智能电网技术

  摘要:由于工业技术的不断发展,各个国家经济实力也在不断增强。电能作为各种工业活动的基础,世界各国对电能的需求也在逐年升高,有些国家甚至由于电能的供应不足已经开始制约该国的工业发展。由于电能的特殊性,在产生的同时必须被输送和使用,通常电能的输送依靠电网来实现,电网的组成主要包括发电设备、传输设备和调压设备等。为了实现电能的连续供给,电力部门必须保证电网的稳定和高效。供电系统是一个非常庞大的系统,所以出现问题也是在所难免的,如何快速、及时、高效的发现问题和解决问题是供电领域一直在研究探索的问题,由于电子技术的发展和应用,供电系统也开始朝着智能化、自动控制化得方向发展。
  由于电能对于工业的影响十分巨大,如今智能化输电网络技术受到了全世界的广泛关注,我国受到国土面积的影响,因此也同样需要非常庞大的输配电网络来实现全国范围的供电。我国在智能输电网络技术的应用起步相对较早,从2009年就开始就在在中、高电压等级的输电网络中对智能电网技术进行测试,可以看出未来智能输电系统将成为电力系统的整体发展趋势,这也意味着我国的输电系统已经进入到了“电网2.0”时代。不仅仅是在中、高压输电上,我国在对低压变配电系统的智能化控制的研究也在同步的进行中,未来将以智能终端的形式展现在用户面前。
  关键词:智能电网技术;传统电网;优越性

  1绪论

  由于工业技术的不断发展,各个国家经济实力也在不断增强。电能作为各种工业活动的基础,世界各国对电能的需求也在逐年升高,有些国家甚至由于电能的供应不足已经开始制约该国的工业发展。由于电能的特殊性,在产生的同时必须被输送和使用,通常电能的输送依靠电网来实现,电网的组成主要包括发电设备、传输设备和调压设备等。为了实现电能的连续供给,电力部门必须保证电网的稳定和高效。供电系统是一个非常庞大的系统,所以出现问题也是在所难免的,如何快速、及时、高效的发现问题和解决问题是供电领域一直在研究探索的问题,由于电子技术的发展和应用,供电系统也开始朝着智能化、自动控制化得方向发展。
 
  由于电能对于工业的影响十分巨大,如今智能化输电网络技术受到了全世界的广泛关注,我国受到国土面积的影响,因此也同样需要非常庞大的输配电网络来实现全国范围的供电。我国在智能输电网络技术的应用起步相对较早,从2009年就开始就在在中、高电压等级的输电网络中对智能电网技术进行测试,可以看出未来智能输电系统将成为电力系统的整体发展趋势,这也意味着我国的输电系统已经进入到了“电网2.0”时代。不仅仅是在中、高压输电上,我国在对低压变配电系统的智能化控制的研究也在同步的进行中,未来将以智能终端的形式展现在用户面前。
 
  智能电网与传统的变配电技术相比,增加了许多智能控制单元,它将传统的变配电技术与智能控制系统相结合,将测控技术、通信技术、计算机技术和微处理器技术等等智能化技术应用到输电网络中。智能电网的出现与我国的电力系统发展密不可分,而且这种“智能化”的技术已经开始广泛应用在低压供电系统中。
  智能电网可以满足供电系统中四个方面的需求;第一方面,它保证供电系统的稳定性,通过智能配电系统可以对整个供电系统进行实时监测,可以及时发现供电系统中存在问题的设备和安全隐患,保证了电力抢修的及时和准确;第二方面,它保证了电力供应的质量,通过在电网中对各个重要节点的参数采集,来监控整个系统中供电电压和电流等参数的变化情况和规律,如果出现参数异常会及时的做出科学准确的调整,从而保证整个输电系统的安全稳定;第三个方面,提高用户的使用感受,当出现断电等事故发生时,智能控制系统可以及时找出出现问题的设备、预估停电范围和分析发生断电事故的原因,大大降低了人员排查事故发生所需的时间,为快速恢复供电提供了有力保障;第四个方面,整个供电系统实现的智能化和自动化,所有与变配电过程有关的技术参数都会被系统自动保存下来,并且可以根据实际需要将这些参数绘制成为曲线,方便工作人员就是查看和研究,这极大的减轻了相关工作人员的劳动强度,提高了工作效率。
  智能电网不仅能够保证电力系统的稳定和高效,还能减少用户用电成本,进入降低生产经营成本。在我国,主要的电能消耗为工业和农业,随着工业和农业的不断发展,对于电力供应系统提出的要求也越来越高,为了满足更加可靠、更加安全、更加节能环保的用户和环境需求,对于低压变配电技术的智能化研究还要不断提高和深入。

  2本论

  2.1智能电网技术的功能

  在智能电网的建设和定义方面,由于行业标准的不同和相关部门的研究方向等方面的差异,导致了各国在智能电网的定义方面产生了分歧,但是在智能电网应该具备的功能和特点方面各国的电力部门始终保持着一致的观点,通过归纳总结出了智能电网系统应该具备如下五项功能:
  1)自愈功能。它的主要作用是对于整个电网工作状态的监控,预测电网的工作规律,并且能够及时发现和解决问题避免事故的发生;当电网的某个节点产生问题和安全隐患之后,智能监控系统可以马上对该区域和设备进行隔离保护,依靠故障区域的分散发电和分布式储能设备等来替代故障设备,从而保证供电的稳定和连续,减少了大型停电事故的发生。
  2)互动功能。智能电网和传统电网相比拥有需求侧响应的能力,让用户参与到电力系统的管理和运作中来。利用强大的信息互动功能,及时向用户反馈用电总成本、用电量、电价情况并且客户还能够及时获取电力部门临时停电等公告信息,用户可以通过这些用电信息对自身的生产、生活计划进行及时的调整和合理的规划。
  3)兼容功能。智能电网改善了传统供电系统的单一远程集中的落后供电方式,它可以很好的对集中和分布这两种模式进行兼容。兼容功能保证供电系统和负载端信息的良好交互,能够实现各种发电设备和储能设备的无障碍连接,在新型能源和再生能源的利用方面也发挥着巨大的作用。
  4)优化功能。在优化管理方面智能电网完成了对于整体系统资产的优化、建设过程的优化和运行维护成本的优化等,并同时对用电市场进行详细调查,保证了供求关系的平衡。在节能环保、提升发电效率、降低线路损耗等方面同样也进行了优化,除此之外,在对于闲置设备的使用方面也进行了优化,不仅提高了设备的使用率和发电成本,而且还减少了设备资产的投入金额。
  5)集成功能。智能电网最主要的特点就是高度集成、快速、双向的信息通信平台的建立,在系统的检测、控制、协调和维护方面都实现了数字化和智能化,形成了一套智能高效的辅助监控系统。
  自愈功能、互动功能、兼容功能、优化功能和集成功能这五个特征是智能电网对比传统电网来说特有的能力。从整体来看,智能电网建立了一套完整的信息交互框架和基本设施体系,实现了对客户的用电情况、设备资产情况和运营成本的监控,提高了电力系统的管理能力、故障处理效率、供电的稳定性和服务能力。而传统电力系统基本不具备类似的优化能力,由于优化能力的缺陷导致了电能在不同程度上的损失,而智能电网在电能供应方面采用市场供求关系进行控制,从根本上解决了电能损失的问题。从具体环节上看,智能电网在电网的控制方面实现了横向化、模块化和组态化的柔性管理体系,将集中和分散管理相结合,创建了一套与传统电网完全不同的管理体系和功能结构。

  2.2智能电网技术的优越性

  随着我国工业和农业的不断发展和人民生活水平的提高,我们对于电能的需求正在日益增加,传统电网由于自身的局限性已经很难再满足当今电力发展的需要。首先,传统电网在并网、解网和输送电能过程中缺乏自我调节能力,由于电能自身产生以后就必须被输送的特点,所以电能从产生到被消耗是一个连续的过程,供电系统必须保持这个连续过程的平衡,但是想要保持这种平衡仅仅依赖于传统电网很难实现;其次,传统的供电系统仍然使用着垂直式的逐层控制方式,这种控制方式具有一定的滞后性不能做到实时调配,控制的准确性极差;再次,传统电网基本不具备自我修复能力或者自我修复能力很差,系统一旦出现问题只能依靠于实体冗余进行解决;从次,传统电网在数据采集方面多为单向采集,不能及时的获得用户反馈;最后,传统电网系统缺乏内部信息通信功能。传统电网在自动化程度方面显得十分独立和局限,由于各个系统之间缺乏通信技术的支持,整套系统无法实现真正意义上的智能化。传统电网是依靠资源整合和全局优化等理论发展起来的,这些理论虽然有其合理之处,但也存在着致命的缺点,当供电系统中有一处发生问题,其影响范围会十分巨大,世界上很多起大型的停电事故足以说明这个问题,所以供电系统在发展过程中自我修复的能力必须引起我们足够的重视。
  资源短缺和环境污染等问题一直在困扰着世界上的每个国家,各个国家都在新型能源的开发和利用方面进行积极的探索,例如风能、太阳能和生物能等,这些新型能源虽然更加的环保,但是它们产生电能的过程具有一定的随机性和不连续性,这些不稳定的电能并入电网以后势必会对传统电网的安全性和稳定性产生影响,这对于整个电网系统来说会造成十分不利的影响,所以想要安全的利用这些新型能源就必须对传统电网进行智能化的升级和改造。

  2.3智能电网建设的必要性

  由于电能的重要战略作用,全世界各国都在积极探索智能化的供电网络的研究和开发,对于在供电系统较为成熟的美国来说,同样也提出了有关智能化供电系统的发展战略,在其国内的电力系统规划方案中就提出了建立一套高度智能化、完全自动化的供电系统。智能电网的最主要目的是对每个用户节点的电能使用状态进行监测,保证电能从产生到使用的整个过程中都能被完整和连续的记录下来
  随着我国对于电能的需求量不断增加,对于电力系统的稳定性也提出了越来越高的要求,智能化的配电系统也开始受到了我国电力部门的重视。通过对我国自身条件的考察和研究,我国提出的可行性方案为智能化供电系统必须以现有变配电网络和输电网络为基础,将智能化技术与之匹配融合,最终实现整个供电系统的智能化。
  智能化得供电系统的开发首要任务是要满足当前的电力需求,尽可能的提升电能的使用率并且可以促进新能源的开发和利用;其次在完成上述基础要求后,实现电网的统一和整体管理;提高输电质量,减少输电事故的发生,一旦发生事故可以将事故的影响范围控制在最小,可以看出智能化供电网络技术的研究和发展已经成为未来供电领域的整体方向。

  2.4智能电网的建设内容

  智能电网在铺设过程中会应用到很多新型的技术,新型的设备和新型的系统,这些技术覆盖了发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节,不只是在这些主要环节,在信息通信和数据管理等环节上也同样被应用。通过对我国智能电网中每个环节的功能和应用进行科学规划,可以为智能电网的铺设提供重要理论依据和发展方向,所以在智能电网的研发过程中必须做到科学、全面、具体。
  1)发电环节
  在智能电网发电系统的建设过程中,电网必须能够与各种发电系统相互配合,对于再生性能源的接收和大容量储能设备的接入能力都应该进行完善,现阶段我们可以通过运用多样的发电机组,励磁技术,调速技术,电力系统稳定器的参数实测技术,新能源和再生能源的并网技术,新能源和再生能源的智能功率测算技术,并网后无功功率自补偿技术,新能源发电机组自动功率因数调整技术等技术来实现智能电网中发电系统的建设,这些智能技术的应用可以很好的解决发电环节中遇到的各种问题。
  2)输电环节
  在智能电网输电系统的建设过程中,为了提高输电的质量和输电的稳定性,对于输电过程中重点设备的监控、输电网络工作状态的智能化监测、新型输电材料的应用方面都应该进行完善,实现这些功能同样需要技术方面的支持,我们可以通过输电设备工作状态监控技术,直升机和无人机的巡检技术,智能机器人巡检技术,柔性交/直流输电技术,输电线路新材料应用技术等来完成输电环节的建设和日常维护检修工作。
  3)变电环节
  在智能电网变电系统的建设过程中,智能变电站的修建是一项非常重要的工程,智能变电站必须具备信息自动化、通信系统网络化、信息及时交互等功能。这些功能的实现主要依靠于智能惰性气体绝缘金属封闭开关技术,智能变压器技术,隔离开关和智能断路器技术,电子互感器技术,智能过程层集成技术,智能间隔层集成技术,预制仓式二次组合技术,一体化系统监控技术,智能辅助监控技术和变电设备在线监控技术等技术的支持。由于智能变电站的数量较多而且分布广泛,所以在智能电网的建设过程中智能变电站的建设是决定智能电网工程能否顺利实现的关键所在。
  4)配电环节
  在智能电网配电系统的建设过程中,为了保证配电过程中电力供应的稳定、安全和高效等要求,还要实现分布式供电、分布式储能和弱电网络的科学并网等功能,我们需要应用到配电自动化技术,自动化馈线技术,配电系统维护技术,配电系统检修技术(包括用电网设备防护技术、设备停电或带电检修技术),分布式供电技术和并网技术等。作为面向用户的最后一个环节,必须加强对配电环节的日常检查和维护工作,进一步提高服务质量并提升用户的使用感受。
  5)用电环节
  在智能电网用电系统的建设过程中,必须做好对用户电能的使用状态的监测,例如电能使用的计量,用户负载,电流、电压等用电信息的实时监测工作,实现用电信息的监测和采集的智能化;对于那些拥有电动汽车的个人和生产电动汽车的企业还要提供智能化、多样化的政策性服务,来响应和推进国家大力推广电动汽车的使用的顺利进行。
  6)调度环节
  伴随着科技水平的进步,我国在电力方面的发展也在不断创新,新型发电能源被不断应用,发电机组的装机容量也在不断提高,这对于电能的调度工作也提出了更高的要求。在一片区域中可能存在多种发电方式的发电站,如火力发电、水利发电、风力发电、太阳能发电等,其中火力和水利发电所产生的电能比较稳定且连续,而风力和太阳能发电受到自然环境的影响,当这一地区的风能和光能比较丰富时这两种发电机组会产生大量的电能,从而导致并入电网后电网的电压升高,这会严重影响供电网络的稳定和安全。这时电能的调度工作就发挥了重要的作用,既要保证风力发电机组的整体发电功率,还要保证电网运行的稳定安全。
  7)电力信息管理
  所谓的智能电网系统的“智能”主要体现在智能化通信技术和设备的应用,为了实现智能化通信的要求电力骨干传输网技术、电力终端通信接入网技术等智能化通信技术等技术被应用其中,此外对于一些重要信息安全性方面的保护工作也需要受到重视

  2.5智能电网关键技术

  智能电网的诸多功能都需要相关的智能化技术的支持,所以智能化技术的应用才是决定智能电网建设的关键所在。
  1)先进的电网设备技术
  智能电网必须做到反应迅速、灵活稳定,对于一套优秀的供电系统来说一次侧的设备性能决定了整个电网的智能化程度。如果想要提高电网的智能化程度以下四个方面必须受到高度的重视,它们分别是再生能源发电和运行技术、电力电子技术、大容量储能技术、超导技术。这些技术主要包括大功率风力发电机组和太阳能发电机组的建造和使用技术,高压、特高压直流输电技术,灵活交流输电,高压变频与同步开断技术,配电系统中的FACTS技术,以及各种新型储能技术和新型导电材料的应用等技术。电能在传输过程中的损失十分巨大,新型导电材料应用技术能够解决电能在传输过程中电能损耗过大的问题,能够显著提高电能的使用率。此外,新型储能技术在研发电动汽车电池等方面做出了巨大贡献,而且已经成为当今热门的研究课题。
  2)参数测量技术
  智能电网获取参数和数据必须依靠于参数测量技术的支持,利用参数测量技术将所需的数据参数提取并转化成为数据信息,这些数据信息不仅可以准确的反应出电网的整体工作状态,而且对用户电能使用情况也能进行准确的记录,杜绝了估计电费的情况和偷电盗电的行为的发生,显著提高了供电单位与用户之间沟通效率。参数测量技术最为突出的优点就是拥有动态测量和计算的能力,这种时实功能可以对供电系统的整体状态进行监控并且根据获得的数据做出相应的调整,从而实现电网的智能化控制要求。另外,通过参数测量技术与传感器技术的之间的相互配合不仅能够实现对电能传输过程的监控,而且对于整个电网中各个电气设备的工作状态也可以进行监测,包括电气设备的电流、电压、功率、温度等参数的变化,还可以对电气设备内部的介质情况进行监测,这项技术为电网的安全稳定运行提供了重要的保障。
  3)智通信技术
  在智能电网获取数据参数之后需要使用通信技术才能将数据参数在各个环节之间进行交换和处理。数据的传输过程必须要保证高效、双向、及时、准确,强大的智能通信技术为智能电网数据的交互提供了平台。通信系统的建立可以帮助智能电网以反馈的方式对电网整体的工作状态进行连续准确的调整,使整个电网处于最佳的工作状态,此外先进的智能通信技术还可以使电网系统拥有强大的自愈功能。通常情况下在建立智能通信系统时需要考虑两个方面:(1)通信架构的开放性,整个通信系统必须可以兼容市面上绝大多数的电网元件,实现“即用即插”的网络通信交互功能;(2)技术标准必须统一,整套系统可以与外部的传感器元件、温度测量元件、流量压力测量元件等做到无障碍互通,实现各电气元件、电气设备、系统之间通过数据通信技术实现互相响应互相控制的功能。
  4)智能调度技术
  智能调度技术在智能电网建造过程中起着至关重要的作用,为了配合供电系统向着大规模、特高压和智能电网建设的方向发展,调度技术的也需要进行完善和提升,面对当前形势调度技术在决策方案、管理水平和事故处理效率等方面都需要进行完善,所以一定要加大在智能调度技术方面的研究力度。
  智能调度需要包括电网的整体模型化管理技术、数据整理和分析技术、图表曲线的绘制技术和地理信息关联等技术的支持。在控制系统方面智能调度技术应用到了静态控制技术、动态控制技术、报警控制技术、监控技术、自愈控制技术等,在电能传输方面还应用到了功率和频率控制技术,无功和电压、电流控制技术等,这些先进的技术不仅提高了智能电网的整体可靠程度,也保障了电网的稳定运行。

  3结论

  智能电网的普及和应用大大提升供电系统的稳定性和安全性。自愈能力和安全程度是智能电网建设的重要指标,自愈能力就是供电系统可自我诊断电能过载等情况的发生,通过获得的相关数据参数来对电网的整体状态进行重新布局,及时发现隐患并且从根本上杜绝了事故的产生,保证了整个电网的供电质量和工作效率。智能电网和传统电网相比在通信技术、监测技术、设备技术、控制技术和决策支持技术等方面都进行了提高和完善,在供电系统的各个环节上都进行了优化和改进。其中自愈能力、设备互动、网络兼容、系统优化和高度集成等特点都是传统电网所不具备的功能。从整体上看,智能电网拥有完整的信息构架和设备管理体系,它能够完成对于客户电能的使用情况、资产及运行情况整体的监控,在管理能力、工作效率、供电质量和客户体验方面相比传统电网都有显著的提高。
  经过国家政府数十年的不断努力和大规模的投入,我国智能电网的建设已经初具雏形,并且制定了一套符合我国供电系统现状的理论依据和行业标准,特别是在超高压智能输电方面我国已经处于世界领先水平,并且由我国制定和颁布了超高压智能输电的国际标准,相信通过不断的研究和探索我国的智能电网技术将会更加的成熟和完善。
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  致谢
  论文已经完成了收尾,在这个时刻,心里有着莫大的喜悦,也有着淡淡的忧伤。喜悦的是四年的辛勤学习终于有了收货,论文里记录着我平时生活的点点滴滴;忧伤的是我即将离开校园这个象牙塔,走入社会这个熔炉中去,回首灯火阑珊,心里不禁感慨万千。
  首先我要感谢我的指导老师XX老师,从论文的开始阶段,XX老师一直敦促我查阅国内外相关文献资料,又手把手教我论文的写作方式和写作技巧,在我论文进展不顺利的时候,也是XX老师一直鼓励我,帮助我。可以说论文的完成和XX老师的悉心帮助是分不开的,在我人生的成长历程中,碰到过许许多多好的老师,但是XX老师对我的帮助是最大的,同时,XX老师的人格魅力也值得我学习,我永远忘不了XX老师对我学习上的帮助,在这里再真挚的对XX老师说一声谢谢。
  感谢我在学校里遇到的兄弟姐妹们,感谢XX,感谢CC.是你们和我一起学习,一起成长,论文的写作是一个长期又枯燥的过程,是你们陪我一起哭,一起笑,一起查阅文献资料,一起探讨论文写作过程。论文写作是一个非常锻炼人的过程,感谢在这个过程中一路有你们。
  感谢XXXX大学给我这么好的学习平台,攻读学士学位一直是我的理想,是XXXX大学让我梦想成真,我一定牢记在母校所学的知识,好好运用到日后工作中去,用自己的力量为社会做一点实实在在的事业,再次感谢母校,祝母校桃李满天下。
  我还要感谢我的父母,多年的学习生活,是你们一直作为我的后盾,家的温暖一直照耀着我的心房。不管我走到哪里,你们都是我最挂念的人。我将在社会好好立足,早日报答你们的养育之恩。

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