单介绍智能电网的基本概念，系统论述电力工程技术在智能电网建设中发挥的作用，并综合探讨电力工程技术在智能电网建设中的应用方案。

1 智能电网的基本概念

从基本概念来讲，智能电网特指实现电网的智能化运作。智能电网的建设网络基础是传统集成化网络与高速双向通信网络，在以此为依托的同时，融合传感技术和测量技术，对电网决策支持系统进行完善，量化相关技术应用工序，全面确保智能电网的安全运行。

在新时代背景下，智能电网兼具自愈能力和保护用户的作用，同时，能够满足广大用户的基本用电质量需求，使用户在能源系统中变得更加主动。智能电网的特征体现在以下5 个方面。

（1）智能电网有完善的技术支撑体系。电网整体网络架构完整、坚固，遇到恐怖攻击或自然灾害时具有快速恢复供电的能力，各级防线之间紧密协调抵御严重故障或突发事件，能够凭借坚强而安全的电网结构，确保电能高效可靠输送，有效避免大范围停电或连锁故障，维持电网的安全稳定性和供电可靠性。

（2）智能电网能够实现柔性交流输电与直流输电，确保智能调度的正常完成，做好电力资源储能管理工作，优化配电自动化技术，确保电网系统运行的安全性、灵活性与稳定性，提高电力经济价值。

（3）智能电网具有环保性。当代智能电网建设工作符合节能环保理念，可以对各种能源进行循环利用加工，能源处理机制更科学、环保，同时，国家建立了更完善的电网运行平台，在确保能源综合利用效率的前提下，建立降低电网体系对生态环境的污染问题，全面实现节能降耗的环保目标。

（4）当代智能电网构建了集成性应用模式，将电力通信、数据信息和现代管理技术结合在一起，帮助国家电力企业提高经济效益。目前，各地电力企业在开展电网建设工作时，不仅兼顾电网工程项目的实用价值，而且会综合分析该项目的经济效益。在建立智能电网的过程中，制定资源多元化运用机制，这样不仅可以确保电网系统质量，而且可以促进电网经济效益的持续递增。

（5）和传统电网相比，智能电网可以进一步提高资源利用率，这是因为智能电网的资源优化分配与重组方式更科学、更先进，能避免资源浪费。

2 电力工程技术在智能电网建设中发挥的作用

在智能电网建设中，电力工程技术发挥的作用表现为总体作用和具体作用。从发展视角来看，将电力工程技术应用于智能电网建设工作，可以推动中国智能化电力系统的全面发展。当前，新能源的类型与数量持续增多，市场经济环境下的电力企业所面临的市场竞争压力也明显骤增。为了确保电力企业在市场竞争中立于不败之地，节约资金成本，避免资源浪费，不仅要重视优化电力成本监控流程，而且要积极引进相匹配的电力工程技术，以此确保电网系统的安全稳定性与可靠性。具体作用则是指将电力工程技术应用于智能电网建设活动中，有助于实现电力工程的全面性发展，构建更完善的智能电网，充分发挥各种新技术的作用，做好电力资源循环应用处理工作。各电力企业在构建当代电力工程体系的同时，会充分借助先进的技术搭建低碳型电力工程模型，针对智能电网建设工作，制定科学的整体规划，通过模型来演示工程效果。另外，电力工程技术具有高度专业性与规范性，能够有效地加强智能电网工程的安全性与稳定性，帮助电力企业避免市场环境中的不良因素所产生的风险和一切负面影响，不断增强电力企业的核心竞争力。

3 电力工程技术在智能电网建设中的应用方案

3.1 在电网能源转换中的应用

随着各行业的发展，能源消耗量不断增加，各种能源处于稀缺状态，为了有效控制资源浪费，缓解能源紧张问题，确保各行业的正常发展，电力企业要紧密结合新技术，积极研究各种新兴能源开发利用方案，不断加强智能电网建设。与此同时，电力企业会充分运用先进的技术方案来推进电网能源转化，旨在提高能源的利用率。国家已经成功研究和应用电厂并网技术方案，提高电力系统对清洁能源的消纳能力，施行经济环保发电，同时，积极开发光伏发电项目，运用电力工程技术建立更科学的能源处理运用模式。

3.2 在电网输电工作中的应用

在电网输电工作中，特高压输电技术颇为常用。随着大规模输电系统的发展，为了获取更高电力工程项目的经济效益，满足大量的用电需求，电力企业将最高输电电压登记调整到了765kV，预期目标等级是1000kV。高压输电电压（HV）等级包括100（110）、125、132、138、161、230（220）kV 和275kV。超高压（EHV）输电电压等级包括345（330）、400、500kV 和765（750）kV。在特高压输电技术应用中，交流连接更容易和电网的其他部分互联。在相同的功率水平下，装有断路器和变压器的区域比交流与直流之间的换流站造价小，而且损耗低。更远距离和更高电压等级交流输电受限的主要原因是无功补偿和绝缘问题解决更加困难，这就加大了其扩大规模时的局限性。与此同时，因为交流输电50/60Hz高电磁辐射的干扰，在人口密集区，特高压交流输电会受到限制。对此，采用直流连接线损更低，单位输电容量的线路造价更小。当用直流输电线路来连接两个交流子网时，可以有效屏蔽这两个交流子网的稳定与震荡问题。从经济角度来分析，一条1000kV 的交流输电线路自然单回路的输电容量大约是5GW，一条±800kV 的直流输电线路的最大传输功率是6.4GW。一条交流输电线路的传输容量是逐步增加的，由电力系统连接方式决定。只要有交流供电电源，直流输电线路的输电容量就可以达到其设计水平。如果传输距离超过1000km 时，±800kV 的直流输电线路将成为最经济的远距离输电方式，这也是因为减少的线路成本和降低的损耗抵消了换流站增加的成本。具有交流输电网一般特征的1000kV交流输电网可以构成一个国家电力系统的超级骨干网。作为交流输电网的补充，±800kV 的直流输电线路是一条直线，能够实现远距离输电。另外，应充分发挥柔性交流输电技术的作用。在智能电网工程建设中，可以运用柔性交流输电技术来满足供电需求。该技术属于微处理技术、微电子技术和电力科技技术的集合体系，在运用柔性交流输电技术模式的过程中，需要发挥其合成技术的作用，构建技术处理平台和电能控制平台。与传统技术相比，柔性交流输电技术可以降低污染与资源浪费，优化新能源控制系统，同时，结合电子技术与通信技术来满足高压输电的需求。

3.3 优化电能质量

运用电力工程技术优化电能质量，首先，要正确运用电能质量优化技术建立科学的基础控制管理模式，发挥自适应净值无功补偿技术的作用，为了做好电能控制管理工作提供准确的信息采样整合分析处理支持、温度上升分析支持和系统操作分析支持服务。同时，结合供需侧调整方案为新建电源供应点与负荷中心提供相应的送电需求，确保智能电网的应用效率。其次，要充分发挥直流有源滤波器技术的作用，通过匹配有源滤波器不断改善电能资源的应用质量，降低冗余，尽量消除噪音，提高智能电网应用效果。举例而言，在某城市智能电网综合建设工程中，本市全面执行了生态城市智能电网建设方案，运用先进的电力工程技术体系构建应用服务模式，在该模式中集中了电力流、业务流与信息流，根据电源侧的特征、电网侧建设标准和用电侧需求，与自适应净值无功补偿技术进行匹配，全面开发和应用多项完善的子系统。2020 年，该城市生态核心区的日常用电负荷平均是40MW，能够生产丰富的再生能源，据研究统计，该城市可再生能源的消纳率高达100%。再次，该城市为了进一步促进本市智能电网的良好发展，全面融合了当代电力工程技术方案，在智能电网建设和能源处理工作中发挥电力工程技术的协调性、环保性与开放性作用，积极研发和配置特高压关键组件与高性能电工材料，制定更完善的能源匹配转换方案，从而不断优化电能质量，搭建高效的应用控制平台，全面提高电力工程技术在智能电网建设中的应用效果。

3.4 运用光伏发电

光伏发电技术主要是运用太阳能来发电，提高光伏发电效率要做好以下几方面。

（1）要做好光伏阵列设置工作。从组合框架来看，光伏阵列分为三层结构：第一，光伏发电单元，这一单元系统是由太阳能电池方阵和相匹配的逆变器连接组成，从而构成发电系统，又名光伏发电单元系统。第二，光伏发电分系统，该系统是由升压变压器与另一台逆变器连接组成。第三，光伏电站系统，该系统是多个箱式变压器连接组成，接入电网后，会形成完整的发电系统，成为光伏发电站。

（2）应重视优化光伏电站电气系统，该系统可分为直流发电系统和交流输出系统，优化这两种系统，则需要做好系统配置工作。在直流发电系统配置中，需要科学安装太阳能电池组件、逆变器、汇流箱、配电柜。在交流输出系统配置中，需要做好开关柜、电缆和逆变器的安装工作，选用容量为1000kVA 的变压器，将逆变器的输出电压调整为35kV，然后将电流汇流到开关站的母线。

（3）要做好太阳能稳压模块设计工作。因为太阳能电池板的输出并不稳定，和天气因素密切相关，而储电模块在输入过程中要求电流能保持稳定状态，电压也必须保持为5V 的稳定状态，所以，在太阳能稳压模块设计工作中，首先要保持输出电流与输出电压的稳定性，选择良好的稳压器。一般来讲，开关稳压器是首选，这种稳压器应用范围最广泛，其具备效率高、无须安置散热板和温度上升幅度小等优势，输入电压的范围也比较广泛。太阳能稳压电路将TD1410 作为主控芯片，这样可以满足宽范围的输入需求，转化效率高，能够做好电路保护工作，避免芯片被损坏。

另外，要做好储电模块设置工作。储电模块的主要功能是储存电量，总容量为10200mA 的锂电池可以满足一千次的充放电，其电源管理芯片是VAS5185。这种芯片内部具有集成性与高效性，能够支持多种智能工作，运用外围电路可以进行智能识别，对负载插入与拔出实施安全管理，实施自动升压，具有自动关机功能，用户可以一边充电一边播放移动电子产品。在电池放电过程中，电池低压与过温保护能够避免出现过流与短路情况。如果电池的电压在3.15V 以下，就会自动提示低电量，当电池的电压降低到2.80V 以下，就会自动关闭，这样能够避免电池受损，维护系统安全，确保芯片能够正常工作，改善电路，提高系统的稳定性。

4 结语

我国加强智能电网建设工作正在加速推进，必将给电力工业带来巨大变革。加强智能电网建设，优化电力工程技术在智能电网建设中的应用方案，首先，要充分发挥电力工程技术的作用，运用先进的技术方案来推进电网能源转化，不断提高能源利用率；与此同时，要发挥特高压输电技术和柔性交流输电技术，满足远距离供电需求，降低污染和资源浪费。其次，要正确运用电能质量优化技术建立科学的基础控制管理模式，发挥自适应净值无功补偿技术的作用，以此优化电能质量。再次，要发挥直流有源滤波器技术的作用，通过匹配有源滤波器来提高智能电网的应用质量。另外，要发挥光伏发电的作用，提高全系统的可靠性和效率，提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持。