自愈性智能电网对传统电网的提升

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2 智能电网对传统电网的提升
传统电网是一个刚性系统, 其具体表现为: 1) 电源的 解、并网、电能量的传输 等都缺 少弹性, 导致电网没有动态柔性及可重组性; 2) 目前垂直的多 级控制机 制反应迟 缓, 无 法构建实时、可配置、可重组的系统; 3) 目前系统的自 愈、恢复 能力完全 依赖于 设备冗余配置; 4) 未 形成以 客户 为中 心的 电网 服务体 系, 目前针对用户的服务简单, 信息未实现双向传递; 5) 系统内部存在 多个信息 孤岛, 信 息之间 缺乏共享, 尽管局部的自 动化程度在不 断提高, 但由于信息的不完善和共享能力的薄弱, 导致系 统中多个自动化系统是割裂的、局部的、孤立的, 无法构成一个实时的有机统一整体。 与传统电网相比, 智能电网将进一步拓展对 电网全景信息的获取能力, 以坚强、可靠、通畅 的实体电网架构和信息交互平台为基础, 以服务 生产全过程为目的, 对系统各种实时生产和运营 信息加以整合, 通过强化对电网业务流的实时动 态分析、诊断和优化, 为电网运行和管理人员提 供更加全面、完整和精细的电网运营状态。 2 1 智能电网对传统调度的提升 传统的调度自动化系统在电力系统调度运行 中发挥着不可替代的作用, 被认为是保证电网安 全运行的三大支柱之一。但是, 随着电网的不断

取 系 统, 供 电 网 络 能固 态 表 计, 供 电 网 络

采用辐射状
采用网状
设备 运 行 管 理 采 用
设备 运 行 管 理 采 用 远 方

人 工 校 核; 出 现 故 障后 将 造 成 电 力 中
监 控; 出 现 故 障 后, 可

自 适 应 保 护 和 孤 岛 化;
断; 供 电 恢 复 时 需 供电恢复实现自愈化
1) 实时或超实 时仿真技 术的实现。其目的 主要是为了实现故障发展快速仿真的实时预测功 能, 为调度员提供紧急状态下的决策支持。
传统电力系统的故障响应是提前对系统可能 发生的事故做出定性的分析, 并生成预案, 在事 故时根据预案执行。这种方法对于传统确定性的 电力系统在一定程度上是可行的或者说是有效的, 但是对于存在大量随机性的未来电力系统中, 灵 活的运行方式将导致在事前有着难以穷举可能的 运行方式和故障模式, 那么, 基于事前预案的方 式将难以实现或不再有效。
图 1 智能电网的主要特征
自愈性是智能电网最重要的特征。 自愈 是
收稿日期: 2010- 03- 11
指将电网中的故障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。 在自愈性智能电网中, 当出现故障或发生其他问题 时, 通过电网中的先进传感器确定故障点并和附近 的设备进行通信, 以切除故障元件或将用户迅速地 切换到其它可靠的电源上。同时, 传感器还应具有 检测故障前兆的能力, 在故障实际发生之前, 将设 备运行状况告知系统, 以便系统能够及时地发出预 警信息。一个自愈性的电力系统至少应包含以下 功能:
1前 言
智能电网 ( Sm art Pow er Grids), 是建立在集 成、高速双向通信网络的基础上, 通过先进的传 感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方 法以及先进的决策支持系统技术的应用, 从而实 现电网的安全、可靠、经济、高效、环境友好和 使用安全的目标。其主要特征包括自愈、激励和 包括用户、抵御事故或攻击、提供优质合格的电 能质量、容许各种不同发电形式的接入、主导电 力市场以及设备资产的优化高效运行。
智能电网是以物理电网为基础, 充分利用先 进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算 机技术、控制技术、新能源技术, 把发、输、配、 用各环节互联成一个高度智能化的新型网络。继 电保护作为电力系统安全稳定的第一道防线, 如 果继续按照传统电网进行设计、配置和计算将无 法适应智能电网的发展需要。
同时, 智能电网也会给继电保护的发展带来 新的契机。智能电网中所采用的新型传感器技术, 例如电子式或光电式互感器将不再受传统电磁式 互感器饱和的影响, 对故障时电气量的采集更为 精确, 简化了保护的数据算法, 缩短了数据处理 时问。智能电网的数据同步技术、时钟同步技术、 通信技术、计 算机技术以及 IEC 61850标准 的应 用, 可以实现区域范围内数据采集的高精度同步, 满足数据采集传输的实时性, 保障数据传输过程的 冗余和可靠性, 也可以为新原理的实现、工业控制 技术在电力系统的应用提供技术支持, 为广域保护 的新原理、新算法和实际应用提供基础支撑。
第 38卷
提前预知电网系统将来的运行状态, 并给出适当 的控制措施以实现系统的自愈。
2) 自适应的分布 式控制功 能。这一 功能需 求同样与智能电网的灵活运行方式有关。
传统的监视控制方式由相对集中的 EM S ( 能 量管 理 系 统 )、域 EM S、 DM S ( 配 电 网 管 理 系 统 ) 、厂站自动化系统以及大量分布的继电保护、 安全稳定控制系统、现场控制器、就地无功补偿 以及其它智能控制装置等共同组成, 这些应用系 统和装置之间仅仅以第一道防线、第二道防线和 第三道防线进行简单的区分, 相互之间不仅缺乏 协调, 而且还存在隐蔽故障、脆弱性和适应性等 一系列问题。特别是在分 秒必争的紧急 状态下, 完全基于离线研究 事先整定、实时动作 的分 布执行装置往往不适应系统的变化, 更不用说实 现在高风险时主动解列、灵活分区的功能了。
与传统的电力调度相比, 智能电网对调度的 提升主要反应在以下四个方面:
1) 智能电网在二次侧技术方 面的新发展使
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自愈性智能电网对传统电网的提升
2010年第 4期
得电网的可观测性大大增强。 传 统 电 网 的 RTU ( 远 程 终 端 单 元 ) 、 FTU
( 馈线终端装置 ) 等监测装置常装设于变电站或 馈线处, 对用户侧的信息掌握仅限于用电量等非 实时的信息, 无法实现实时地获取用户的用电情 况。而智能电网在 AM I ( 高级电表架构 ) 和统一 数据共享平台的支持下, 可实时获取用户的用电 情况, 这对 于构 建整 个电 网的 数学 模型 ( 包括 发、输、配、用 ), 以及 在此数学模型的 基础上 实现全电网的精确状态估计非常有价值。即在突 破主动式全景可视化技术和在线并行计算技术广 泛应用的前提下, 智能电网的调度中心可以实现 真正意义上的全电网运行状态实时精确评估, 也 只有在此基础上, 才能实现对智能电网更为精确 的调控。
4) 智能电网 的控制目标和控制 策略较传统 电网调度将 有一个质的变 化。以控制目 标为例, 智能电网的一个重要功能就是在保证供电需求的 前提下尽量减少能量损耗, 从而实现节能降耗的 总体目标。从控制目标来看, 传统电网通常把安
全性、经济性和电能 质量作为电网 的控制目标, 而智能电网的控制目标则更为复杂和多样。因此 必须采用更为优化和灵活的控制策略, 可根据电 网的实际运行情况做必要的调整, 这种调整应能 在电网运行过程中实时地进行, 从而切实提升调 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。 2 2 智能电网对传统继电保护的影响
智能电网定义为: 一个由众多相对独立且自 动化程度极高的发电、输电和配电系统构成的电 力系统, 以协调、有效和可靠的组合方式实现电 网正常运作, 具有自愈功能, 能够快速地响应电 力市场和用户的需求; 具有强大而智能化的通信 架构, 能够实现实 时、安全和灵 活的数据 交换, 从而为用户提供安全、可靠、优质、经济的电力 服务。智能电网的主要特征可归纳如图 1。
为了实现系统在故障下的自愈, 首先就要对 故障后的系统实现超实时的分析, 从而进一步实 现实时的控制。即当故障发生后, 根据整个系统 的运行状态和故障形式, 对故障后系统的运行特 征进行全面分析计算, 这个计算过程必须比实际 系统故障发展过程要快, 从而使系统的决策系统
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2010年第 4 期
云南电力技术
2) 智能电网 中可控资源由原来 单一的以发 电资源为主, 全面 延伸并覆盖所 有发电、负荷、 储能装 置以及 基于电 力电 子技术 的可 控输 变电 设备。
传统电网中主要的可控资源为发电资源, 负 荷通常被认 为是不可控的。而随着分布 式发电、 可再生能源 的大量接入, 不可控发电越 来越多。 与此同时, 随着需求侧管理、微电网, 甚至包括 储能装置的逐渐推广和应用, 不可控的设备将越 来越多, 这对于电力调度将提出更高的要求, 同 时也对电网调度和控制软件提出了新的要求。
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云南电力技术 YUNNAN ELECTR IC POWER
Vo l 38 N o 4 Aug 2010
自愈性智能电网对传统电网的提升
张栋梁
(云南电网公司怒江供电局, 云南 怒江 673100)
摘要: 阐述了智能电网的概念及其自愈性的特性, 在此基础上从电网调度和继电保护两个方面, 就智能 电网对传统电网所起到的提升和促进作用进行了详细的分析。 关键词: 智能电网 自愈性 智能调度 继电保护 中图分类号: TM76 文献标识码: B 文章编号: 1006- 7345 ( 2010) 04 - 0015 - 04
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发展和电网管理水平的进一步提高, 电力系统运 营对电力调度工作的要求也越来越高。尤其是在 智能电网的大背景下, 电网运行的调度控制与运 行管理的关系越来越紧密。电力系统调度运行将 逐渐延伸到整个电网企业的运营管理, 最终形成 电力企业对电网系统进行调度、管理和运营的一 个高度企业化、智能化、集成化和自动化综合指 挥决策中心。
与此同时, 随着电力电子、信息、通信、分 布式发电、储能、不同形式能量转换及其替代应 用、超导输变电等新技术、新能源、新材料的突 破和广泛应用, 发展了 100多年的传统电网, 作 为能量转换、传输、应用的理想载体, 正在向全 社会能源优化配置和博弈的重要承载平台逐渐演 化, 电网功能也将从传统供用电服务演化为服务 于社会资源优化配置的能源、能量交易市场。
在选择 性、可 靠性、速动 性、灵 敏性 方面, 传统继电保护根据实 际情况的不同 会有所侧重。 而在未来智能电网中, 电网的自愈特征将会对继 电保护的 四性 提出更高的要求, 对常规继电 保护的配置方法提出新的要求。
随着特高压电网的建设、电网规模的不断扩 大, 将导致短路电流增大很多, 因此, 必须对短 路电流增大造成的定值可靠系数降低、短路电流 抑制设备的运行等问题进行分析研究, 并提出相 应对策。分布式电源的灵活接入、多变压器的运 行方式带来的后备保护配合、双向潮流、系统阻 抗的变化等问题也会给继电保护定值整定带来新 的难题, 保护定值的适应能力也将受到严峻考验。
表 1 传统电网与智能电网的主要区别
项目
传统电网
智能电网
电网 与 用 户 之 间 没 有通 信 或 只 有 电 网 电网 与 用 户 之 间 采 用 双 通 用户 单 向 传 达 的 控 向通 信, 两 者 之 间 进 行 信 制 信 息, 两 者 之 间 实时的信息交互 没有交互信息
采用 电 磁 表 及 其 读 采用 可 以 双 向 通 信 的 智
3) 智能电网 在调度和控制模式 上较传统电 网将有较大的改变。在传统电网中, 能量通常是 沿着发、输、配、用的方向单向流动, 因此传统 电网的调度和控制模式也是根据这一前提进行设 计的。而智能电网支持分布式发电的大规模接入, 支持能量的双向自由流动, 这就使得电网的调度 和控制更为复杂, 需要考虑的因素更多, 因此难 度也更大。在现有调度支持技术的基础上, 重点 利用多级协调安全校核技术、大规模新能源接入 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, 从而实现电网调度控制模式 的变革。
要人工干预
功率 控 制 采 用 集 中
Hale Waihona Puke Baidu
功率 控 制 采 用 集 中 和 分
控 制
发 电 方 式, 潮 流 控 制方 式 单 一 由 发 电
布 式 发 电 并 存 的 方 式;
潮流控制方式有许多种
侧流向供电侧
决策 支持
运行 人 员 依 据 经 验 分 析, 处 理 电 网 紧 急问题
通 过 动 画、 动 态 着 色、 虚拟 现 实 等 数 据 展 示 技 术, 帮 助 运 行 人 员 分 析 和处理紧急问题
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