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智能电网的相关研究

  在当今社会,科技的突飞猛进和经济的不断发展促进了电力网络不断革新。经济的发展对供电服务质量提出了更高的要求;技术的发展为电力发展提供了必要的技术手段。在经济发展的同时,我们也面临着日益严重的环境问题和能源危机。妥善地处理好发展与环境和能源之间的矛盾显得尤为重要,智能电网便在这样的背景下应运而生。近些年来,智能电网已成为各国电力行业的热门研究领域。

  美国对智能电网的研究起步比较早。2001年,美国电力科学研究院最早正式提出了“Intelligrid”的概念。全球对智能电网的研究还处在起步阶段,不同国家对智能电网的发展环境和研究的侧重点的不同,国际上对智能电网没有十分明确和统一的定义。

  根据美国IBM提出的智能电网解决方案,智能电网有三层含义:一是利用传感器连接资产和设备对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控;二是把获得的数据通过网络系统进行收集、整合;三是通过对数据的分析和挖掘,达到对整个电力系统运行的优化管理。

  总的来说,智能电网是一种将先进的传感器测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合,并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代电网。

  智能电网结构完善,坚强可靠,在受到外界干扰和破坏时能保持正常稳定的运行,不发生大面积的停电事故,能持续对用户安全可靠地供电;电网发生故障时,能在最短时间内对故障定位并迅速切除,以减少停电时间并尽快恢复供电。

  自愈性是智能电网最基本的特征之一,也是保证系统安全可靠供电的核心技术。自愈能力的高低将成为智能电网发展水平的重要标志。

  由于电源和用户在新的电力系统中的多样化,系统出现的故障情况复杂多样且有极大的不确定性,因此要求电网具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力,以实现故障实时仿真和预测功能;同时能在电网发生故障的第一时间进行自动的故障诊断和分析,并迅速准确的切除,恢复正常供电。

  智能电网的发电方式应包容集中式发电、分布式发电及作为储能转置等不同类型的发电。考虑到日益严重的环境污染问题和能源危机,新型清洁可再生能源的利用在未来的电力发展中将成为一种不可避免的趋势。智能电网应具备分布式可再生能源有序、合理接入的能力,以满足用户多样化的电力需求。

  由于新能源容量小,输送功率不稳定,很难对电网持续可靠供电,稳定性差。怎样实现新能源发电是电网的安全性、稳定性和可靠性将是实现智能电网面临的一个重要问题;另外新能源的地域分布比较分散,不够集中,因此要求智能电网能支持分布式电源的接入,并兼容传统的集中式发电方式。

  未来的电能将是通过电能生产者和使用者通过协商、良性的市场竞争进行市场化进行交易的。实现用电信息和不同供电商的价格对用户透明化,即电网、电源和用户的信息共享,用户可以通过价格和其他电力信息的比较选择适合的供电方案,从而达到电力市场完全公平竞争,以达到提高电网安全运行和管理质量的目的。

  智能电网可以实现信息监控、维护、能量管理、配网管理市场运营和其他各类信息系统的综合集成以及电网发电、变电、配电、用电和调度各个环节的数据共享,从而实现业务的集成和贯通,不断提高电力企业的管理效率,使之更加规范化和精益化。

  保证系统运行的经济性是对电力系统运行的基本要求之一。,要合理优化配置资产和资源,提高能源和资产的利用效率,降低投资成本和运行维护成本,实现电力公司和用户最大的经济效益;另一方面,需要提高电网运行和输送效率,提高设备的综合利用率,降低在生产、输送和分布式发电,智能电表共同构成智能电网不可或缺的组成部分。

  智能电网作为一个完整的电网应包括电网从生产到销售电能的各个环节并分别实现这些环节的智能化。智能发电智能变电所、智能配电和智能用电以及新能源接入、分布式发电、智能电表共同构成智能电网不可或缺的组成部分。

  现阶段主要采用火力发电,即以煤炭作为一次能源发电但化石燃料是不可再生能源,且对环境造成了严重的污染;而我国中西部地区丰富的可再生清洁的水利资源并未得到充分利用。随着对环境保护要求的提高,火力发电将逐步退出电网;水电和核电比重不断增大,同时开发新型能源,特别是可再生清洁能源,比如风能、太阳能,潮汐能等。智能发电环境应解决分布式新能源并入电网对电网稳定运行带来的问题以实现优化控制。

  考虑到我国的实际情况,水利资源等丰富的一次能源主要集中在中西部地区而用电负荷中心位于东部沿海地区,能源的供应与需求十分不平衡。为提高输电效率、减少输电过程中的电能损耗,在未来一段时间内将大力发展超特高压电网,并逐步实现全国范围内的统一高效配置和利用。

  随着大功率电力单子元器件的迅速发展,高压直流输电、柔性交流输电技术(FACTS)得到了迅速的发展。柔性交流输电系统,是利用电力电子元件构成的包括静止无功补偿器(SVC)和晶闸管控制的串联电容器(TCSC)等在内的装置来控制和调节交流电力系统的网络参数和运行参数,从而提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

  智能化的变电站采用高度集成的可靠地智能设备和技术,自动完成数据信息的采集和测量并以此为根据进行实时分析、智能控制和保护,实现变电站的集成化、数字化、信息化和自动化,并做到与相邻变电站、配电网之间及时互动信息共享。

  配电环节作为输变电系统与用户之间的衔接,其完善程度直接影响着用电的可靠性和用电质量。智能配电系统需要考虑到电源和用电用户的多样化,支持分布式电源的接入,与用户进行信息共享,以达到负荷管理实时测量功能。

  用户通过智能电表可以实时了解电网信息,包括电能质量、电网电价等,并据此选择最合适的电能消费方案,以实现用户方利益的最大化;供电方则通过智能电表实时观测负荷状况,并据此实时调节运行状况及修正电价定价策略,使其收益最大化。用电环节的智能化将加强供电公司和用户之间的双向互动,以实现双方整体收益最大化。

  智能电网是经济和技术发展的必然结果。随着电能产品的不断市场化,未来电网将更加人性化地向用户提供优质可靠的电能,且双方通过市场方式进行交易;智能电网在提高输电效率、改善环境问题和节能减排等方面有重大意义。智能电网的发展和应用将成为全球电力行业的必然趋势。

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