關(guān) 閉

新聞中心

EEPW首頁(yè) > 工控自動(dòng)化 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 自愈電網(wǎng)與分布能源解析

自愈電網(wǎng)與分布能源解析

作者: 時(shí)間:2012-04-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

智能的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201723.htm

摘要:抓住智能的主要方面,研究我國(guó)建設(shè)智能的實(shí)施策略。在闡述智能電網(wǎng)幾個(gè)主要特征的基 礎(chǔ)上。分析了國(guó)內(nèi)外推動(dòng)智能電網(wǎng)的幾個(gè)主要因素,以及兩條異途同歸的研發(fā)路線,討論了當(dāng)代電網(wǎng)研發(fā)多年 未果、智能電網(wǎng)尤需解決的事件啟動(dòng)快速仿真決策和控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)自適應(yīng)難點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);智能電表;節(jié)能減排;式發(fā)電;儲(chǔ)能;需求響應(yīng)

智能電網(wǎng)的主要特征

智能電網(wǎng)全面覆蓋發(fā)電、輸電、配電、用電和 電力市場(chǎng),含括一、二次系統(tǒng),很難用一個(gè)簡(jiǎn)明的 統(tǒng)一定義來(lái)表述。但智能電網(wǎng)有別于常規(guī)電網(wǎng)的 幾個(gè)主要特征,已逐步形成共識(shí)。

1)自愈。電網(wǎng)故障時(shí),事件啟動(dòng)快速仿真決 策來(lái)實(shí)現(xiàn)故障隔離,避免或縮小停電范圍。智能 電網(wǎng)在故障區(qū)內(nèi),通過(guò)由式發(fā)電、分布儲(chǔ)能和 需求響應(yīng)(DR)資源組成的分布提供輔助服 務(wù),而不是被動(dòng)地坐視“離線整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼 電保護(hù)和(或)穩(wěn)定補(bǔ)救裝置自行發(fā)展。

2)供需互動(dòng)。智能電網(wǎng)通過(guò)供需關(guān)口、上下 雙向通信提供用電和市場(chǎng)信息,并與用戶(hù)住宅內(nèi) 的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)相連的智能電表,實(shí)現(xiàn)供需雙方互動(dòng)。 智能電網(wǎng)促使所有大、中、小用戶(hù)通過(guò)需求響應(yīng)來(lái) 改變自己的用電方式、主動(dòng)參與電網(wǎng)管理和市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng),并可獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益,而不是象以前那 樣被動(dòng)地僅執(zhí)行所定的電價(jià)。

3)推動(dòng)節(jié)能減排發(fā)展。為了應(yīng)對(duì)和環(huán) 境的挑戰(zhàn),配電領(lǐng)域的風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤?再生,相應(yīng)的分布儲(chǔ)能和插入式電動(dòng)汽車(chē)等 都發(fā)展很快,電網(wǎng)結(jié)點(diǎn)和不定因素大幅度增加。 智能電網(wǎng)的研發(fā),將節(jié)能減排積極地納入電網(wǎng)和 市場(chǎng)的監(jiān)控管理中,而不是作為單向的負(fù)荷效應(yīng) 和負(fù)荷控制處理。

4)協(xié)調(diào)與自適應(yīng)控制
。智能電網(wǎng)環(huán)境下,分 屬于發(fā)電、輸電、配電、用電各個(gè)環(huán)節(jié),無(wú)論是正常 狀態(tài)下的高壓/低壓發(fā)電優(yōu)化、市場(chǎng)運(yùn)作,還是緊 急狀態(tài)下的靈活分區(qū)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),都涉及到集中控 制系統(tǒng)(能源管理系統(tǒng)EMS/需求側(cè)管理DMS 等)的相互協(xié)調(diào)和分布控制系統(tǒng)(繼電保護(hù)/就地 無(wú)功補(bǔ)償/穩(wěn)定補(bǔ)救裝置等)的自適應(yīng)問(wèn)題,而不 僅是集中控制系統(tǒng)各司其職、分布控制系統(tǒng)“離線 整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”。

5)資產(chǎn)優(yōu)化管理。智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)資 產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等的全生命周期優(yōu)化管 理,并運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制,通過(guò)供需互動(dòng)、推動(dòng)節(jié)能減 萬(wàn)方數(shù)據(jù)

2 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題 排等,提高發(fā)電效率、降低電網(wǎng)損耗,解決負(fù)荷率 不高、設(shè)備閑置等問(wèn)題,有效提高資產(chǎn)利用率,降 低運(yùn)行成本,減少或推遲投資,而不是單純的設(shè)備 管理。 本文在描述智能電網(wǎng)主要特征的基礎(chǔ)上,就 智能電網(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行 分析和討論,試圖得出一些有益于我國(guó)研發(fā)智能 電網(wǎng)的啟示和借鑒。

2推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)的主要因素 當(dāng)代,由于以下幾個(gè)主要因素的推動(dòng),智能電 網(wǎng)的研發(fā)已不是一個(gè)需不需要的問(wèn)題,而是何時(shí) 研發(fā)、如何研發(fā)的問(wèn)題。

2.1 全球性環(huán)境和能源的挑戰(zhàn)LIJ 能耗和CO。排放導(dǎo)致全球氣候變暖,已是一 個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)?!堵?lián)合國(guó)氣候變化框架公約》提出 的最終目標(biāo)是:“將大氣中溫室氣體的濃度,穩(wěn)定 在防止氣候系統(tǒng)受到危險(xiǎn)的人為干擾的水平上”。

1)等效C0。的排放,主要來(lái)自發(fā)電廠、交通、 工業(yè)、商業(yè)和住戶(hù)。其中發(fā)電廠和交通的等效 Co。排放所占比例最大,且因國(guó)情而異,如美國(guó) 發(fā)電廠和交通的等效CO。排放所占比例均為 33%。這也是風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?和插入式電動(dòng)汽車(chē)得以重視發(fā)展的一個(gè)重要 原因。

2)能源方面。根據(jù)預(yù)測(cè)2050年全球能源消 耗將翻3倍,這除了導(dǎo)致發(fā)電燃料價(jià)格的上漲外 還將迫使電價(jià)上揚(yáng)。因此,各國(guó)更加重視、直至立 法來(lái)推動(dòng)各種可再生能源的發(fā)展。如美國(guó)加州領(lǐng) 先要求可在生能源的比例,從當(dāng)前的2%提高到 2010年的20%、2020年達(dá)33%的目標(biāo)。目前,插 入式電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模采用尚有待時(shí)日,但據(jù)美 國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究,美國(guó)現(xiàn)有的發(fā)、 輸、配電系統(tǒng)如每天24 h得到優(yōu)化使用,可足夠 支持插入式電動(dòng)汽車(chē)替代高達(dá)73%的燃油汽車(chē), 減少52%的石油進(jìn)口量。 可見(jiàn),全球性環(huán)境和能源的挑戰(zhàn),推動(dòng)了智能 電網(wǎng)的研發(fā),以解決含可再生能源在內(nèi)的各種類(lèi) 型分布式發(fā)電以及插入式電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入電網(wǎng)和市 場(chǎng)后所引發(fā)的各種問(wèn)題。

2.2電網(wǎng)的安全、高效運(yùn)行 據(jù)美國(guó)國(guó)家工程技術(shù)研究中心(NERC)對(duì)美 國(guó)1984~1997年(包括1996年“8.10”大停電)的 電網(wǎng)停電事故統(tǒng)計(jì)可知,美國(guó)每年影響1~10萬(wàn) 用戶(hù)的停電次數(shù)為5~10次,影響10~100萬(wàn)用 戶(hù)的停電次數(shù)為l~5次,影響100~1000萬(wàn)用戶(hù) 的停電次數(shù)為0.1~1次。其中,40%的大停電是 由級(jí)聯(lián)事件演變而成[2]。當(dāng)代電網(wǎng)的安全控制 中,緊急狀態(tài)下的緊急控制主要由“離線整定、實(shí) 時(shí)動(dòng)作”的繼電保護(hù)和(或)穩(wěn)定補(bǔ)救裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 這些自動(dòng)裝置除了不具備事態(tài)發(fā)展的評(píng)估能力 外,當(dāng)離線模擬和在線實(shí)際出入較大時(shí),還可能發(fā) 生諸如保護(hù)動(dòng)作過(guò)慢導(dǎo)致震蕩,或發(fā)生不必要的 解列等問(wèn)題。因此,必須通過(guò)加強(qiáng)正常狀態(tài)下動(dòng) 態(tài)安全評(píng)估的預(yù)防性控制,及時(shí)予以修正。 突出自愈功能的智能電網(wǎng),能夠采用在線的 快速仿真、評(píng)估事態(tài)發(fā)展、決定是否隔離、如何分 區(qū)等。自愈功能除了能制止或縮小事態(tài)的擴(kuò)大 外,并能夠在故障區(qū)內(nèi),通過(guò)分布能源提供的輔助 服務(wù),至少保證用戶(hù)的基本用電。 智能電網(wǎng)主動(dòng)靈活分區(qū)實(shí)現(xiàn)故障隔離,具有 潛在的巨大效益。經(jīng)對(duì)WECC 179母線電網(wǎng)(發(fā) 電61 410 Mw、負(fù)荷60 785 MW)仿真驗(yàn)算可知, 該電網(wǎng)某線路故障相繼越限跳閘,可能導(dǎo)致系統(tǒng) 崩潰。如告警后分為兩個(gè)區(qū),其中1區(qū)供電 35 685 MW、無(wú)線路越限;2區(qū)卸負(fù)荷312 MW、 供電1 786 MW,總卸負(fù)荷率僅為0.51%。 傳統(tǒng)電網(wǎng)存在的另一個(gè)問(wèn)題是運(yùn)行效率不 高。如美國(guó),2001年的平均發(fā)電熱效率為33%、 輸電損失達(dá)9.5%、負(fù)荷率為55%,相當(dāng)于45% 的電力設(shè)備在非峰荷期間閑置未用。 智能電網(wǎng)除通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行和資產(chǎn)管理、提高 設(shè)備使用率、降低運(yùn)行成本外,主要是推廣位置處 于負(fù)荷點(diǎn)、高效環(huán)保的可再生分布能源,支持諸如 插入式電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)能應(yīng)用。此外,還采用高性 價(jià)比的新技術(shù),如高溫超導(dǎo)、儲(chǔ)能、和電力電子技 術(shù)等,對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行改造或適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展。 其中,高溫超導(dǎo)(HTS)技術(shù),可以通過(guò)狹窄通道 向遠(yuǎn)方傳輸大量電力,而電網(wǎng)損耗及電壓降幾乎 為零。美國(guó)能源部與Southwire公司合作的 HTS示范工程,已于2000年2月在亞特蘭大投 入運(yùn)行。

2.3供需互動(dòng)的需求響應(yīng)雙向服務(wù)

傳統(tǒng)電網(wǎng)、特別是電力壟斷經(jīng)營(yíng)時(shí)期的發(fā)、 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題3 輸、配、用電,是從上而下的單向供需關(guān)系。那些 由用戶(hù)控制啟停的自備電廠或量大面廣的可再生 能源發(fā)電的電源,都被視為是虛擬負(fù)荷,即使接入 配電系統(tǒng),也不參與自動(dòng)發(fā)電控制,甚至在配電網(wǎng) 側(cè)安裝逆功率繼電器,正常時(shí)不向電網(wǎng)注入功率。 隨著電網(wǎng)的發(fā)展,這些分布式發(fā)電直接或間接納 入需求側(cè)管理,在開(kāi)源節(jié)流、改善負(fù)荷曲線方面發(fā) 揮了積極作用,但單向的供需關(guān)系基本未變。 對(duì)電網(wǎng)而言,分布式發(fā)電的啟停可以看成是 虛擬負(fù)荷的減少和增加。同樣,負(fù)荷的減少和增 加也可等效于虛擬發(fā)電的增減。隨著電力市場(chǎng)的 深入發(fā)展,負(fù)荷相當(dāng)于是潛在功率產(chǎn)品的價(jià)值正 日益凸現(xiàn)。智能電網(wǎng)下需求側(cè)管理將向需求側(cè)競(jìng) 價(jià)發(fā)展,單向的供需關(guān)系將形成雙向的供需互動(dòng)。 實(shí)際上,需求側(cè)競(jìng)價(jià)(DSB)是需求側(cè)管理的 一種實(shí)施機(jī)制,它使用戶(hù)能夠通過(guò)改變自己的用 電方式主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益, 而不象以前那樣被動(dòng)地執(zhí)行所定的電價(jià)。也可以 說(shuō),DSM是長(zhǎng)期改變負(fù)荷特性的行為和機(jī)制,大 多是政府驅(qū)動(dòng)。而DSB是基于市場(chǎng)的短期負(fù)荷 響應(yīng)行為和市場(chǎng)機(jī)制,主要由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。 參與需求改變量的競(jìng)爭(zhēng),既可以競(jìng)價(jià)增負(fù)荷, 也可以競(jìng)價(jià)減負(fù)荷。但為了實(shí)現(xiàn)DSB產(chǎn)品的規(guī) 模效應(yīng),一般只有兆瓦級(jí)以上的大用戶(hù)、或是多個(gè) 同行企業(yè)通過(guò)集總代理才直接參與需求競(jìng)價(jià),小 用戶(hù)則是通過(guò)其供電商作為代理間接參與需求 競(jìng)爭(zhēng)。 DSB產(chǎn)品的用途,除與發(fā)電商之間的雙邊合 同外,還包括各種形式的輔助服務(wù)(頻率控制、電 壓控制、備用和黑啟動(dòng))、參與可中斷供電合同或 峰谷電價(jià)計(jì)劃、在平衡市場(chǎng)中競(jìng)價(jià)增減出力,以及 緩解輸配電阻塞等。值得注意的是,需求側(cè)響應(yīng) 的瞬時(shí)性明顯優(yōu)于發(fā)電機(jī),而其價(jià)格卻僅為新建 峰荷時(shí)發(fā)電廠的1/4~1/3。 可見(jiàn),供需互動(dòng)的需求響應(yīng)資源,通過(guò)雙向服 務(wù),達(dá)到供需雙贏,已成為推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)實(shí)施 的一個(gè)重要因素。但供需互動(dòng)的效益,必須以并 放供用電市場(chǎng)為前提。否則,供需關(guān)口、上下雙向 通信的智能電表將無(wú)用武之地。

2.4高性?xún)r(jià)比的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)實(shí)施的又一個(gè)重要因素, 是投入產(chǎn)出的高性?xún)r(jià)比,這也是智能電網(wǎng)所追求 的一個(gè)主要目標(biāo)。智能電網(wǎng)的幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都具 有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1)據(jù)美國(guó)電科院EPRI估計(jì),美國(guó)未來(lái)20 a 需投資1 650億美元的智能電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)后的綜合 效益可達(dá)6 280~8 020億美元。奧巴馬的顧問(wèn)在 一份科技投資對(duì)就業(yè)影響的報(bào)告中分析,投資 100億美元建設(shè)智能電網(wǎng),可創(chuàng)造23.9萬(wàn)個(gè)就業(yè) 崗位。

2)據(jù)稱(chēng),智能電網(wǎng)使美國(guó)電網(wǎng)的效率每提高 5%,相當(dāng)于減少5 300萬(wàn)輛汽車(chē)的燃料消耗和 C02排放。

3)可再生能源發(fā)電方面。以美國(guó)加州2020 年要求可再生能源比例達(dá)33%為例,將減少11% 的碳排放。

4)插入式電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。美國(guó)現(xiàn)有的發(fā)、 輸、配電系統(tǒng),如可24 h優(yōu)化使用支持插入式汽 車(chē)的電動(dòng)用電,則可替代73%的燃油汽車(chē),將減 少約24%的碳排放和52%的石油進(jìn)口。

5)輸電方面。美國(guó)計(jì)劃使用超導(dǎo)輸電技術(shù), 跨越4個(gè)時(shí)區(qū)傳送電力。第一條高溫超導(dǎo)電纜, 已于2008年4月投入運(yùn)行。與同樣直徑的銅導(dǎo) 線相比,其輸電能力提高150倍。

6)配電方面。美國(guó)和墨西哥的電力公司和 終端用戶(hù),每年將安裝100多萬(wàn)臺(tái)配電變壓器,如 采用高效非晶質(zhì)鐵芯技術(shù),每年可節(jié)約7.5億 kW•h,相當(dāng)于減少46.5萬(wàn)t的C0:排放或?qū)? 萬(wàn)輛汽車(chē)從公路上移去。

7)供需互動(dòng)支持的需求響應(yīng)雙向服務(wù),潛在 效益更大。如美國(guó)通過(guò)DR進(jìn)行調(diào)峰,可減少發(fā) 電47 000 MW,相當(dāng)于每年減少1.06億t的C0z 排放。同時(shí),用戶(hù)方面也可減少15%以上的高峰 負(fù)荷和10%以上的用電總需求。

8)需求響應(yīng)資源輔助服務(wù),效益十分顯著。 如應(yīng)對(duì)突然的頻率下降,除發(fā)電機(jī)提供功率支持 外,需求側(cè)也可響應(yīng)頻率的變化。而且實(shí)踐表明, 需求側(cè)響應(yīng)的瞬時(shí)性,明顯優(yōu)于發(fā)電機(jī)。英國(guó)的 電力市場(chǎng),就有13個(gè)水泥制造企業(yè)通過(guò)集總代理 與輸電系統(tǒng)運(yùn)行人員簽訂雙邊合同,減少最大瞬 時(shí)負(fù)荷達(dá)110 MW。此外,需求響應(yīng)資源輔助服 務(wù)的性?xún)r(jià)比較高,也是其取得快速發(fā)展的另一個(gè) 重要原因。據(jù)美國(guó)Baltimore煤氣電力公司BGE 實(shí)算,需求響應(yīng)資源的價(jià)格為每千瓦i65美元,為 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 4 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題 新建峰荷時(shí)發(fā)電廠的1/4~1/3。并預(yù)言今后若 干年內(nèi),需求響應(yīng)資源將是保證供電可靠性性?xún)r(jià) 比最高的一個(gè)有力措施。

3智能電網(wǎng)的研發(fā)路線

智能電網(wǎng)研發(fā)的幾個(gè)特征和推動(dòng)因素,基本 上也是當(dāng)代電網(wǎng)所尋求改進(jìn)的發(fā)展方向。其次, 智能電網(wǎng)的研發(fā)和實(shí)施與當(dāng)代電網(wǎng)的改進(jìn)和發(fā) 展,同樣都必須依靠監(jiān)管法規(guī)的推動(dòng)和市場(chǎng)機(jī)制 的激勵(lì)。此外.,智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當(dāng)代電網(wǎng) 的改進(jìn)發(fā)展在發(fā)電、輸電、配電、用電之間也沒(méi)有 必然的先后順序聯(lián)系,甚至可以從供用電領(lǐng)域人 手,先行建設(shè)城市智能電網(wǎng),如美國(guó)科羅拉多州的 Boulder,于2008年3月即建成為全美的第一個(gè) 智能電網(wǎng)城市。 因此,智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當(dāng)代電網(wǎng)的改 進(jìn)發(fā)展,代表兩條異途同歸的研發(fā)路線。但由于 各國(guó)資源配置、監(jiān)管決策取向、電力市場(chǎng)進(jìn)展以及 用戶(hù)認(rèn)知程度不同,切入點(diǎn)、重點(diǎn)和先后順序必然 有所差異。

3.1國(guó)外智能電網(wǎng)的研發(fā) 國(guó)外智能電網(wǎng)的研發(fā),比較有代表性的是歐 州的20/20/20計(jì)劃,和美國(guó)的Grid2030。

3.1.1歐洲的20/20/20計(jì)劃 2006年,歐州未來(lái)電網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)咨詢(xún)理事會(huì) 發(fā)布《智能電網(wǎng)——戰(zhàn)略規(guī)劃文件》,要求在2020 年前可再生能源增加20%、碳排放減少20%和能 源效率提高20%,故簡(jiǎn)稱(chēng)20/20/20計(jì)劃。為了 實(shí)現(xiàn)20/20/20目標(biāo),采取了優(yōu)化電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè) 施、接入大量的斷續(xù)的發(fā)電設(shè)施、推廣信息與通信 技術(shù)、主動(dòng)的配電網(wǎng)絡(luò)、推廣和改善新型的電力市 場(chǎng)和提高用戶(hù)的用電效率等6項(xiàng)措施。

3.1.2美國(guó)的Grid2030 Grid2030是一個(gè)完全自動(dòng)化的發(fā)、輸、配、用 電網(wǎng)絡(luò),它監(jiān)控每一個(gè)用戶(hù)和電網(wǎng)結(jié)點(diǎn),保證電力 和信息在所有結(jié)點(diǎn)的雙向流動(dòng)。美國(guó)的 Grid2030是美國(guó)能源部于2003年7月所發(fā)布。 緊接著發(fā)生了震驚全球的“8.14”美國(guó)、加拿大大 停電,Grid2030隨即納入美國(guó)EPRI發(fā)起、突出自 愈功能的智能電網(wǎng)研發(fā)。2009年,奧巴馬政權(quán)將 智能電網(wǎng)改造列入美國(guó)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃,更加引發(fā) 對(duì)智能電網(wǎng)的廣泛關(guān)注。 Grid2030具有三層結(jié)構(gòu)。

1)上層的全國(guó)電網(wǎng)骨架,通過(guò)低阻超導(dǎo)電纜 和變壓器組成的輸電走廊,與包括加拿大和墨西 哥的區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)相連。

2)中層區(qū)域電網(wǎng)內(nèi),長(zhǎng)距離輸電由升級(jí)的交 流或擴(kuò)充的直流線路構(gòu)成,并大量應(yīng)用先進(jìn)的儲(chǔ) 能設(shè)備以解決由于氣候或其他原因所造成的供需 失衡。

3)基層的地方配電網(wǎng)、小型網(wǎng)和微電網(wǎng),通 過(guò)區(qū)域網(wǎng)與國(guó)家電網(wǎng)骨架網(wǎng)相連,可從任何地方 的發(fā)電商購(gòu)買(mǎi)電源,而向用戶(hù)提供服務(wù)。用戶(hù)可 以根據(jù)需要挑選電力供應(yīng),包括電價(jià),環(huán)境的影 響,可靠性和電能質(zhì)量。用戶(hù)的分布式電源也可 與區(qū)域網(wǎng)相連,參與市場(chǎng)交易和競(jìng)爭(zhēng)。 突出自愈功能的Intel|iGrid【4],進(jìn)一步將智 能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)概括為市場(chǎng)、輸電、配電、高壓發(fā)電、 分布能源(包括分布式發(fā)電、分布儲(chǔ)能和需求響應(yīng) 資源)、用戶(hù)服務(wù)、IT服務(wù)等7個(gè)領(lǐng)域,當(dāng)前共列 出400多項(xiàng)應(yīng)用功能(今后隨技術(shù)進(jìn)步和最佳實(shí)踐 可能有所增減),被稱(chēng)為是走向下一代電力系統(tǒng)的 交通圖。 2009年1月25日,美國(guó)白宮發(fā)布《復(fù)蘇計(jì)劃 尺度報(bào)告》,宣布將鋪設(shè)3 000 mile輸電線路,為 全國(guó)近1/3的4 000萬(wàn)家庭安裝智能電表。此外, 還將集中對(duì)落后的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代,建立 跨越4個(gè)時(shí)區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地 熱能的統(tǒng)一入網(wǎng)管理。

3.2我國(guó)向智能電網(wǎng)的發(fā)展

我國(guó)雖然尚未制定智能電網(wǎng)的研發(fā)具體實(shí)施 規(guī)劃,但已根據(jù)國(guó)情開(kāi)展有關(guān)基礎(chǔ)工作,向智能電 網(wǎng)方向發(fā)展。

1)2007年9月4日,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《可 再生能源中長(zhǎng)期計(jì)劃》,制定了可再生能源發(fā)展目 標(biāo)為2010年可再生能源所占比例為10%、2020 年達(dá)15%。2007年8月,國(guó)務(wù)院發(fā)改委、環(huán)???局、電監(jiān)會(huì)和能源辦頒發(fā)的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法 (試行)》明確規(guī)定:“優(yōu)先調(diào)度可再生發(fā)電資源,按 機(jī)組能耗和污染物排放水平由低到高排序,依次 調(diào)用化石類(lèi)發(fā)電資源,最大限度地減少能源、資源 消耗和污染物排放”。輸、配、用電領(lǐng)域大力推動(dòng) 節(jié)能降耗,如制定電器能效標(biāo)準(zhǔn)、綜合線損率要求 2010年降至6.3%等。 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題5

2)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用方面,基于電力電子 的靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)研制和裝備已達(dá)到 國(guó)際領(lǐng)先水平。此外,根據(jù)我國(guó)資源配置的特點(diǎn), 正在推廣高效低排的煤氣化聯(lián)合循環(huán)(ICA2C)發(fā)電 技術(shù)和加強(qiáng)高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)的研發(fā)。煙臺(tái)300 ~400 MW和華能250 MW IGcC示范工程均將于 2010年建成。輸電領(lǐng)域,清華大學(xué)研究的鉍系高 溫超導(dǎo),已在北京英納超導(dǎo)技術(shù)公司投入生產(chǎn)。

3)供需互動(dòng)方面,正在結(jié)合拉動(dòng)內(nèi)需,積極 籌建包括智能電表在內(nèi)的新一代電力用戶(hù)信息系 統(tǒng),用以支持電力市場(chǎng)的發(fā)展,并計(jì)及智能電網(wǎng)的 研發(fā)和實(shí)施。

4)國(guó)家電網(wǎng)公司現(xiàn)已建成并推廣的SGl86 一體化企業(yè)級(jí)信息平臺(tái),包括安全生產(chǎn)、項(xiàng)目管 理、物資管理、財(cái)務(wù)資金、營(yíng)銷(xiāo)管理、協(xié)同辦公和人 力資源8大應(yīng)用,以及信息安全防護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)制度、 評(píng)價(jià)考核等6項(xiàng)保障體系。SGl86與新一代電力 用戶(hù)信息系統(tǒng)相結(jié)合,將為智能電網(wǎng)的信息化奠 定良好基礎(chǔ)。

5)對(duì)節(jié)能減排和配電市場(chǎng)影響較大的插入 式電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展較快。2008年12月15•日,世界 第一款續(xù)航里程達(dá)100 km以上、時(shí)間上領(lǐng)先國(guó) 外2~3 a的比亞迪F3DM雙模電動(dòng)汽車(chē)在深圳 上市,2010年可望進(jìn)入北美市場(chǎng)。

4研發(fā)智能電網(wǎng)的某些難點(diǎn)問(wèn)題

可以說(shuō),實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的幾個(gè)主要特征,同時(shí) 也包含了智能電網(wǎng)研發(fā)的若干難點(diǎn)。本文僅就當(dāng) 代電網(wǎng)研發(fā)多年未果、智能電網(wǎng)尤需解決的兩個(gè) 難點(diǎn)問(wèn)題加以分析討論。

4.1事件啟動(dòng)的快速仿真決策 電網(wǎng)是一個(gè)快速反應(yīng)的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),為了評(píng)估 事件可能引發(fā)的聯(lián)動(dòng)效應(yīng),需及時(shí)提供決策支持, 但電網(wǎng)長(zhǎng)期存在精確模型計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、簡(jiǎn)化模 型精度不夠的難題。因此,事件啟動(dòng)的快速仿真 成為當(dāng)前的一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)快速仿真的預(yù)測(cè)方法具有兩個(gè)研發(fā)方 向,一是靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)特性相結(jié)合的分析計(jì)算, 二是基于信號(hào)分析的實(shí)時(shí)直接測(cè)量推算。不管是 模型分析計(jì)算或是信號(hào)分析推算,都對(duì)量測(cè)信號(hào) 精度、數(shù)據(jù)交換速度和分析計(jì)算方法提出較高要 求。許多研究課題,如模型分析應(yīng)能實(shí)現(xiàn)并行計(jì) 算、信號(hào)分析要求PMU的精度達(dá)到0.001 Hz等。 諸多研發(fā)項(xiàng)目中,美國(guó)OSIsoft公司提供快 速仿真決策的集成系統(tǒng)模型(ISM)[5]和實(shí)時(shí)性能 管理(RtPM),值得注意。 ISM是將現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和算法集成, 對(duì)分析決策提供基礎(chǔ)或?qū)ι习偃f(wàn)個(gè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí) 管理。ISM比常規(guī)的矩陣算法快上近百倍,并可對(duì) 現(xiàn)有安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)、地理信 息系統(tǒng)(GIS)的量測(cè)誤差予以修正。ISM現(xiàn)在已經(jīng) 在美國(guó)得到推廣應(yīng)用,如應(yīng)用在Detroit Edison三 百萬(wàn)個(gè)元件、3125個(gè)回路、500 MW分布式發(fā)電的 配電系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)低壓和過(guò)載的監(jiān)視控制而對(duì)分布 式發(fā)電水平進(jìn)行分析計(jì)算。Ameren用以解決實(shí)時(shí) 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)的運(yùn)行問(wèn)題,包括50個(gè)配 電回路和變電站的變壓器峰荷期過(guò)熱等。 電力系統(tǒng)的各種故障和擾動(dòng)信息中,蘊(yùn)涵有 各種特征信息。通過(guò)快速傅立葉變換/'b波變換, 可以獲取任意時(shí)段內(nèi)這些涉及時(shí)、頻兩域的有關(guān) 數(shù)據(jù)。特征信息和經(jīng)典控制論的結(jié)合,即可對(duì)電 力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)。 2005年10月12日,美國(guó)OSIsoft公司的PMU 實(shí)時(shí)性能管理,在幾百公里外預(yù)測(cè)出洛杉磯隨后 發(fā)生的大停電。

4.2協(xié)調(diào)和自適應(yīng)控制 智能電網(wǎng)本身是一個(gè)分布式的自適應(yīng)系統(tǒng), 但精確反映其工況的集中控制系統(tǒng)(EMS/DMS 等)不分布、而“離線整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的分布控制 系統(tǒng)(繼電保護(hù)/就地?zé)o功補(bǔ)償/穩(wěn)定補(bǔ)救裝置等) 不能自適應(yīng)。發(fā)電、輸電、配電、用電一體化的智 能電網(wǎng),集中控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和分布控制系 統(tǒng)的自適應(yīng)尤為重要,因而成為當(dāng)前的又一個(gè)研 發(fā)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 由于協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制突破靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)數(shù) 據(jù)相結(jié)合的精確解,必須與知識(shí)工程的智能解相 結(jié)合,當(dāng)前大多采用Multi-Agent多智能主體技 術(shù)。面向Agent(A0)是繼面向過(guò)程和面向?qū)ο?(oO)之后,新一代的軟件系統(tǒng)工程技術(shù)。 Agent有主動(dòng)的對(duì)象之稱(chēng),知識(shí)工程界均將 其意譯為主體或智能主體,而不是概念易于混淆 的“代理”。Agent是將知識(shí)和使用它的一組操作 或過(guò)程封裝在一起得到的一個(gè)實(shí)體,具有結(jié)構(gòu)和 屬性,并可通過(guò)消息互相通信。Agent特有的自 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 6 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線和難點(diǎn)問(wèn)題 治性和主動(dòng)性,可獨(dú)立地完成其目標(biāo)而不需要外 界的指令或感知環(huán)境變化時(shí)通過(guò)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)其目 標(biāo)。因此,單個(gè)的Agent擁有解決問(wèn)題的不完全 的信息或能力,沒(méi)有系統(tǒng)全局控制。但可通過(guò)相 關(guān)Agent間的協(xié)調(diào)和協(xié)作組成Multi-Agent系 統(tǒng),來(lái)解決復(fù)雜的全局性問(wèn)題。 諸多研發(fā)項(xiàng)目中,美國(guó)國(guó)防部牽頭、EPRI和 華盛頓大學(xué)等單位參與,投資3 000萬(wàn)美元,歷時(shí) 5 a完成的電力基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略防護(hù)系統(tǒng)(SPID)最 具代表性[6]。SPID的3層Multi-Agent結(jié)構(gòu)圖 如圖1所示。該系統(tǒng)采用面向Agent(AO)技術(shù) 的3層Multi—Agent結(jié)構(gòu):①底層為反應(yīng)層(包括 發(fā)電、保護(hù));②中層為協(xié)作層(包括事件/警報(bào)過(guò) 濾、模型更新、故障隔離、頻率穩(wěn)定、命令翻譯);③ 高層為認(rèn)知層(事件預(yù)測(cè)、脆弱性評(píng)估、隱藏故障 監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、恢復(fù)、規(guī)劃、通信)。其主要功能 有脆弱性評(píng)估(電力和通信系統(tǒng)的快速在線評(píng) 估),故障分析(隱藏故障監(jiān)視),自愈戰(zhàn)略(自適應(yīng) 卸負(fù)荷、發(fā)電、解列和保護(hù)),信息和傳感(衛(wèi)星、因 特網(wǎng)、通信系統(tǒng)監(jiān)視和控制)等。用以防護(hù)來(lái)自自 然災(zāi)害、人為錯(cuò)誤、電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、信息和通信系 統(tǒng)故障、蓄意破壞等對(duì)電力設(shè)施的威脅。 感知?jiǎng)幼?(內(nèi)部知識(shí)) 其他Agent (外部知識(shí)) (按程序動(dòng)作) 圖1 SPID的3層Multi-Agent結(jié)構(gòu)圖 圖1中無(wú)

通信能力的反應(yīng)式Agent,相當(dāng)于 傳統(tǒng)上“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼電保護(hù)、穩(wěn)定補(bǔ) 救和無(wú)功補(bǔ)償裝置,根據(jù)程序安排自主作出反應(yīng), 而無(wú)須外部指令控制。但保護(hù)定值或穩(wěn)定補(bǔ)救方 案的設(shè)定和修改只能離線進(jìn)行。 加上具有通信能力的協(xié)作層后,當(dāng)事件響應(yīng) 的快速仿真決策需對(duì)有關(guān)保護(hù)定值或穩(wěn)定補(bǔ)救方 案進(jìn)行修改和調(diào)整時(shí),就可依靠外部知識(shí)協(xié)作,對(duì) 反應(yīng)參數(shù)或程序進(jìn)行修改和調(diào)整,以提高裝置的 適應(yīng)性水平。這種通過(guò)不斷修改系統(tǒng)控制參數(shù)來(lái) 改進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行能力的感知型學(xué)習(xí),不涉及與具體 任務(wù)有關(guān)的知識(shí),但對(duì)外部知識(shí)依賴(lài)性強(qiáng),在通信 中斷的情況下難于達(dá)到自適應(yīng)的水平。如進(jìn)一步 加上具有與具體任務(wù)有關(guān)的內(nèi)部知識(shí)組成認(rèn)知式 Agent,即使通信中斷或情況緊急來(lái)不及協(xié)調(diào)時(shí), 也可根據(jù)內(nèi)部積累的知識(shí)作出自適應(yīng)反應(yīng),充分 體現(xiàn)Agent的自主性。 Multi—Agent的智能主體理念,除可用于各 個(gè)集中控制系統(tǒng)之間的分布協(xié)調(diào)控制外,還將在 智能電網(wǎng)量大面廣的分布智能控制中得到應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

1)迎接全球性的環(huán)境和能源挑戰(zhàn),電網(wǎng)安全 高效運(yùn)行的壓力,供需互動(dòng)的需求響應(yīng)雙向服務(wù), 以及高性?xún)r(jià)比的巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,推動(dòng)了智 能電網(wǎng)的研發(fā)和實(shí)施。

2)智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當(dāng)代電網(wǎng)的改進(jìn) 發(fā)展,代表兩條異途同歸的研發(fā)路線。但由于各 國(guó)資源配置、監(jiān)管決策取向、電力市場(chǎng)進(jìn)展以及用 戶(hù)認(rèn)知程度不同,切人點(diǎn)、重點(diǎn)和先后順序必然有 所差異。

3)智能電網(wǎng)研發(fā)的諸多難點(diǎn)中,自愈功能中 的快速仿真決策和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)自 適應(yīng),是當(dāng)代電網(wǎng)研發(fā)多年未果、智能電網(wǎng)尤需解 決的兩個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

4)本文所分析討論的智能電網(wǎng)理念、技術(shù)發(fā) 展和國(guó)外建設(shè)實(shí)踐,對(duì)我國(guó)電網(wǎng)通過(guò)改進(jìn)和發(fā)展 走向智能電網(wǎng)或是進(jìn)一步制定智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí) 施規(guī)劃,都有啟示和借鑒作用。



關(guān)鍵詞: 電網(wǎng) 分布 能源

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區(qū)

關(guān)閉