“胸懷若谷”的智能電網(wǎng)

針對電力系統(tǒng)在新世紀(jì)面臨的分布式電源并網(wǎng)、電網(wǎng)利用系數(shù)低以及數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用等諸多挑戰(zhàn)，提出智能電網(wǎng)的概念，闡述智能電網(wǎng)的特點、目標(biāo)和主要組成，引用國外例證，估算智能電網(wǎng)的投資和效益，指出智能電網(wǎng)是經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，應(yīng)加快我國智能電網(wǎng)研究。

引言

智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，又被稱為電網(wǎng)“高速公路”，是當(dāng)今國際最前沿的新能源產(chǎn)業(yè)之一，已成為許多發(fā)達國家爭相研發(fā)的熱點。它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要功能包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵是實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動化和互動化，簡稱為“堅強的智能電網(wǎng)(StrongSmartGrid)。

1.智能電網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)技術(shù)是由高級量測技術(shù)、高級配電運行、高級輸電運行和高級資產(chǎn)管理組成。高級量測技術(shù)(AMI)，是一個用來測量、收集、儲存、分析和運用用戶用電信息的完整的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，由智能電表、廣域通信網(wǎng)絡(luò)、量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)等四部分構(gòu)成。通過廣域通信網(wǎng)絡(luò)，AMI把用戶和電力公司緊密相連，為將來配電自動化等智能電網(wǎng)功能的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。其實現(xiàn)的系統(tǒng)范圍的測量和可視性能夠大幅提升現(xiàn)有的電力公司的運行機制和資產(chǎn)管理流程。

高級配電運行(ADO)包括高級配電自動化、高級保護與控制、配電快速仿真與模擬、新型電力電子裝置、DER運行、AC/DC微網(wǎng)運行和運行管理系統(tǒng)組成。

高級輸電運行(ATO)包括變電站自動化、輸電地理信息系統(tǒng)、廣域量測系統(tǒng)、高速信息處理、高級保護與控制、模擬、仿真和可視化工具、高級輸電網(wǎng)絡(luò)元件及先進區(qū)域電網(wǎng)運行組成。

高級資產(chǎn)管理(AAM)由優(yōu)化資產(chǎn)使用運行、輸配電網(wǎng)規(guī)劃、基于條件的維修、工程設(shè)計與建造、顧客服務(wù)、工作于資產(chǎn)管理及模擬仿真組成。

智能電網(wǎng)通過高級量測體系(AMI)、高級配電運行(ADO)、高級輸電運行(ATO)和高級資產(chǎn)管理(AAM)之間的密切配合來實現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行;使分布式電源得到有效的利用;提高電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率;提高用戶用電的效率、可靠性和電能質(zhì)量。

在建設(shè)智能電網(wǎng)中需要關(guān)注堅強實體電網(wǎng)、智能電網(wǎng)裝備、信息交互平臺、電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)及雙向互動供電的研究。專家建議，智能電網(wǎng)作為目前的一個熱點，當(dāng)前要密切跟蹤和深入研究未來智能電網(wǎng)技術(shù)，大力發(fā)展特高壓電網(wǎng)及其他各級電網(wǎng)，高度關(guān)注配電、用電側(cè)的智能電網(wǎng)技術(shù)，加強互聯(lián)網(wǎng)安全防護體系的開發(fā)、研究手段的建設(shè)和國外的交流合作。

2.智能電網(wǎng)對通信網(wǎng)絡(luò)的需求

智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)需要全面而完整地信息采集以及與用戶的交互，要實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)傳遞必須要有可靠的安全的通信信息網(wǎng)絡(luò)的支撐。

2.1建立實用通信模型

基礎(chǔ)電網(wǎng)物理架構(gòu)的電壓等級有特高壓、超高壓、高壓、中壓和低壓等多個等級，區(qū)域覆蓋有跨省的區(qū)域互聯(lián)、省內(nèi)電力輸送、市到縣到企業(yè)或小區(qū)配送，調(diào)度節(jié)點有發(fā)電側(cè)升壓變電站、多等級的高壓變電站、中壓配電變壓器等;依存于電力架構(gòu)的通信信息網(wǎng)涉及到不同電壓適配、不同區(qū)域傳輸、不同節(jié)點組網(wǎng)、不同組網(wǎng)成本等等;不同環(huán)節(jié)所使用的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不盡相同，如光纖通信、無線通信、IP通信、電力線載波通信、工業(yè)總線通信等。因而，每個電力環(huán)節(jié)需要有與其匹配且實用的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模型，只有建立實用統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)模型才能更好地、規(guī)模地得到推廣和應(yīng)用。

2.2建立互通通信標(biāo)準(zhǔn)

智能電網(wǎng)是將智能化的二次設(shè)備IED的采集數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心進行分析和控制。在這里，通信網(wǎng)絡(luò)首先要把智能化二次設(shè)備互聯(lián)起來(可采用以太通信方式或工業(yè)總線方式)，因此需要明確并制定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和二次設(shè)備間的互通標(biāo)準(zhǔn)。另外一方面，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多樣，標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的都有可能采用，如低壓電力載波技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在用電信息采集系統(tǒng)中集中器和采集器則必須使用同一廠商的設(shè)備，在一定程度上會限制該種技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

2.3建立完善通信安全架構(gòu)

智能電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)部署著大量的傳感器和計量單元，使得網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境更加復(fù)雜。首先是智能業(yè)務(wù)中心存在大量安全隱患的新建系統(tǒng);其次是智能配用電領(lǐng)域大量智能終端的應(yīng)用，給黑客提供了利用某些軟件入侵機會操縱和關(guān)閉某些功能;原有的電力通信協(xié)議如104等對安全考慮薄弱;新通信技術(shù)的采用如EPON、Wi- Fi、無線等也引入到安全風(fēng)險。因此以上從中心系統(tǒng)、通信規(guī)約、終端仿冒和通信網(wǎng)絡(luò)等多方面和整體考慮，形成滿足智能電網(wǎng)新形勢要求的、完善的通信安全架構(gòu)，保證智能電網(wǎng)有序的、安全的建設(shè)和運行。

2.4建立低成本、廣覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)

智能電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)都需要信息的檢測，因而對于覆蓋電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)更需要考慮低成本和廣覆蓋，尤其是智能配用電環(huán)節(jié)。以一個中小城市為例，城市面積約10公里*10公里，電力用戶有10萬戶左右，配變約1000個，開閉所、環(huán)網(wǎng)柜以及柱上開關(guān)等約有100個，需要采集的信息點達到10萬個之多，覆蓋整個城區(qū)。如何構(gòu)建低成本、廣覆蓋的城市配電信息通信網(wǎng)絡(luò)是我們必須考慮的問題，其中低成本的