智能化与智能电网

智能化与智能电网 1 概念与定义 智慧与智能智慧与智能的概念 从感觉到记忆再到思维这一过程称为 智慧 智慧 的结果产生了行为和语言 将行为和语言的表达过程称为 能力 两者合称 智能 将感觉 记忆 回忆 思维 语言 行为的整个过程称为智能过程 它是 智力和能力的表现 它们分别又可以用 智商 和 能商 来描述其在个体中 发挥智能的程度 情商 可以调整智商和能商的正确发挥 或控制二者恰到好 处地发挥它们的作用 智能及智能的本质是古今中外许多哲学家 脑科学家一直在努力探索和 研究的问题 但至今仍然没有完全了解 以致智能的发生与物质的本质 宇宙 的起源 生命的本质一起被列为自然界四大奥秘 一般认为 智能智能 是指个体对客观事物进行合理分析 判断及有目的地行 动和有效地处理周围环境事宜的综合能力 指人的智慧和行动能力 智能化智能化 是指由现代通信与信息技术 计算机网络技术 行业技术 智能控制技术汇集 而成的针对某一个方面的应用 2 智能的特征 具有感知能力 即具有能够感知外部世界 获取外部信息的能力 这是 产生智能活动的前提条件和必要条件 具有记忆和思维能力 即能够存储感知到的外部信息及由思维产生的知 识 同时能够利用已有的知识对信息进行分析 计算 比较 判断 联想 决 策 具有学习能力和自适应能力 即通过与环境的相互作用 不断学习积累 知识 使自己能够适应环境变化 具有行为决策能力 即对外界的刺激作出反应 形成决策并传达相应的 信息 具有上述特点的系统则为智能系统或智能化系统智能系统或智能化系统 3 随着信息技术的不断发展 其技术含量及复杂程度也越来越高 智能化的概 念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面 相继出现了智能住宅智能住宅 小区小区 智能医院 智能电网智能医院 智能电网等等 智能电网 一 定义 智能电网 Smart Grid 以物理电网为基础 中国的智能电网是以特高压 电网为骨干网架 各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础 将现代先进的 传感测量技术 通讯技术 信息技术 计算机技术和控制技术与物理电网高度 集成而形成的新型电网 它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置 确 保电力供应的安全性 可靠性和经济性 满足节能环保 保证电能质量 适应 电力市场化发展的目的 实现对用户可靠 经济 清洁 互动的电力供应和增 值服务 二 智能电网的组成 智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域 其技术大致可分为四个 部分 高级量测体系 高级配电运行 高级输电运行和高级资产管理 高级量测体系 主要作用是授权给用户 使系统同负荷建立起联系 使 用户能够支持电网的运行 高级配电运行 核心是在线实时决策指挥 目标是灾变防治 实现大面 积连锁故障的预防 高级输电运行 主要作用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风险 高级资产管理 是在系统中安装大量可以提供系统参数和设备 资产 健康 状况的高级传感器 并把所收集到的实时信息与资源管理 模拟与仿 真等过程集成 改进电网的运行和效率 三 主要特征 智能电网包括六个方面的特征 自愈电网 自愈 指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且 在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态 从而几 乎不中断对用户的供电服务 促进参与 在智能电网中 用户将是电力系统不可分割的一部分 鼓励和 促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征 抵御攻击 电网的安全性要求一个降低对电网物理攻击和网络攻击的脆弱 性并快速从供电中断中恢复的全系统的解决方案 特殊优势 智能电网将安全 无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统 接入系统 简化联网的过程 类似于 即插即用 这一特征对电网提出了严峻 的挑战 蓬勃发展 在智能电网中 先进的设备和广泛的通信系统在每个时间段内 支持市场的运作 并为市场参与者提供了充分的数据 因此电力市场的基础设 施及其技术支持系统是电力市场蓬勃发展的关键因素 优化资产 智能电网优化调整其电网资产的管理和运行以实现用最低的成 本提供所期望的功能 四 战略框架 国家电网战略框架为 一个目标 两条主线 三个阶段 四个体系 五个 内涵和六个环节 1 1 一个目标一个目标 构建以特高压为骨干网架 各级电网协调发展的统一坚强智能电网 2 2 两条主线两条主线 技术上体现信息化 自动化 互动化 构建以特高压为骨干网架 各级电 网协调发展的统一坚强智能电网 管理上体现集团化 集约化 精益化 标准化 3 3 三个阶段三个阶段 统一坚强智能电网建设分三步走 2009年至2010年为规划试点阶段 重点开展电网智能化发展规划工作 制 订技术标准和管理标准 开展关键技术研发和设备研制 开展各环节的试点工 作 2011年至2015年为全面建设阶段 加快特高压电网和城乡配电网建设 初 步形成智能电网运行控制和互动服务体系 关键技术和装备实现重大突破和广 泛应用 2016年至2020年为引领提升阶段 全面建成统一坚强智能电网 使电网的 资源配置能力 安全水平 运行效率 以及电网与电源 用户之间的互动性显 著提高 4 4 四个体系四个体系 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 电网基础 体系是坚强智能电网的物质载体 是实现 坚强 的重要基础 技术支撑体系 是指先进的通信 信息 控制等应用技术 是实现 智能 的技术保障 智能 应用体系是保障电网安全 经济 高效运行 提供用户增值服务的具体体现 标准规范体系是指技术 管理方面的标准 规范 以及试验 认证 评估体系 是建设坚强智能电网的制度依据 5 5 五个内涵五个内涵 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 坚强可靠是指具 有坚强的网架结构 强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应 经济高效是 指提高电网运行和输送效率 降低运营成本 促进能源资源和电力资产的高效 利用 清洁环保是指促进可再生能源发展与利用 降低能源消耗和污染物排放 提高清洁电能在终端能源消费中的比重 透明开放是指电网 电源和用户的信 息透明共享 电网无歧视开放 友好互动是指实现电网运行方式的灵活调整 友好兼容各类电源和用户接入与退出 促进发电企业和用户主动参与电网运行 调节 6 6 六个环节六个环节 发电环节 引导电源集约化发展 协调推进大规模能源基地的开发 强化 网厂协调 提高电网安全运行水平 优化电源结构和电网结构 促进新型能源 的大规模科学利用 输电环节 加快建设以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展的坚强 国家电网 集成应用新技术 新材料 新工艺 全面实施输电线路状态检修和 全寿命周期管理 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 技术和装备全面达到国际领先水平 变电环节 设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动 实现基于状态 的全寿命周期综合优化管理 枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能化变 电站 实现电网运行数据的全面采集和实时共享支撑电网实时控制 智能调节 和各类高级应用 保障各级电网安全稳定运行 配电环节 建成高效 灵活 合理的配电网络 具备灵活重构 潮流优化 和可再生能源接纳能力 紧急状况时支撑主网安全稳定运行 实现集中 分散 储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制 供电可靠性和电能质量显著提 高 全面推广智能配电网示范工程应用成果 主要技术装备达到国际领先水平 用电环节 构建智能用电服务体系 实现营销管理的现代化运行和营销业 务的智能化应用 全面推广应用智能电能表 智能用电管理终端等智能用电设 备 开展双向互动服务 实现电网与用户的双向互动 提升用户服务质量 建 设智能用电小区和电动汽车充放电站 推动智能家电和电动汽车等领域的技术 创新和应用 改善终端用户用能模式 提高用电效率 调度环节 以服务特高压大电网安全运行为目标 开发建设新一代智能调 度技术支持系统 实现运行信息全景化 数据传输网络化 安全评估动态化 调度决策精细化 运行控制自动化 网厂协调最优化 形成一体化的智能调度 体系 确保电网运行的安全可靠 灵活协调 优质高效 经济环保 五 关键技术五 关键技术 1 通信技术 建立高速 双向 实时 集成的通信系统是实现智能电网的基础 没有这 样的通信系统 任何智能电网的特征都无法实现 因为智能电网的数据获取 保护和控制都需要这样的通信系统的支持 因此建立这样的通信系统是迈向智 能电网的第一步 同时通信系统要和电网一样深入到千家万户 这样就形成了 两张紧密联系的网络 电网和通信网络 只有这样才能实现智能电网的目标和 主要特征 高速 双向 实时 集成的通信系统使智能电网成为一个动态的 实时信息和电力交换互动的大型的基础设施 当这样的通信系统建成后 它可 以提高电网的供电可靠性和资产的利用率 繁荣电力市场 抵御电网受到的攻 击 从而提高电网价值 高速双向通信系统的建成 智能电网通过连续不断地自我监测和校正 应 用先进的信息技术 实现其最重要的特征 自愈特征 它还可以监测各种扰动 进行补偿 重新分配潮流 避免事故的扩大 高速双向通信系统使得各种不同 的智能电子设备 IEDs 智能表计 控制中心 电力电子控制器 保护系统 以及用户进行网络化的通信 提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平 在这 一技术领域主要有两个方面的技术需要重点关注 其一就是开放的通信架构 它形成一个 即插即用 的环境 使电网元件之间能够进行网络化的通信 其 二是统一的技术标准 它能使所有的传感器 智能电子设备 IEDs 以及应用 系统之间实现无缝的通信 也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完 全的理解 实现设备和设备之间 设备和系统之间 系统和系统之间的互操作 功能 这就需要电力公司 设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作 才能实现通信系统的互联互通 2 量测技术 参数量测技术是智能电网基本的组成部件 先进的参数量测技术获得数据 并将其转换成数据信息 以供智能电网的各个方面使用 它们评估电网设备的 健康状况和电网的完整性 进行表计的读取 消除电费估计以及防止窃电 缓 减电网阻塞以及与用户的沟通 未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统 取而代之的是可以 使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计 基于微处理器的智能表计将 有更多的功能 除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外 还有储存电 力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率 并通知用户实施什么样的费率政 策 更高级的功能有用户自行根据费率政策 编制时间表 自动控制用户内部 电力使用的策略 对于电力公司来说 参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更 多的数据支持 包括功率因数 电能质量 相位关系 WAMS 设备健康状况 和能力 表计的损坏 故障定位 变压器和线路负荷 关键元件的温度 停电 确认 电能消费和预测等数据 新的软件系统将收集 储存 分析和处理这些 数据 为电力公司的其他业务所用 未来的数字保护将嵌入计算机代理程序 极大地提高可靠性 计算机代理 程序是一个自治和交互的自适应的软件模块 广域监测系统 保护和控制方案 将集成数字保护 先进的通信技术以及计算机代理程序 在这样一个集成的分 布式的保护系统中 保护元件能够自适应地相互通信 这样的灵活性和自适应 能力将极大地提高可靠性 因为即使部分系统出现了故障 其他的带有计算机 代理程序的保护元件仍然能够保护系统 3 设备技术 智能电网要广泛应用先进的设备技术 极大地提高输配电系统的性能 未 来的智能电网中的设备将充分应用在材料 超导 储能 电力电子和微电子技 术方面的最新研究成果 从而提高功率密度 供电可靠性和电能质量以及电力 生产的效率 未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术 电力电子技术 超导技术 以及大容量储能技术 通过采用新技术和在电网和负荷特性之间寻求最佳的平 衡点来提高电能质量 通过应用和改造各种各样的先进设备 如基于电力电子 技术和新型导体技术的设备 来提高电网输送容量和可靠性 配电系统中要引 进许多新的储能设备和电源 同时要利用新的网络结构 如微电网 经济的FACTS 柔性交流输电系统 装置将利用比现有半导体器件更能控制 的低成本的电力半导体器件 使得这些先进的设备可以广泛的推广应用 分布 式发电将被广泛地应用 多台机组间通过通信系统连接起来形成一个可调度的 虚拟电厂 超导技术将用于短路电流限制器 储能 低损耗的旋转设备以及低 损耗电缆中 先进的计量和通信技术将使得需求响应的应用成为可能 新型的储能技术将被应用为分布式能源或大型的集中式电厂 大型发电厂 和分布式电源都有其不同的特性 它们必须协调有机地结合 以优化成本 提 高效率和可靠性 减少环境影响 4 控制技术 先进的控制技术是指智能电网中分析 诊断和预测状态并确定和采取适当 的措施以消除 减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法 这些技术 将提供对输电 配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功 从某种程度上说 先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域 如 先进控制技术监测基本的元件 参数量测技术 提供及时和适当的响应 集 成通信技术 先进设备技术 并且对任何事件进行快速的诊断 先进决策技术 另外 先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平 未来先进控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统 在专家系统 允许的范围内 采取自动的控制行动 这样所执行的行动将在秒一级水平上 这一自愈电网的特性将极大地提高电网的可靠性 当然先进控制技术需要一个 集成的高速通信系统以及对应的通信标准 以处理大量的数据 先进控制技术 将支持分布式智能代理软件 分析工具以及其它应用软件 1 收集数据和监测电网元件 先进控制技术将使用智能传感器 智能电子设备以及其他分析工具测量的 系统和用户参数以及电网元件的状态情况 对整个系统的状态进行评估 这些 数据都是准实时数据 对掌握电网整体的运行状况具有重要的意义 同时还要 利用向量测量单元以及全球卫星定位系统的时间信号 来实现电网早期的预警 2 分析数据 准实时数据以及强大的计算机处理能力为软件分析工具提供了快速扩展和 进步的能力 状态估计和应急分析将在秒级而不是分钟级水平上完成分析 这 给先进控制技术和系统运行人员足够的时间来响应紧急问题 专家系统将数据 转化成信息用于快速决策 负荷预测将应用这些准实时数据以及改进的天气预 报技术来准确预测负荷 概率风险分析将成为例行工作 确定电网在设备检修 期间 系统压力较大期间以及不希望的供电中断时的风险的水平 电网建模和 仿真使运行人员认识准确的电网可能的场景 3 诊断和解决问题 由高速计算机处理的准实时数据使得专家诊断来确定现有的 正在发展的 和潜在的问题的解决方案 并提交给系统运行人员进行判断 4 执行自动控制的行动 智能电网通过实时通信系统和高级分析技术的结合使得执行问题检测和响 应的自动控制行动成为可能 它还可以降低已经存在问题的扩展 防止紧急问 题的发生 修改系统设置 状态和潮流以防止预测问题的发生 5 为运行人员提供信息和选择 先进控制技术不仅给控制装置提供动作信号 而且也为运行人员提供信息 控制系统收集的大量数据不仅对自身有用 而且对系统运行人员也有很大的应 用价值 而且这些数据辅助运行人员进行决策 六 主要应用六 主要应用 智能电网的主要应用包括 智能电网的主要应用包括 智能电网平台 自动收集电网中所有相关节点电网状态信息 过去 只是收集高压电网和部分中压电网的信息 而现在全面查看电网状 态正变得日益重要 管理人员能够发现所有地区的电网损耗 并能更好地管理 可再生能源 它们通常能向以前未监视过的地区供电 管理系统日趋复杂 这 也需要用智能技术集成分散的决策机制 从而实现电网管理的优化 大幅度减 少断电现象 电网监控和管理 利用收集的信息实时控制电网 如果釆取措施快速隔离故障 代价高昂的断电现象即可减少 电力公司正 在安装传感器以接近实时地 秒到毫秒级延迟 监控电网 尽早地发现故障 这些监控系统将从起始的输电网扩展至配电网 电网状态信息被集成接入电力公司的数据采集与监视控制 SCADA 系统 实现接近实时的电网电力自动化控制 集成维护 延长资产生命周期 从中长期来看 收集信息能够优化电网资产的维护战略 由于使用 年限 和许多其他因素的不同 资产状况可能存在很大差异 固定周期式的传统维护 策略不再适用 管理人员能够对资产进行持续监控 关键问题可被提早发现 借助全新通信技术 现场技术人员能够获得关键资产状态信息 确保问题得以 及时解决 这一全新的维护方法能够显著地延长资产使用寿命 避免发生代价高昂的中 断事件 智能计量 实时能耗监控 由于受到产量 燃料价格 气候条件和需求波动等供需关系的影响 当今 批发市场的电力价格反复无常 一般来说 晚间非高峰用电的价格比白天的价格低 50 但是 消费者通 常只是见到一个与时间周期无关的平稳价格 在能源法规制订者的