智能电网的本质动因和技术需求(2)

5) 高度信息化与自动化的调度需求

调度是电网安全运行和资源优化配置的关键。 一方面, 电网层级增多, 电气联系增强, 电网运行特 性更加复杂; 同步运行的设备数量和用户数量大幅 增长, 交换功率容量显著提高, 加剧了电网运行工况 和潮流的多变性; 交直流混联加大了电网运行控制 的难度; 大型水电、 火电、 核电、 风电基地加快开发, 机网协调矛盾更加凸显, 全局统一协调控制成为电 网调度的必然, 而这一目标又强烈依赖于高度信息 化与自动化的技术支撑。另一方面, 电力运行要求 功率实时平衡的特性导致电网中大量的发输变配资 产的投入仅是为了满足峰荷需求, 设备利用小时数 不高。如果通过合理调配, 所有发电机都运行在其 最优出力附近, 则可以大大减少装机容量, 既节约了 社会资源, 又减少了碳排放。

6) 高质量及多元化的用电需求

随着生活水平的不断提高, 用户对用电安全性、 电能质量及电力多元化服务的需求会越来越高。然 而, 目前的电网状况还远未能满足人们对用电服务 的期 望。此外, 风电、 光伏发电等分布式能 源的接 入, 要求配用电网络能够满足双向兼容性, 亟需智能 化的配用电技术予以支撑。

7) 新技术和新设备的广泛应用

现代化的新理念、 新技术和新设备的不断涌现, 先进的信息、 通信、 网络、 新能源、 新材料、 传感器、 储 能、 电力电子等新型技术及设备在电力系统中的广 泛应用, 为电网的智能化运行和控制提供了技术保 障, 使智能电网有了实现的可能。

3 智能电网的技术需求

智能电网要求具备高度的安全可靠性和灵活互 动性, 能够充分提高能源利用效率, 促进绿色电力发 展, 提高电能质量, 满足多元化的用电需求。智能电网建设的本质 动因直接驱动了其技术 的需求和发 展。

安全可靠供电是电网运行的第一要义, 对于智 能电网更应如此, 既要求物理结构的可靠性, 又要求 支撑技术的先进性。因此, 应采用新型先进的发输 变配电设备, 构建坚强可靠的网架; 研究灵活交直流 输电技术, 提高电网输送能力和控制灵活性; 开展大 电网安全稳定、 智能调度、 状态检修、 全寿命周期管 理、 智能防灾和应急技术, 提高大电网的安全稳定运 行水平及综合防御能力。

提高能源资源的利用效率, 应从 3 个方面开展: 一是提高发电资源利用效率, 需要研究先进的发电 和储能技术、 多能源联合协调优化技术; 二是提高电 网运行和输送效率, 降低电网全局损耗, 需要研究电 网优化分析与运行技术, 安排合理的运行方式; 三是 提高用户侧能源资源利用效率, 研究需求侧智能化 管理技术。

发展绿色电力能 够降低能源消耗和污染物排 放, 需要研究可再生能源并网、 监视、 预测、 分析、 控 制等相关技术; 研究节能环保的优化调度技术, 促进 绿色能源发展与利用; 研究分布式电源接入技术和 微电网技术、 微透平技术, 促进用户侧可再生能源的 利用, 提升用电可靠性。

要实现电网的灵活互动, 应促进电源、 电网及用 户之间的协调互动运行。因此, 需要研究机网协调 运行控制技术, 推进机网信息双向实时交互; 推广发 电厂辅助服务考核技术, 提高发电企业主动参与电 网调节的积极性; 研究互动营销和智能电表技术, 提 高电网与用户间的互动水平和用户服务质量。

信息和通信技术是坚强智能电网建设的支撑技 术, 是坚强智能电网各环节运行的重要基础, 是智能 电网实现互动开发的载体。需要深入 开展信息采 集、 传输、 存储、 处理、 集成及安全等多方面技术的研 究; 研究坚强智能电网的通信 体系架构, 建立大容 量、 高速实时、 具有时间同步和业务感知能力的下一 代光传输网, 满足坚强智能电网对信息和通信技术 的要求。

4 智能电网建设的突破点

智能电网涉及发电、 输电、 变电、 配电、 用电及调 度等环节的全过程, 因此, 建设智能电网是一项复杂 的系统工程, 需要夯实基础, 寻找突破点, 逐步提升 和完善。

发电环节应着重于提升大规模可再生能源的消 纳能力, 研究可再生能源( 风电、 光伏发电) 的调峰调 频技术, 提升可再生能源的机网协调运行水平; 研究 常规机组深度调峰技术, 适应大规模间歇式新能源的接入; 推动大容量储能技术研究, 研究风光储协调 控制技术; 分析直流输电对新能源的影响与作用, 将 直流输电的快速调节能力运用 于大范围的功 率调 配。

在加快建设各级电网协调发展的坚强网架的同 时, 输电环节应广泛采用灵活交流输电技术, 提高线 路输送能力和电压、 潮流控制的灵活性; 需要大力加 强输电线路防灾减灾和抵御风险的能力。因此, 需 要重点突破输电线路在线监测技术, 解决监测手段、 通信方式和信息处理等关键技术。

变电环节需要制定智能变电站和智能装备的技 术标准和规范; 建设智能电网完整、 准确、 及时、 一致 和可靠的信息采集系统, 开展基础信息统一信息建 模及工程实施技术研究, 构建就地、 区域、 广域综合 测控保护体系。因此, 需要重点突破各类电源规范 接纳技术, 满足各类用户的多样化服务需求; 完善智 能设备的自诊断和状态预警能力。

配电环节需要强化配电网基础信息管理, 构建 智能配电技术架构体系, 加强技术评估与标准化建 设。重点突破在分布 式电源接入、 集中/ 分散式 储 能、 电动汽车充电站、 智能调度和通信、 实用型配电 网自动化等方面的关键技术研究并全面推广应用。

在用户服务环节构建智能用户管理与服务体系 架构, 建立相应的标准规范。研究智能电能表等高 级量测装置关键技术和功能规范, 形成智能用户管 理与服务标准规范 体系。广泛 推动智能电能 表应 用, 推广建设高级计量管理体系, 开展用户能效诊断 等增值服务。重点突破智能用户管理与服务技术支 持平台和双向互动平台的建设, 研制客户电源及储 能元件接入监控系统。推动智能电器技术研发和广 泛应用。

调度环节在已有调度支持技术的基础上, 应重 点突破主动式全景可视化技术 和在线并行计 算技 术、 多级协调安全校核技术、 大规模新能源接入的运 行控制技术, 以及大范围水电、 火电、 风电等的联合 优化调度技术。实现电网调度安全防御、 运行优化、 高效管理等实用功能, 切实提升调度驾驭大电网能 力、 资源优化配置能力、 科学决策管理能力和灵活高 效调控能力。

为了适应高峰负荷, 必须安装足够的机组, 建设 足够的输配电网架, 但是会造成发输变配电设备利 用效率较低和社会资源浪费。因此, 要大力发展先 进储能技术。目前的储能装置存在容量低、 冲放电 效率不高、 寿命短等缺陷, 远未达到大规模商业化运 行的需求, 需要材料、 物理、 化学、 电工等领域共同着 手, 寻求突破。

5 结语

电网不仅是电能输送的载体, 更是实现能源资 源优化配置的载体。由于中国能源资源和电力需求 的逆向分布, 需要在更大范围内实现能源资源的优 化配置。具备坚强可靠、 经济高效、 清洁环保、 灵活 互动、 友好开放等性能的坚强智能电网为实现这一 目标提供了可行途径。然而, 智能电网建设是一项 长期而复杂的系统工程, 需要全社会参与。因此, 必 须遵循可靠性原则, 夯实电网结构, 从全局角度实现 电网安全性与经济性的高效优化协调。必须以特高 压电网为骨干网架, 以各级电网协调发展的坚强电 网为基础, 利用先进的通信、 信息和控制等技术, 构 建以信息化、 自动化、 动化为特征的 坚强智能电网。

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