智能电网发展模式与关键技术分析＊

2018-11-29张文嘉罗冠姗沈桐洲

科技与创新 2018年3期

关键词：特高压用电配电

张文嘉，罗冠姗，郭斌，沈桐洲

（广州供电局有限公司计量中心，广东广州 510000）

智能电网的发展受到现有能源结构与分布形式、电网发展水平、电价管理机制、电力工业管理模式等诸多因素的影响，各国发展模式及其关键技术应用也有所不同。为了更好地理解智能电网发展轨迹和未来走向，本文对此进行了分析。

1 智能电网的特征与发展模式

1.1 智能电网的特征

尽管不同国家对智能电网有不同的理解，但都认同其可观测、可控制、自愈性、互动性、经济高效、安全可靠、兼容性等特征。可观测意味着对电网内相连的各种电源、设备等能够准确感知；可控制表明智能电网对电网内不确定因素能够有效控制；自愈性是说智能电网探知故障或隐患时，具有自动隔离故障和自我恢复的能力；互动性表明智能电网能够实现人机互动，以智能化技术满足用户不同的供电需求；经济高效反映了智能电网在适应市场机制方面具有独到优势，通过实行浮动电价理性投入市场竞争。

1.2 智能电网的发展模式

前已述及，智能电网发展模式受到各国能源结构、电力需求、管理模式等因素的影响，被烙上各国鲜明的印记。例如，欧美国家有较完善的监管与市场机制，终端电价早已放开，居民用电占比达到30%，能源结构分布合理，新能源主要以分布式电源接入，电力市场成熟，需求增长缓慢，电网所有权与管理权分散等。这些特点决定了欧美国家智能电网发展模式侧重配用电侧，并兼顾输电技术的可控性。在配用电侧，利用高级计量架构（AMI）技术及相应的市场机制，集成用户侧分布式能源、电动汽车、智能用电等设备，提高配用电侧的智能化水平。与之相比，我国发展智能电网的条件有明显不同，电力市场化改革方兴未艾，终端电价尚未放开，居民用电占比不到15%，能源与负荷分布极不均衡；电力需求增长较快，而且我国电网所有权与管理权集中，适于统一规划。前些年，我国智能电网建设主要集中在输变电侧，建成了一批特高压输电线路、智能变电站、换流站，新能源主要是集中引入，配用电侧相对欧美国家滞后较多。当然，配网智能化建设近年来也在抓紧部署，包括用电侧的电动汽车、智能小区等也有涉及，但远未形成规模化。

2 智能电网关键技术

2.1 特高压输电技术

特高压输电是指交流1 000 kV、直流±800 kV及以上电压等级的输电工程及技术。从2009年晋东南-南阳-荆门特高压交流输电线路投入运营以来，我国已建成十几条特高压输电线路，在建的昌吉-古泉±1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的特高压输电工程，不仅如此，还走出了国门，承建了巴西美丽山±800 kV特高压直流输电工程，表明我国在特高压输电领域已居世界领先地位。另外，柔性特高压输电技术也得到应用。

2.2 智能变电站技术

智能变电站是智能电网的重要节点，关键特征是基于IEC 61850标准（即我国电力行业标准DL/T 860）。根据《智能变电站技术导则》（GB/T 30155—2013），智能变电站采用了智能高压设备（比如智能电力变压器、智能高压开关设备等）、电子式互感器、适应新能源接入的继电保护与安全自动装置等，应具有高运行可靠性与长期运行的经济性，并应易扩展、易升级、易改造、易维护。由于欧洲国家新建变电站较少，智能变电站的重点在于运行维护的高效性与良好的商业利益，我国以满足电力需求增长为出发点，主要在新建变电站中落实智能变电站理念，以保障电网运行的安全性与可靠性[2]。目前，我国已建成超过1 000座智能变电站，虽然验证了一批新技术与新设备，但也暴露了一些技术缺陷，比如电子式互感器稳定性差、自动化检测调试能力不足、缺乏有效的运行维护工具等，需要今后改进和完善。

2.3 智能配电技术

配电系统因为与用户联系最紧密，所以在智能电网中的作用非常重要。传统电网比较单一，配电网中不存在电源，但在智能配电网中，会接入太阳能、小型风能、小型水能、生物质能、天然气等分布式电源，以及接入电动汽车、柔性负荷等，这对配电技术提出了新的要求，概括起来包含10大关键技术[3]：①智能配电系统的不确定性建模技术；②智能配电系统的态势感知技术；③智能配电系统快速分析与仿真技术；④智能配电系统分布式能源、电动汽车和负荷接纳能力评估与提高技术；⑤智能配电系统中的储能价值分析与应用技术；⑥智能配电系统风险评估与安全预警技术；⑦智能配电系统优化规划技术；⑧智能配电系统新型保护理论与技术；⑨智能配电系统智能控制技术；⑩智能配电系统与用户互动技术。其中，前2项技术着重数据获取，第3～6项技术用于数据分析，后面4项技术意在数据应用。

2.4 智能用电技术

智能电网的终极目标体现在用电上，所以引导用户侧优化用电、柔性用电也是非常重要的。智能用电体现在满足用户多元化需求、支持新能源接入2个层面，是促进可再生能源消纳的重要接口。智能用电的关键技术包括用于智能量测的信息互动技术、满足分布式电源即插即用的智能微网技术、基于智能需求侧管理的用能互动技术3个方面。目前，我国已经开始了智能用电技术应用试点，但要大规模推广，还有赖政策扶持和电改的不断深入。