打造智能电网促进节能降耗

2015-04-05侯爽大庆油田电力集团供电公司

石油石化节能 2015年8期

侯爽（大庆油田电力集团供电公司）

智能电网是一个相对灵活的电力产销用一体化网络，它将输配用电以及能源与蓄能终端的电气设备和用能设备联系在一起，根据用电数量、频率等的不同需求而变化。智能电网覆盖了从发电到终端用户的整个能源转换链，具有很高的透明度和灵活性，能够满足日益增加的能源需求和供电需求。

1 智能电网技术

智能电网涉及到发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，它以现代输配电网为基础，建立在高速和集成双向通信的网络平台上，综合应用先进的信息与通信技术、传感和监测技术、高级电力电子技术、高级仿真控制技术等，进行实时监控、防护和互动。具有自愈性、互动性、安全性、优质性、高效性、兼容性、市场化和多元化等特点，用以实现电网的高效运行和可持续发展[1]。

1.1 灵活的网络拓扑结构

智能电网的基础是坚强、灵活的电网拓扑结构。为了满足经济社会发展对电力的需求，构建电力“高速公路”，增加经济输电距离、减少输电损耗、提高输送容量、节省工程投资、保护生态环境势在必行。随着互联电网的形成，电网规模的不断扩大，电网的安全稳定性越来越重要，对主网架结构的规划设计要求也越来越高[1]。只有灵活的电网拓扑结构才能应对突发灾害性事件对电网安全的影响。

1.2 传感与监测技术

智能电网通过使用先进的传感器来获取电网中电气设备运行过程中产生的机械振动声波，通过声音传感器对声音进行采集，再通过数据采集器对声音进行处理，然后由总控制器、通讯转换器和变电站主机进行故障的判别，最后由集控站主机实现系统工作模式选择、系统参数修改、监听设备、录制及存储音频文件和监测数据采集器状态等功能。当系统启动时，进入到监控模式和监听模式，在监控模式中，对采集到的电气设备音频信号进行处理，并分析音频信号的特征量并进行提取，然后判断电气设备的故障类型并发送报警信号。同时在监听模式下，绘制出当前音频的数据波形图和频谱幅度图后，进行音频的录制和存储，以此来监测和评估电网的安全稳定性与电气设备的状态。

在智能电网的配电环节中，传统的电磁表计和读取系统已被双向通信的智能表计所取代，用于记录和测量电气设备和电网设置参数，联络中心控制服务器以及分布式负荷，并提供能耗数据，实现需求侧响应，更好地做出针对性的用电方案。智能电表还能够接通或切断负荷，提高了电力供应的安全性和可靠性。

在智能电网的输电环节，输变电设备状态监测和广域测量系统技术的应用越来越广泛。输变电设备状态监测系统能够构建综合优化体系，让智能电网实时地获取全网内各种状态信息并实现共享，且能够优化升级电气设备的运行和检修方式，从而提高利用效益。广域测量系统是在同步向量测量技术的基础上实现电力系统的动态监测、控制和分析，具有异地同步测量向量精度高、反应快速、高速通信的优点。

1.3 信息与通信技术

打造智能电网，利用双向通信技术建立一个互动的、实时的、动态的信息和电力交互网络，信息通信技术是智能电网最基础的关键技术[2]。通过确立统一的管理模式，按照统一的技术规范，突破各基层单位间的信息隔离状态，建立多部门信息沟通与共享机制，避免重复建设和信息孤岛等问题。进一步拓展应用范围，从主站端到厂站端，从基层单位到公司调度，根据具体情况和需求作出针对性的调整。在功能上要满足对大量数据的采集、存储、实时监控和分析处理，形成有效的预警和管控机制，从而全面提升信息通信技术在智能电网中节能降耗的应用水平。主要技术包括无线通信技术、电力宽频通信技术和其他通信技术[3]。

1.4 高级电力电子设备

在智能电网发电、输电、配电和用电的过程中，电力电子技术发挥着重要作用。DSP 全数字控制技术、全控型大功率电力电子器件和各种新型的高性能多电平大功率变流器，在现代电力系统应用的电力电子装置的使用中占有很大比重。但仍存在弊端：DSP 全数字控制技术水平还处于初级阶段；大功率变流器制造技术、系统控制软件和应用系统控制技术水平较低等。

2 智能电网与节能降耗

2.1 优化调度模式

智能调度是智能电网的核心体现，智能调度是打造坚强智能电网的关键，是电网运行控制的中枢。智能调度应有强大的智能安全预警系统，并能够全方位、实时准确地采集数据信息。当系统故障时，还能够快速判断故障点，提供故障恢复决策，利用音频、视频等可视化技术，将电网运行的实时状态准确直观地上传给集控中心。实现节能优化调度必须以持续供电和电网安全平稳运行为前提，以节能环保为目标，实施优化调度。

智能电网节能优化调度模式在电网处于正常状态下，指导电网相关人员决策和动作；当电力系统异常时，能够自动切换至故障诊断和恢复的模式下，解决电力系统中出现的电能质量、设备故障等问题。节能优化调度模式用于支持分布式智能体、电压优化控制和降损分析系统中。分布式智能体能够在本地快速响应，减轻了中心控制系统和操作人员的负担，是自适应、自我学习、自我修复以及半自动控制系统。智能调度的应用主要基于本地自动化、智能化和分布控制，如SCADA、状态维修、配网自动化、变电站自动化等等[3]。

基于标准化平台的电网调度自动化集成系统open3000，是一个覆盖了各变电所的全局性智能调度平台。它集合了能量管理系统、配网管理系统、广域测量系统和公共信息平台系统。在无人值班变电站的建立过程中，通过使用open3000 系统中的SCADA 和FES 实现新建厂站端的接入。其中，SCADA 是架构在统一支撑平台上的应用子系统，用于实现完整的、高性能的实时数据采集和监控。主要实现数据处理与计算、统计考核、控制和调节、人工操作、事件和报警处理、事故追忆及反演等功能。而FES 作为系统中实时数据输入、输出的中心，主要承担了集控中心与所属各厂站之间、各个上下级调度中心之间、其他系统之间及与调度中心的后台系统之间的实时数据信息处理任务。主要实现信息交换、命令传递、规约的组织和解释、通道的编码与解码等功能。

2.2 降低综合线损

2.2.1 电网规划优化

规划合理的电网，建设节能低耗、环保优质的配电网[4]。利用智能调度系统、在线监测系统和负荷监控系统等方法来加强线损管理。例如，利用智能调度系统绘制各变电站的经济运行曲线，做出日报、月报和年报进行对比和分析，从而保证主变的经济运行，使变电站保持最佳运行状态。

2.2.2 选用降损节能变压器

在电网损耗中，变压器损耗一般占30%～60%，因此，降低变压器损耗是至关重要的。提高变压器利用率，把闲置的变压器从高压侧断开，减少功率损耗。变压器容量越大，所用无功功率也越大，所以根据年用电损耗率和用电负荷选择变压器的容量。

比较传统变压器和先进非晶体合金变压器，非晶体合金变压器固定损耗降低约70%。因此，随着新材料、新技术的应用，应综合考虑性能优良的高效节能变压器[5]。

2.2.3 优化无功配置

为了降损节能、提高供电质量，供电企业首先要做好无功补偿。因为，当线路输送的有功功率不变时，输送的无功功率越多，线损越高，为了使负荷向系统吸收的无功功率减小，需要提高功率因数，降低线损。首先，可以考虑安装无功补偿装置，它是最常用、最有效的提高功率因数，节能降损的装置。当进行无功补偿时，若配电网与输电网相结合，则以配电网补偿为主；若分散与集中相结合，则以分散补偿为主；若降损和调压相结合，则以降损补偿为主；若供电部门和用户相结合，则以就地平衡为主。然后，还可以采用合理选用异步电动机容量的方式来降损。由公式Q=Q0+( Qe-Q0)( P Pe)2=Q0+( Qe-Q0)k2可以看出，由于空载无功Q0的影响，有功负荷下降时，无功功率Q 不能成比例地下降，导致轻载时功率因数明显下降。因此，选择电容器容量时，应使电动机经济出力接近负载功率，避免能源浪费。因此，在全网内选择使用无功补偿优化配置模块，完成技术改造，以解决无功补偿容量、电网规划、无功补偿地点计算等问题。该模块以投资最小、网损最小为目的，将变电站功率和母线电压互为制约，并将分接头配合高中低典型负荷和调压来计算出结果，根据此结果解决电容器的分组问题。

在电压满足合格条件的基础上，无功电压的优化将以离散设备动作次数最少和网损最小为既定目标。根据电压、功率因数和支路功率的影响，优化无功潮流，并制定出有载调压分接头、发电机设备和无功补偿设备的调节策略。利用SCADA 的遥控和遥调功能对设备进行闭环控制，最终实现电压和无功的智能化调度。