智慧型電網

智慧型電網

智慧型電網就是電網的智慧型化(智電電力),也被稱為“電網2.0”,它是建立在集成的、高速雙向通信網路的基礎上,通過先進的感測和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的套用,實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標,其主要特徵包括自愈、激勵和包括用戶、抵禦攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的最佳化高效運行。

基本信息

簡介

美國能源部《Grid 2030》:一個完全自動化的電力傳輸網路,能夠監視和控制每個用戶和電網節點,保證從電廠到終端用戶整個輸配電過程中所有節點之間的信息和電能的雙向流動。

中國物聯網校企聯盟:智慧型電網由很多部分組成,可分為:智慧型變電站,智慧型配電網,智慧型電能表,智慧型互動終端,智慧型調度,智慧型家電,智慧型用電樓宇,智慧型城市用電網,智慧型發電系統,新型儲能系統。

歐洲技術論壇:一個可整合所有連線到電網用戶所有行為的電力傳輸網路,以有效提供持續、經濟和安全的電力。

國家電網中國電力科學研究院:以物理電網為基礎(中國的智慧型電網是以特高壓電網為骨幹網架、各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎),將現代先進的感測測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。它以充分滿足用戶對電力的需求和最佳化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性、滿足環保約束、保證電能質量、適應電力市場化發展等為目的,實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

背景

智慧型電網 智慧型電網

堅強智慧型電網的發展在全世界還處於起步階段,沒有一個共同的精確定義,其技術大致可分為四個領域:高級量測體系、高級配電運行、高級輸電運行和高級資產管理。高級量測體系主要作用是授權給用戶,使系統同負荷建立起聯繫,使用戶能夠支持電網的運行;高級配電運行核心是線上實時決策指揮,目標是災變防治,實現大面積連鎖故障的預防;高級輸電運行主要作用是強調阻塞管理和降低大規模停運的風險;高級資產管理是在系統中安裝大量可以提供系統參數和設備(資產)“健康”狀況的高級感測器,並把所收集到的實時信息與資源管理、模擬與仿真等過程集成,改進電網的運行和效率。智慧型電網是物聯網的重要套用,《計算機學報》刊登的《智慧型電網信息系統體系結構研究》一文對此進行了詳細論述,並分析了智慧型電網信息系統的體系結構。

市場份額

智慧型電網的建立是一個巨大的歷史性工程。目前很多複雜的智慧型電網項目正在進行中,但缺口仍是巨大的。對於智慧型電網技術的提供者來說,所面臨的推動發展的挑戰是配電網路系統升級、配電站自動化和電力運輸、智慧型電網網路和智慧型儀表。根據派克調查機構的最新報告,智慧型電網技術市場將從2012年的330億美元增長到2020年的730億美元,8年間,市場累積達到4940億美元。

我國在“十二五”期間將建成“三縱三橫一環網”的特高壓交流線,並建設11回特高壓直流輸電工程,投資高達3000億元;“十三五”期間投資雖略有放緩,投資額度也達到2500億元。

到2015年,國家電網大範圍、遠距離的輸電能力將達到2.5億千瓦,每年輸送電量1.15萬億千瓦時,可支撐新增1.45億千瓦的清潔能源發電消納和送出,能夠滿足超過100萬輛電動汽車的使用要求,電網的資源最佳化配置能力、經濟運行效率、安全水平和智慧型化水平將得到全面提升。

國外套用情況

智慧型電網在國外的套用 智慧型電網在國外的套用

在電網發展基礎方面,各國電力需求趨於飽和,電網經過多年的快速發展,架構趨於穩定、成熟,具備較為充裕的輸配電供應能力。

德國制定了“E—Energy”計畫,總投資1億4千萬歐元,2009年至2012年4年時間內,在全國6個地點進行智慧型電網實證實驗。同時還進行風力發電和電動汽車實證實驗,並對網際網路管理電力消費進行檢測。德國西門子、SAP及瑞士ABB等大企業均參與了這一計畫。預計西門子公司2014年智慧型電網年度市場規模將達300億歐元,並計畫搶占20%市場份額,每年確保60億歐元訂單。

特點

與現有電網相比,智慧型電網體現出電力流、信息流和業務流高度融合的顯著特點,其先進性和優勢主要表現在:

(1)具有堅強的電網基礎體系和技術支撐體系,能夠抵禦各類外部干擾和攻擊,能夠適應大規模清潔能源和可再生能源的接入,電網的堅強性得到鞏固和提升。

(2)信息技術、感測器技術、自動控制技術與電網基礎設施有機融合,可獲取電網的全景信息,及時發現、預見可能發生的故障。故障發生時,電網可以快速隔離故障,實現自我恢復,從而避免大面積停電的發生。

(3)柔性交/直流輸電、網廠協調、智慧型調度、電力儲能、配電自動化等技術的廣泛套用,使電網運行控制更加靈活、經濟,並能適應大量分散式電源、微電網及電動汽車充放電設施的接入。

(4)通信、信息和現代管理技術的綜合運用,將大大提高電力設備使用效率,降低電能損耗,使電網運行更加經濟和高效。

(5)實現實時和非實時信息的高度集成、共享與利用,為運行管理展示全面、完整和精細的電網運營狀態圖,同時能夠提供相應的輔助決策支持、控制實施方案和應對預案。

(6)建立雙向互動的服務模式,用戶可以實時了解供電能力、電能質量、電價狀況和停電信息,合理安排電器使用;電力企業可以獲取用戶的詳細用電信息,為其提供更多的增值服務。

發展前景

趨勢

“十二五”期間,國家電網將投資5000億元,建成連線大型能源基地與主要負荷中心的“三橫三縱”的特高壓骨幹網架和13回長距離支流輸電工程,初步建成核心的世界一流的堅強智慧型電網。

國家電網制定的《堅強智慧型電網技術標準體系規劃》,明確了堅強智慧型電網技術標準路線圖,是世界上首個用於引導智慧型電網技術發展的綱領性標準。國網公司的規劃是,到2015年基本建成具有信息化、自動化、互動化特徵的堅強智慧型電網,形成以華北、華中、華東為受端,以西北、東北電網為送端的三大同步電網,使電網的資源配置能力、經濟運行效率、安全水平、科技水平和智慧型化水平得到全面提升。

(1)智慧型電網是電網技術發展的必然趨勢。通訊、計算機、自動化等技術在電網中得到廣泛深入的套用,並與傳統電力技術有機融合,極大地提升了電網的智慧型化水平。感測器技術與信息技術在電網中的套用,為系統狀態分析和輔助決策提供了技術支持,使電網自愈成為可能。調度技術、自動化技術和柔性輸電技術的成熟發展,為可再生能源和分散式電源的開發利用提供了基本保障。通信網路的完善和用戶信息採集技術的推廣套用,促進了電網與用戶的雙向互動。隨著各種新技術的進一步發展、套用並與物理電網高度集成,智慧型電網應運而生。

(2)發展智慧型電網是社會經濟發展的必然選擇。為實現清潔能源的開發、輸送和消納,電網必須提高其靈活性和兼容性。為抵禦日益頻繁的自然災害和外界干擾,電網必須依靠智慧型化手段不斷提高其安全防禦能力和自愈能力。為降低運營成本,促進節能減排,電網運行必須更為經濟高效,同時須對用電設備進行智慧型控制,儘可能減少用電消耗。分散式發電、儲能技術和電動汽車的快速發展,改變了傳統的供用電模式,促使電力流、信息流、業務流不斷融合,以滿足日益多樣化的用戶需求。

計畫

日本計畫在2030年全部普及智慧型電網,同時官民一體全力推動在海外建設智慧型電網。在蓄電池領域,日本企業的全球市場占有率目標是力爭達到50%,獲得約10萬億日元的市場。日本經濟產業省已經成立“關於下一代能源系統國際標準化研究會”,日美已確立在沖繩和夏威夷進行智慧型電網共同實驗的項目。

在中電聯獲悉,2020年中國將建成以華北、華東、華中特高壓同步電網為中心,東北特高壓電網、西北750千伏電網為送端,聯結各大煤電基地、大水電基地、大核電基地、大可再生能源基地,各級電網協調發展的堅強智慧型電網。華北、華東、華中特高壓同步電網形成“五縱六橫”主網架。

方向

在綠色節能意識的驅動下,智慧型電網成為世界各國競相發展的一個重點領域。

智慧型電網是電力網路,是一個自我修復,讓消費者積極參與,能及時從襲擊和自然災害復原,容納所有發電和能量儲存,能接納新產品,服務和市場,最佳化資產利用和經營效率,為數字經濟提供電源質量。

智慧型電網建立在集成的、高速雙向通信網路基礎之上,旨在利用先進感測和測量技術、先進設備技術、先進控制方法,以及先進決策支持系統技術,實現電網可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的高效運行。

它的發展是一個漸進的逐步演變,是一場徹底的變革,是現有技術和新技術協同發展的產物,除了網路和智慧型電錶外還飽含了更廣泛的範圍。

建設以特高壓電網為骨幹網架,各級電網協調發展,以信息化、自動化、互動化為特徵的堅強智慧型電網,全面提高電網的安全性、經濟性、適應性和互動性,堅強是基礎, 智慧型是關鍵。

意義

其重要意義體現在以下幾個方面:

(1)具備強大的資源最佳化配置能力。我國智慧型電網建成後,將實現大水電、大煤電、大核電、大規模可再生能源的跨區域、遠距離、大容量、低損耗、高效率輸送,區域間電力交換能力明顯提升。

(2)具備更高的安全穩定運行水平。電網的安全穩定性和供電可靠性將大幅提升,電網各級防線之間緊密協調,具備抵禦突發性事件和嚴重故障的能力,能夠有效避免大範圍連鎖故障的發生,顯著提高供電可靠性,減少停電損失。

(3)適應並促進清潔能源發展。電網將具備風電機組功率預測和動態建模、低電壓穿越和有功無功控制以及常規機組快速調節等控制機制,結合大容量儲能技術的推廣套用,對清潔能源併網的運行控制能力將顯著提升,使清潔能源成為更加經濟、高效、可靠的能源供給方式。

(4)實現高度智慧型化的電網調度。全面建成橫向集成、縱向貫通的智慧型電網調度技術支持系統,實現電網線上智慧型分析、預警和決策,以及各類新型發輸電技術設備的高效調控和交直流混合電網的精益化控制。

(5)滿足電動汽車等新型電力用戶的服務要求。將形成完善的電動汽車充放電配套基礎設施網,滿足電動汽車行業的發展需要,適套用戶需求,實現電動汽車與電網的高效互動。

(6)實現電網資產高效利用和全壽命周期管理。可實現電網設施全壽命周期內的統籌管理。通過智慧型電網調度和需求側管理,電網資產利用小時數大幅提升,電網資產利用效率顯著提高。

(7)實現電力用戶與電網之間的便捷互動。將形成智慧型用電互動平台,完善需求側管理,為用戶提供優質的電力服務。同時,電網可綜合利用分散式電源、智慧型電能表、分時電價政策以及電動汽車充放電機制,有效平衡電網負荷,降低負荷峰谷差,減少電網及電源建設成本。

(8)實現電網管理信息化和精益化。將形成覆蓋電網各個環節的通信網路體系,實現電網數據管理、信息運行維護綜合監管、電網空間信息服務以及生產和調度套用集成等功能,全面實現電網管理的信息化和精益化。

(9)發揮電網基礎設施的增值服務潛力。在提供電力的同時,服務國家“三網融合”戰略,為用戶提供社區廣告、網路電視、語音等集成服務,為供水、熱力、燃氣等行業的信息化、互動化提供平台支持,拓展及提升電網基礎設施增值服務的範圍和能力,有力推動智慧型城市的發展。

(10)促進電網相關產業的快速發展。電力工業屬於資金密集型和技術密集型行業,具有投資大、產業鏈長等特點。建設智慧型電網,有利於促進裝備製造和通信信息等行業的技術升級,為我國占領世界電力裝備製造領域的制高點奠定基礎。

促進作用

智慧型電網對世界經濟社會發展的促進作用,智慧型電網建設對於應對全球氣候變化,促進世界經濟社會可持續發展具有重要作用。主要表現在:

智慧型電網 智慧型電網

(1)促進清潔能源的開發利用,減少溫室氣體排放,推動低碳經濟發展。

(2)最佳化能源結構,實現多種能源形式的互補,確保能源供應的安全穩定。

(3)有效提高能源輸送和使用效率,增強電網運行的安全性、可靠性和靈活性。

(4)推動相關領域的技術創新,促進裝備製造和信息通信等行業的技術升級,擴大就業,促進社會經濟可持續發展。

(5)實現電網與用戶的雙向互動,革新電力服務的傳統模式,為用戶提供更加優質、便捷的服務,提高人民生活質量。

互動電網既是下一代全球電網的基本模式,也是中國電網現代化的核心

實際上,互動電網的本質就是能源替代、兼容利用和互動經濟。從技術上講,互動電網應是最先進的通訊、IT、能源、新材料、感測器等產業的集成,也是配電網技術、網路技術、通信技術、感測器技術、電力電子技術、儲能技術的合成,對於推動新技術革命具有直接的綜合效果。由此,智慧型電網具備可靠、自愈、經濟、兼容、集成和安全等特點。我以為:互動電網學說的本質就是以信息革命的造發性標準和技術手段大規模推動工業革命最重要財產——電網體系的革新和升級,建立消費者和電網管理者之間的互動。

建設條件

(1)在電網網架建設方面,網架結構不斷加強和完善,特高壓交流試驗示範工程和特高壓直流示範工程成功投運並穩定運行;全面掌握了特高壓輸變電的核心技術,為電網發展奠定了堅實基礎。

(2)在大電網運行控制方面,具有“統一調度”的體制優勢和豐富的運行技術經驗,調度技術裝備水平國際領先,自主研發的調度自動化系統和繼電保護裝置獲得廣泛套用。

(3)在通信信息平台建設方面,建成了“三縱四橫”的電力通信主幹網路,形成了以光纖通信為主,微波、載波等多種通信方式並存的通信網路格局;SG186工程取得階段性成果,ERP、行銷、生產等業務套用系統已完成試點建設並開始大規模推廣套用。

(4)在試驗檢測手段方面,已根據智慧型電網技術發展的需要,組建了大型風電網、太陽能發電和用電技術等研究檢測中心。

(5)在智慧型電網發展實踐方面,各環節試點工作已全面開展,智慧型電網調度技術支持系統、智慧型變電站、用電信息採集系統、電動汽車充電設施、配電自動化、電力光纖到戶等試點工程進展順利。

(6)在大規模可再生能源併網及儲能方面,深入開展了集中併網、電化學儲能等關鍵技術的研究,建立了風電接入電網仿真分析平台,制定了風電場接入電力系統的相關技術標準。

(7)在電動汽車充放電技術領域,我國在充放電設施的接入、監控和計費等方面開展了大量研究,並已在部分城市建成電動汽車充電運營站點。

(8)在電網發展機制方面,我國電網企業業務範圍涵蓋從輸電、變電、配電到用電的各個環節,在統一規劃、統一標準、快速推進等方面均存在明顯的優勢。

一個目標

構建以特高壓為骨幹網架、各級電網協調發展的統一堅強智慧型電網。

兩條主線

技術上體現信息化、自動化、互動化、構建以特高壓為骨幹網架、各級電網協調發展的統一堅強智慧型電網。

管理上體現集團化、集約化、精益化、標準化。

三個階段

國家公司對堅強智慧型電網的三個推進階段作了具體定位:

統一堅強智慧型電網戰略框架 統一堅強智慧型電網戰略框架

2009~2010年為規劃試點階段,重點開展智慧型電網發展規劃的編制工作,制定技術和管理標準,開展關鍵技術研發和設備研製,開展各個環節的試點工作;

2011~2015年為全面建設階段,加快特高壓電網和城鄉電網建設,初步形成智慧型電網運行控制和互動服務體系,關鍵技術和設備上實現重大突破和廣泛套用;

2016~2020年為引領提升階段,全面建成統一堅強智慧型電網,使電網的資源配置能力、安全水平、運行效率,以及電網與電源、用戶之間的互動性顯著提高。屆時,電網在服務清潔能源開發,保障能源供應與安全,促進經濟社會發展中將發揮更加重要的作用。

四個體系

電網基礎體系、技術支撐體系、智慧型套用體系、標準規範體系

五個內涵

一是堅強可靠,即具有堅強的網架結構、強大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應;

二是經濟高效,即提高電網運行和輸送效率,降低運營成本,促進能源資源和電力資產的高效利用;

三是清潔環保,即促進可再生能源發展與利用,降低能源消耗和污染物排放,提高清潔電能在終端能源消費中的比重;

四是透明開放,即電網、電源和用戶的信息透明共享,電網無歧視開放;

五是友好互動,即實現電網運行方式的靈活調整,友好兼容各類電源和用戶的接入與退出,促進發電企業和用戶主動參與電網運行調節。

重要意義

生活方便

堅強智慧型電網的建設,將推動智慧型小區、智慧型城市的發展,提升人們的生活品質。①讓生活更便捷。家庭智慧型用電系統既可以實現對空調、熱水器等智慧型家電的實時控制和遠程控制;又可以為電信網、網際網路、廣播電視網等提供接入服務;還能夠通過智慧型電能表實現自動抄表和自動轉賬交費等功能。②讓生活更低碳。智慧型電網可以接入小型家庭風力發電和屋頂光伏發電等裝置,並推動電動汽車的大規模套用,從而提高清潔能源消費比重,減少城市污染。③讓生活更經濟。智慧型電網可以促進電力用戶角色轉變,使其兼有用電和售電兩重屬性;能夠為用戶搭建一個家庭用電綜合服務平台,幫助用戶合理選擇用電方式,節約用能,有效降低用能費用支出。

產生效益

堅強智慧型電網的發展,使得電網功能逐步擴展到促進能源資源最佳化配置、保障電力系統安全穩定運行、提供多元開放的電力服務、推動戰略性新興產業發展等多個方面。作為我國重要的能源輸送和配置平台,堅強智慧型電網從投資建設到生產運營的全過程都將為國民經濟發展、能源生產和利用、環境保護等方面帶來巨大效益。

(1)在電力系統方面。可以節約系統有效裝機容量;降低系統總發電燃料費用;提高電網設備利用效率,減少建設投資;提升電網輸送效率,降低線損。

(2)在用電客戶方面。可以實現雙向互動,提供便捷服務;提高終端能源利用效率,節約電量消費;提高供電可靠性,改善電能質量。

(3)在節能與環境方面。可以提高能源利用效率,帶來節能減排效益;促進清潔能源開發,實現替代減排效益;提升土地資源整體利用率,節約土地占用。

(4)其他方面。可以帶動經濟發展,拉動就業;保障能源供應安全;變輸煤為輸電,提高能源轉換效率,減少交通運輸壓力。

推進系統

(1)能有效地提高電力系統的安全性和供電可靠性。利用智慧型電網強大的“自愈”功能,可以準確、迅速地隔離故障元件,並且在較少人為干預的情況下使系統迅速恢復到正常狀態,從而提高系統供電的安全性和可靠性。

(2)實現電網可持續發展。堅強智慧型電網建設可以促進電網技術創新,實現技術、設備、運行和管理等各個方面的提升,以適應電力市場需求,推動電網科學、可持續發展。

(3)減少有效裝機容量。利用我國不同地區電力負荷特性差異大的特點,通過智慧型化的統一調度,獲得錯峰和調峰等聯網效益;同時通過分時電價機制,引導用戶低谷用電,減小高峰負荷,從而減少有效裝機容量。

(4)降低系統發電燃料費用。建設堅強智慧型電網,可以滿足煤電基地的集約化開發,最佳化我國電源布局,從而降低燃料運輸成本;同時,通過降低負荷峰谷差,可提高火電機組使用效率,降低煤耗,減少發電成本。

(5)提高電網設備利用效率。首先,通過改善電力負荷曲線,降低峰谷差,提高電網設備利用效率;其次,通過發揮自我診斷能力,延長電網基礎設施壽命。

(6)降低線損。以特高壓輸電技術為重要基礎的堅強智慧型電網,將大大降低電能輸送中的損失率;智慧型調度系統、靈活輸電技術以及與用戶的實時雙向互動,都可以最佳化潮流分布,減少線損;同時,分散式電源的建設與套用,也減少了電力遠距離傳輸的網損。

分配資源

我國能源資源與能源需求呈逆向分布,80%以上的煤炭、水能和風能資源分布在西部、北部地區,而75%以上的能源需求集中在東部、中部地區。能源資源與能源需求分布不平衡的基本國情,要求我國必須在全國範圍內實行能源資源最佳化配置。建設堅強智慧型電網,為能源資源最佳化配置提供了一個良好的平台。堅強智慧型電網建成後,將形成結構堅強的受端電網和送端電網,電力承載能力顯著加強,形成“強交、強直”的特高壓輸電網路,實現大水電、大煤電、大核電、大規模可再生能源的跨區域、遠距離、大容量、低損耗、高效率輸送顯著提升電網大範圍能源資源最佳化配置能力。

能源發展

風能、太陽能等清潔能源的開發利用以生產電能的形式為主,建設堅強智慧型電網可以顯著提高電網對清潔能源的接入、消納和調節能力,有力推動清潔能源的發展。①智慧型電網套用先進的控制技術以及儲能技術,完善清潔能源發電併網的技術標準,提高了清潔能源接納能力。②智慧型電網合理規劃大規模清潔能源基地網架結構和送端電源結構,套用特高壓、柔性輸電等技術,滿足了大規模清潔能源電力輸送的要求。③智慧型電網對大規模間歇性清潔能源進行合理、經濟調度,提高了清潔能源生產運行的經濟性。④智慧型化的配用電設備,能夠實現對分散式能源的接納與協調控制,實現與用戶的友好互動,使用戶享受新能源電力帶來的便利。

節能減排

美國IBM公司 美國IBM公司

堅強智慧型電網建設對於促進節能減排、發展低碳經濟具有重要意義:①支持清潔能源機組大規模入網,加快清潔能源發展,推動我國能源結構的最佳化調整;②引導用戶合理安排用電時段,降低高峰負荷,穩定火電機組出力,降低發電煤耗;③促進特高壓、柔性輸電、經濟調度等先進技術的推廣和套用,降低輸電損失率,提高電網 運行經濟性;④實現電網與用戶有效互動,推廣智慧型用電技術,提高用電效率;⑤推動電動汽車的大規模套用,促進低碳經濟發展,實現減排效益。

智慧型電網概念的發展有3個裡程碑:

第一個就是2006年,美國IBM公司提出的“智慧型電網”解決方案。IBM的智慧型電網主要是解決電網安全運行、提高可靠性,從其在中國發布的《建設智慧型電網創新運營管理-中國電力發展的新思路》白皮書可以看出該方案提供了一個大的框架,通過對電力生產、輸送、零售的各個環節的最佳化管理,為相關企業提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。

第二個是歐巴馬上任後提出的能源計畫,除了已公布的計畫,美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網系統進行升級換代,建立美國橫跨四個時區的統一電網;發展智慧型電網產業,最大限度發揮美國國家電網的價值和效率,將逐步實現美國太陽能、風能、地熱能的統一入網管理;全面推進分散式能源管理,創造世界上最高的能源使用效率。

可以看出美國政府的智慧型電網有三個目的,一個是由於美國電網設備比較落後,急需進行更新改造,提高電網運營的可靠性;二是通過智慧型電網建設將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網”。互動電網,英文為Interactive Smart Grid,它將智慧型電網的含義涵蓋其中。互動電網定義為:在開放和互聯的信息模式基礎上,通過載入系統數字設備和升級電網網路管理系統,實現發電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網分級調度、綜合服務等電力產業全流程的智慧型化、信息化、分級化互動管理,是集合了產業革命、技術革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網的信息迴路,構建用戶新型的反饋方式,推動電網整體轉型為節能基礎設施,提高能源效率,降低客戶成本,減少溫室氣體排放,創造電網價值的最大化。

歷史發展

2005年,坎貝爾發明了一種技術,利用的是(Swarm)群體行為原理,讓大樓里的電器互相協調,減少大樓在用電高峰期的用電量。坎貝爾發明了一種無線控制器,與大樓的各個電器相連,並實現有效控制。比如,一台空調運轉15分鐘,以把室內溫度維持在24℃;而另外兩台空調可能會在保證室內溫度的前提下,停運15分鐘。這樣,在不犧牲每個個體的前提下,整個大樓的節能目標便可以實現。這個技術賦予電器於智慧型,提高能源的利用效率。

2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable,Competitive and SecureEnergy)強調智慧型電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發展方向。這時候的智慧型電網應該是指輸配電過程中的自動化技術。

2006年中期,一家名叫“網點“(Grid Point)的公司最近開始出售一種可用於監測家用電路耗電量的電子產品,可以通過網際網路通信技術調整家用電器的用電量。這個電子產品具有了一部分互動功能,可以看作智慧型電網中的一個基礎設施。

2006 年,美國IBM公司曾與全球電力專業研究機構、電力企業合作開發了“智慧型電網”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統的“中樞神經系統”,電力公司可以通過使用感測器、計量表、數字控制項和分析工具,自動監控電網,最佳化電網性能、防止斷電、更快地恢復供電,消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯網的裝置。這個可以看作智慧型電網最完整的一個解決方案,標誌著智慧型電網概念的正式誕生。

2007年10月,華東電網正式啟動了智慧型電網可行性研究項目,並規劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰略,即:在2010年初步建成電網高級調度中心,2020年全面建成具有初步智慧型特性的數位化電網,2030年真正建成具有自愈能力的智慧型電網。該項目的啟動標誌著中國開始進入智慧型電網領域。

2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經成為了全美第一個智慧型電網城市,每戶家庭都安裝了智慧型電錶,人們可以很直觀地了解當時的電價,從而把一些事情,比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電錶還可以幫助人們優先使用風電和太陽能等清潔能源。同時,變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現,可以重新配備電力。

2008年9月 Google與通用電氣聯合發表聲明對外宣布,他們正在共同開發清潔能源業務,核心是為美國打造國家智慧型電網。

2009年1月25日美國白宮最新發布的《復甦計畫尺度報告》宣布:將鋪設或更新3000英里輸電線路,並為4000萬美國家庭安裝智慧型電錶——美國行將推動互動電網的整體革命。2月2 日能源問題專家武建東在《全面推動互動電網革命拉動經濟創新轉型》的文章中,明確提出中國電網亟須實施“互動電網”革命性改造。

2009年2月4日,地中海島國馬爾他在周三公布了和IBM達成的協定,雙方同意建立一個“智慧型公用系統”,實現該國電網和供水系統數位化。IBM及其合作夥伴將會把馬爾他2萬個普通電錶替換成互動式電錶,這樣馬爾他的電廠就能實時監控用電,並制定不同的電價來獎勵節約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元),其中包括在電網中建立一個感測器網路。這種感測器網路和輸電線、各發電站以及其他的基礎設施一起提供相關數據,讓電廠能更有效地進行電力分配並檢測到潛在問題。 IBM將會提供蒐集分析數據的軟體,幫助電廠發現機會,降低成本以及該國碳密集型發電廠的排放量。

2009年2月10日,谷歌表示已開始測試名為谷歌電錶﹙PowerMeter﹚的用電監測軟體。這是一個測試版線上儀錶盤,代表著谷歌正在成為資訊時代的公用基礎設施。

2009年2月28日,作為華北公司智慧型化電網建設的一部分——華北電網穩態、動態、暫態三位一體安全防禦及全過程發電控制系統在京通過專家組的驗收。這套系統首次將以往分散的能量管理系統、電網廣域動態監測系統、線上穩定分析預警系統高度集成,調度人員無需在不同系統和平台間頻繁切換,便可實現對電網綜合運行情況的全景監視並獲取輔助決策支持。此外,該系統通過搭建併網電廠管理考核和輔助服務市場品質分析平台,能有效提升調度部門對併網電廠管理的標準化和流程化水平。

美國谷歌2009年3月3日向美國議會進言,要求在建設“智慧型電網(Smart Grid)”時採用非壟斷性標準。

2010年1月12日,國家電網公司制定了《關於加快推進堅強智慧型電網建設的意見》,確定了建設堅強智慧型電網的基本原則和總體目標。

2011年3月1 日,國家電網750kV延安洛川智慧型變電站成功投運,這座世界最高電壓等級的智慧型變電站。

智慧型電網概念

近幾年,國家陸續出台政策扶持智慧型電網的發展。2011年,我國智慧型電網進入全面建設階段,智慧型電網的發展促使智慧型電錶招標採購活動上升,加速了我國智慧型電錶市場的增長。全球智慧型電網的發展,需要使用新型電錶,為我國企業帶來機會。受國家政策的推動以及國外市場的刺激,未來幾年我國智慧型電錶市場將保持增長態勢。行內預測,2016年智慧型電錶的出貨量將達到9780萬個。

智慧型電網 智慧型電網

智慧型電網(SmartPowerGrids),就是電網的智慧型化,也被稱為“電網2.0”,它是建立在集成的、高速雙向通信網路的基礎上,通過先進的感測和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的套用,實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標;解決方案主要包括以下幾個方面:一是通過感測器連線資產和設備提高數位化程度;二是數據的整合體系和數據的

收集體系;三是進行分析的能力,即依據已經掌握的數據進行相關分析,以最佳化運行和管理。電網智慧型化的六大方面:智慧型化變電站、發電、智慧型輸電、智慧型配電網、智慧型用電和智慧型調度;這次主要關注下智慧型電網中的智慧型化變電站系統。智慧型變電站是採用先進、可靠、集成和環保的智慧型設備,以全站信息數位化、通信平台網路化、信息共享標準化為基本要求,自動完成信息採集、測量、控制、保護、計量和檢測等基本功能,同時,具備支持電網實時自動控制、智慧型調節、線上分析決策和協同互動等高級功能的變電站。

相關個股

智慧型電網 智慧型電網

東軟集團:防火牆市場占有率第一

許繼電氣:國內輸變電設備製造業的龍頭之一,電力線路改造升級的直接受益者。

平高電氣:是國內輸變電設備製造業的龍頭之一,電力線路改造升級的直接受益者。

東源電器:是國內輸變電設備製造業的龍頭之一。

浙富股份:水輪發電機組製造企業。

金智科技:公司自主研發的220kV智慧型化變電站自動化系統、大中型機組電氣監控系統均處於世界領先水平,並在全國獲得廣泛套用。公司的電力產品及服務已覆蓋全國所有省市,並成套出口至印度、巴基斯坦、越南、馬來西亞、捷克、加拿大等十五個國家,具備參與國際大型電力配套工程與服務的綜合競爭能力。

電網結構

從廣義上來說,智慧型電網包括可以優先使用清潔能源的智慧型調度系統、可以動態定價的智慧型計量系統以及通過調整發電、用電設備功率最佳化負荷平衡的智慧型技術系統。下圖 1‑1展示了未來智慧型電網的基本結構,電能不僅從集中式發電廠流向輸電網、配電網直至用戶,同時電網中還遍布各種形式的新能源和清潔能源:太陽能、風能、燃料電池、電動汽車等等;此外,高速、雙向的通信系統實現了控制中心與電網設備之間的信息互動,高級的分析工具和決策體系保證了智慧型電網的安全、穩定和最佳化運行。

目標

智慧型電網的目標是實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全,電網能夠實現這些目標,就可以稱其為智慧型電網。

智慧型電網必須更加可靠—智慧型電網不管用戶在何時何地,都能提供可靠的電力供應。它對電網可能出現的問題提出充分的告警,並能忍受大多數的電網擾動而不會斷電。它在用戶受到斷電影響之前就能採取有效的校正措施,以使電網用戶免受供電中斷的影響。

智慧型電網必須更加安全—智慧型電網能夠經受物理的和網路的攻擊而不會出現大面積停電或者不會付出高昂的恢復費用。它更不容易受到自然災害的影響。智慧型電網必須更加經濟—智慧型電網運行在供求平衡的基本規律之下,價格公平且供應充足。智慧型電網必須更加高效—智慧型電網利用投資,控制成本,減少電力輸送和分配的損耗,電力生產和資產利用更加高效。通過控制潮流的方法,以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。

智慧型電網必須更加環境友好—智慧型電網通過在發電、輸電、配電、儲能和消費過程中的創新來減少對環境的影響。進一步擴大可再生能源的接入。在可能的情況下,在未來的設計中,智慧型電網的資產將占用更少的土地,減少對景觀的實際影響。智慧型電網必須是使用安全的—智慧型電網必須不能傷害到公眾或電網工人,也就是對電力的使用必須是安全的。

主要特徵

智慧型電網包括六個方面的主要特徵,這些特徵從功能上描述了電網的特性,而不是最終套用的具體技術,它們形成了智慧型電網完整的景象。

自愈電網

“自愈”指的是把電網中有問題的元件從系統中隔離出來並且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態,從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。從本質上講,自愈就是智慧型電網的“免疫系統”。這是智慧型電網最重要的特徵。自愈電網進行連續不斷的線上自我評估以預測電網可能出現的問題,發現已經存在的或正在發展的問題,並立即採取措施加以控制或糾正。自愈電網確保了電網的可靠性、安全性、電能質量和效率。自愈電網將儘量減少供電服務中斷,充分套用數據獲取技術,執行決策支持算法,避免或限制電力供應的中斷,迅速恢復供電服務。基於實時測量的機率風險評估將確定最有可能失敗的設備、發電廠和線路;實時應急分析將確定電網整體的健康水平,觸發可能導致電網故障發展的早期預警,確定是否需要立即進行檢查或採取相應的措施;和本地及遠程設備的通信將幫助分析故障、電壓降低、電能質量差、過載和其他不希望的系統狀態,基於這些分析,採取適當的控制行動。自愈電網經常套用連線多個電源的網路設計方式。當出現故障或發生其他的問題時,在電網設備中的先進的感測器確定故障並和附近的設備進行通信,以切除故障元件或將用戶迅速地切換到另外的可靠的電源上,同時感測器還有檢測故障前兆的能力,在故障實際發生前,將設備狀況告知系統,系統就會及時地提出預警信息。

促進參與

在智慧型電網中,用戶將是電力系統不可分割的一部分。鼓勵和促進用戶參與電力系統的運行和管理是智慧型電網的另一重要特徵。從智慧型電網的角度來看,用戶的需求完全是另一種可管理的資源,它將有助於平衡供求關係,確保系統的可靠性;從用戶的角度來看,電力消費是一種經濟的選擇,通過參與電網的運行和管理,修正其使用和購買電力的方式,從而獲得實實在在的好處。在智慧型電網中,用戶將根據其電力需求和電力系統滿足其需求的能力的平衡來調整其消費。同時需求回響(DR)計畫將滿足用戶在能源購買中有更多選擇的基本需求,減少或轉移高峰電力需求的能力使電力公司儘量減少資本開支和營運開支,通過降低線損和減少效率低下的調峰電廠的運營,同時也提供了大量的環境效益。在智慧型電網中,和用戶建立的雙向實時的通信系統是實現鼓勵和促進用戶積極參與電力系統運行和管理的基礎。實時通知用戶其電力消費的成本、實時電價、電網的狀況、計畫停電信息以及其他一些服務的信息,同時用戶也可以根據這些信息制定自己的電力使用的方案。

抵禦攻擊

電網的安全性要求一個降低對電網物理攻擊和網路攻擊的脆弱性並快速從供電中斷中恢復的全系統的解決方案。智慧型電網將展示被攻擊後快速恢復的能力,甚至是從那些決心堅定和裝備精良的攻擊者發起的攻擊。智慧型電網的設計和運行都將阻止攻擊,最大限度地降低其後果和快速恢復供電服務。智慧型電網也能同時承受對電力系統的幾個部分的攻擊和在一段時間內多重協調的攻擊。智慧型電網的安全策略將包含威懾、預防、檢測、反應,以儘量減少和減輕對電網和經濟發展的影響。不管是物理攻擊還是網路攻擊,智慧型電網要通過加強電力企業與政府之間重大威脅信息的密切溝通,在電網規劃中強調安全風險,加強網路安全等手段,提高智慧型電網抵禦風險的能力。

特殊優勢

核電廠 核電廠

智慧型電網將安全、無縫地容許各種不同類型的發電和儲能系統接入系統,簡化聯網的過程,類似於“即插即用”,這一特徵對電網提出了嚴峻的挑戰。改進的互聯標準將使各種各樣的發電和儲能系統容易接入。從小到大各種不同容量的發電和儲能在所有的電壓等級上都可以互聯,包括分散式電源如光伏發電、風電、先進的電池系統、即插式混合動力汽車和燃料電池。商業用戶安裝自己的發電設備(包括高效熱電聯產裝置)和電力儲能設施將更加容易和更加有利可圖。在智慧型電網中,大型集中式發電廠包括環境友好型電源,如風電和大型太陽能電廠和先進的核電廠將繼續發揮重要的作用。加強輸電系統的建設使這些大型電廠仍然能夠遠距離輸送電力。同時各種各樣的分散式電源的接入一方面減少對外來能源的依賴,另一方面提高供電可靠性和電能質量,特別是對應對戰爭和恐怖攻擊具有重要的意義。

蓬勃發展

在智慧型電網中,先進的設備和廣泛的通信系統在每個時間段內支持市場的運作,並為市場參與者提供了充分的數據,因此電力市場的基礎設施及其技術支持系統是電力市場蓬勃發展的關鍵因素。智慧型電網通過市場上供給和需求的互動,可以最有效地管理如能源、容量、容量變化率、潮流阻塞等參量,降低潮流阻塞,擴大市場,匯集更多的買家和賣家。用戶通過實時報價來感受到價格的增長從而降低電力需求,推動成本更低的解決方案,並促進新技術的開發,新型潔淨的能源產品也將給市場提供更多選擇的機會。

最佳化資產

智慧型電網最佳化調整其電網資產的管理和運行以實現用最低的成本提供所期望的功能。這並不意味著資產將被連續不斷地用到其極限,而是有效地管理需要什麼資產以及何時需要,每個資產將和所有其他資產進行很好的整合,以最大限度地發揮其功能,同時降低成本。智慧型電網將套用最新技術以最佳化其資產的套用。例如,通過動態評估技術以使資產發揮其最佳的能力,通過連續不斷地監測和評價其能力使資產能夠在更大的負荷下使用。

智慧型電網通過高速通信網路實現對運行設備的線上狀態監測,以獲取設備的運行狀態,在最恰當的時間給出需要維修設備的信號,實現設備的狀態檢修,同時使設備運行在最佳狀態。系統的控制裝置可以被調整到降低損耗和消除阻塞的狀態。通過對系統控制裝置的這些調整,選擇最小成本的能源輸送系統,提高運行的效率。最佳的容量、最佳的狀態和最佳的運行將大大降低電網運行的費用。此外,先進的信息技術將提供大量的數據和資料,並將集成到現有的企業範圍的系統中,大大加強其能力,以最佳化運行和維修過程。這些信息將為設計人員提供更好的工具,創造出最佳的設計來,為規劃人員提供所需的數據,從而提高其電網規劃的能力和水平。這樣,運行和維護費用以及電網建設投資將得到更為有效的管理。

未來分時計費,分時計費、削峰填谷、合理利用電力資源成為電力系統經濟運行的重要一環。通過計費差,調節波峰、波谷用電量,使用電儘量平穩。對於用電大戶來說,這一舉措將更具經濟效益。有效的電能管理包括三個主要的步驟,監視、分析和控制。監視就是查看電能的供給、消耗和使用的效率;分析就是決定如何提高性能並實施相應的控制方案。通過監測能夠使我們“看到”問題,控制就是依據這些信息可做出正確的峰谷調整,賦予電能原始數據額外的意義。最大化能源管理的關鍵在於將電力監視和控制器件、通訊網路和可視化技術集成在統一的系統內。

電只要發出來,就消耗了能量。如果能記錄用電信息,根據歷史用電信息來預測發電量,使發電量與用電量相當,不產生多於的電量,才是真正的節能。用戶還可以將預存的富餘電力,在用電峰值時,反饋回電網,幫助電網減小發電負擔,從中獲得收益。

關鍵技術

通信

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現智慧型電網的基礎,沒有這樣的通信系統,任何智慧型電網的特徵都無法實現,因為智慧型電網的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統的支持,因此建立這樣的通信系統是邁向智慧型電網的第一步。同時通信系統要和電網一樣深入到千家萬戶,這樣就形成了兩張緊密聯繫的網路—電網和通信網路,只有這樣才能實現智慧型電網的目標和主要特徵。下圖顯示了電網和通信網路的關係。高速、雙向、實時、集成的通信系統使智慧型電網成為一個動態的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施。當這樣的通信系統建成後,它可以提高電網的供電可靠性和資產的利用率,繁榮電力市場,抵禦電網受到的攻擊,從而提高電網價值。

感測器 感測器

高速雙向通信系統的建成,智慧型電網通過連續不斷地自我監測和校正,套用先進的信息技術,實現其最重要的特徵—自愈特徵。它還可以監測各種擾動,進行補償,重新分配潮流,避免事故的擴大。高速雙向通信系統使得各種不同的智慧型電子設備(IEDs)、智慧型表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統以及用戶進行網路化的通信,提高對電網的駕馭能力和優質服務的水平。在這一技術領域主要有兩個方面的技術需要重點關注,其一就是開放的通信架構,它形成一個“即插即用”的環境,使電網元件之間能夠進行網路化的通信;其二是統一的技術標準,它能使所有的感測器、智慧型電子設備(IEDs)以及套用系統之間實現無縫的通信,也就是信息在所有這些設備和系統之間能夠得到完全的理解,實現設備和設備之間、設備和系統之間、系統和系統之間的互操作功能。這就需要電力公司、設備製造企業以及標準制定機構進行通力的合作,才能實現通信系統的互聯互通。

量測

參數量測技術是智慧型電網基本的組成部件,先進的參數量測技術獲得數據並將其轉換成數據信息,以供智慧型電網的各個方面使用。它們評估電網設備的健康狀況和電網的完整性,進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網阻塞以及與用戶的溝通。

未來的智慧型電網將取消所有的電磁表計及其讀取系統,取而代之的是可以使電力公司與用戶進行雙向通信的智慧型固態表計。基於微處理器的智慧型表計將有更多的功能,除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費外,還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率,並通知用戶實施什麼樣的費率政策。更高級的功能有用戶自行根據費率政策,編制時間表,自動控制用戶內部電力使用的策略。

對於電力公司來說,參數量測技術給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持,包括功率因數、電能質量、相位關係(WAMS)、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟體系統將收集、儲存、分析和處理這些數據,為電力公司的其他業務所用。

未來的數字保護將嵌入計算機代理程式,極大地提高可靠性。計算機代理程式是一個自治和互動的自適應的軟體模組。廣域監測系統、保護和控制方案將集成數字保護、先進的通信技術以及計算機代理程式。在這樣一個集成的分散式的保護系統中,保護元件能夠自適應地相互通信,這樣的靈活性和自適應能力將極大地提高可靠性,因為即使部分系統出現了故障,其他的帶有計算機代理程式的保護元件仍然能夠保護系統。

設備

智慧型電網要廣泛套用先進的設備技術,極大地提高輸配電系統的性能。未來的智慧型電網中的設備將充分套用在材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術方面的最新研究成果,從而提高功率密度、供電可靠性和電能質量以及電力生產的效率。

未來智慧型電網將主要套用三個方面的先進技術:電力電子技術、超導技術以及大容量儲能技術。通過採用新技術和在電網和負荷特性之間尋求最佳的平衡點來提高電能質量。通過套用和改造各種各樣的先進設備,如基於電力電子技術和新型導體技術的設備,來提高電網輸送容量和可靠性。配電系統中要引進許多新的儲能設備和電源,同時要利用新的網路結構,如微電網。

經濟的FACTS裝置將利用比現有半導體器件更能控制的低成本的電力半導體器件,使得這些先進的設備可以廣泛的推廣套用。分散式發電將被廣泛地套用,多台機組間通過通信系統連線起來形成一個可調度的虛擬電廠。超導技術將用於短路電流限制器、儲能、低損耗的鏇轉設備以及低損耗電纜中。先進的計量和通信技術將使得需求回響的套用成為可能。

控制

先進的控制技術是指智慧型電網中分析、診斷和預測狀態並確定和採取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。這些技術將提供對輸電、配電和用戶側的控制方法並且可以管理整個電網的有功和無功。從某種程度上說,先進控制技術緊密依靠並服務於其他四個關鍵技術領域,如先進控制技術監測基本的元件(參數量測技術),提供及時和適當的回響(集成通信技術;先進設備技術)並且對任何事件進行快速的診斷(先進決策技術)。另外,先進控制技術支持市場報價技術以及提高資產的管理水平。

未來先進控制技術的分析和診斷功能將引進預設的專家系統,在專家系統允許的範圍內,採取自動的控制行動。這樣所執行的行動將在秒一級水平上,這一自愈電網的特性將極大地提高電網的可靠性。當然先進控制技術需要一個集成的高速通信系統以及對應的通信標準,以處理大量的數據。先進控制技術將支持分散式智慧型代理軟體、分析工具以及其它套用軟體。

(1)收集數據和監測電網元件

先進控制技術將使用智慧型感測器、智慧型電子設備以及其他分析工具測量的系統和用戶參數以及電網元件的狀態情況,對整個系統的狀態進行評估,這些數據都是準實時數據,對掌握電網整體的運行狀況具有重要的意義,同時還要利用向量測量單元以及全球衛星定位系統的時間信號,來實現電網早期的預警。

(2)分析數據

準實時數據以及強大的計算機處理能力為軟體分析工具提供了快速擴展和進步的能力。狀態估計和應急分析將在秒級而不是分鐘級水平上完成分析,這給先進控制技術和系統運行人員足夠的時間來回響緊急問題;專家系統將數據轉化成信息用於快速決策;負荷預測將套用這些準實時數據以及改進的天氣預報技術來準確預測負荷;機率風險分析將成為例行工作,確定電網在設備檢修期間、系統壓力較大期間以及不希望的供電中斷時的風險的水平;電網建模和仿真使運行人員認識準確的電網可能的場景。

(3)診斷和解決問題

由高速計算機處理的準實時數據使得專家診斷來確定現有的、正在發展的和潛在的問題的解決方案,並提交給系統運行人員進行判斷。

(4)執行自動控制的行動

智慧型電網通過實時通信系統和高級分析技術的結合使得執行問題檢測和回響的自動控制行動成為可能,它還可以降低已經存在問題的擴展,防止緊急問題的發生,修改系統設定、狀態和潮流以防止預測問題的發生。

(5)為運行人員提供信息和選擇

先進控制技術不僅給控制裝置提供動作信號,而且也為運行人員提供信息。控制系統收集的大量數據不僅對自身有用,而且對系統運行人員也有很大的套用價值,而且這些數據輔助運行人員進行決策。

支持

百萬伏級特高壓交流工程黃河大跨越工程開始緊張布線。

決策支持技術將複雜的電力系統數據轉化為系統運行人員一目了然的可理解的信息,因此動畫技術、動態著色技術、虛擬現實技術以及其他數據展示技術用來幫助系統運行人員認識、分析和處理緊急問題。

在許多情況下,系統運行人員做出決策的時間從小時縮短到分鐘,甚至到秒,這樣智慧型電網需要一個廣闊的、無縫的、實時的套用系統、工具和培訓,以使電網運行人員和管理者能夠快速的做出決策。

(1)可視化—決策支持技術利用大量的數據並將其裁剪成格式化的、時間段和按技術分類的最關鍵的數據給電網運行人員,可視化技術將這些數據展示為運行人員可以迅速掌握的可視的格式,以便運行人員分析和決策。

(2)決策支持—決策支持技術確定了現有的、正在發展的以及預測的問題,提供決策支持的分析,並展示系統運行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。

(3)調度員培訓—利用決策支持技術工具以及行業內認證的軟體的動態仿真器將顯著的提高系統調度員的技能和水平。

(4)用戶決策—需求回響(DR)系統以很容易理解的方式為用戶提供信息,使他們能夠決定如何以及何時購買、儲存或生產電力。

(5)提高運行效率—當決策支持技術與現有的資產管理過程集成後,管理者和用戶就能夠提高電網運行、維修和規劃的效率和有效性。

標準體系

IEEE致力於制定一套智慧型電網的標準和互通原則(IEEE P2030),主要內容在於以下三個方面:電力工程(power engineering),信息技術(information technology)和互通協定(communications)等方面標準和原則。

除IEEE外,國際電工委員會(IEC)也在發揮重要作用,美國國家標準與技術研究院NIST(National Institute of Standards and Technology)協調各部門之間的合作。參與標準制定的15家機構分別負責標準制定的不同環節。

IEEE主要致力於互通入網過程的標準,如各個能量源頭如何與整個智慧型電網連結,計量設備的接入(如電錶)和時間同步性的標準等。美國機動車工程師學會(SAE)則主要關注機動車接入網路的標準,IEC則負責信息自動化的模式和環境標準。

2009年5月18日,美國商務部長駱家輝和能源部長朱棣文聯合宣布了美國智慧型電網建設的第一批標準(見表1)

表1 首批16個智慧型電網行業標準

標準 套用
AMI-SEC系統安全性需求 先進的量測基礎設施(AMI)和智慧型電網端到端安全性
ANSI C12.19/MC1219 收益量測信息模型
BACnet ANSI ASHRAE 135-2008/ISO 16484-5 建築自動化
DNP3 變電和饋電設備自動化
IEC 60870-6 / TASE.2 內部控制中心通信
IEC 61850 變電自動化與保護
IEC 61968/61970 套用層面能源管理系統界面
IEC 62351 Parts 1-8 電力系統控制操作的信息安全
IEEE C37.118 相量測量(PMU)通信
IEEE 1547 電力公司與分散式發電(DG)之間的物理與電氣互聯
IEEE 1686-2007 智慧型電子設備(IEDs)的安全
NERC CIP 002-009 大型電力系統的網路安全標準
NIST Special Publication (SP) 800-53, NIST SP 800-82 聯邦信息系統的網路安全標準與指南,包括大型電力系統
Open ADR(開放自動需求回響) 價格反應靈敏和直接負載控制
Open HAN 家庭區域網(HAN)設備通信、測量和控制
ZigBee/Home Plug Smart Energy Profile 家庭區域網設備通信和信息模型

發展一種新的模式,一定要立足於實際,要比過去更好用,更便捷,更高效,立足於發展中國自己的標準。絕不能為了概念的譁眾取寵,取個新名詞,弄幾個功能拼湊一下,這不叫新技術。

由於智慧型電網包含內容較多,各電網和設備廠家都要根據實際情況,採用總體規劃、分步實施的策略,逐步實現智慧型電網。

智慧型變電站

智慧型變電站是採用先進、可靠、集成、低碳、環保的智慧型設備,以全站信息數位化、通信平台網路化、信息共享標準化為基本要求,自動完成信息採集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能,並可根據需要支持電網實時自動控制、智慧型調節、線上分析決策、協同互動等高級功能的變電站。所涉及的關鍵技術:智慧型變壓器和斷路器,電子式互感器,變電站統一信息平台。

智慧型電能表

智慧型電能表可實現雙向互動供電模式下的雙向計量功能、可實現動態浮動電價下電價的快速回響,快速切換、電價實時結算等功能。

智慧型互動終端

智慧型互動終端是實現家庭智慧型用電服務的關鍵設備,它通過利用先進的信息通信技術,對家庭用電設備進行統一監控與管理,對電能質量、家庭用電信息等數據進行採集和分析,指導用戶進行合理用電,調節電網峰谷負荷,實現電網與用戶之間智慧型互動。此外,通過智慧型互動終端,可以實現水、氣表集抄,降低自來水和燃氣公司的抄表成本,可為用戶提供家庭安防、社區服務、Internet服務等增值服務。

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