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【电子质量杂志】国外智能电网技术发展综述

作者: 发布时间:2019-08-29

《电子质量杂志》2016年第9期

摘要:

近几十年来,智能电网吸引了大量电力市场参与者与研究人员,它被认为是能源可持续发展战略的重要组成部分。对可再生资源的整合、实时需求的及时响应及间歇性能源的配置管理,是智能电网工程的主要挑战。近年来,信息和通信技术的发展极大推动了当代智能电网的新成员--微电网技术的发展,但微电网的发展还需考虑到诸如系统性能优化、系统建模、实时监控、控制方法等问题。该文阐述了智能电网的概念和主要特征,简述了近年来国外主要微电网实验工程的发展概况。

关键词:

智能电网;微电网;分布式发电;微电源仿真

0引言

随着人们的焦点转向气候变化和能源安全,分布式发电(DG)变得越发引人注目。分布式发电大量采用环境友善的可再生能源,以能源利用最优化及环境效益最大化为目标,来确定分布能源的容量和发电方式[1]。此外,日益增长的全球资源环境压力与公众的节能减排意识,电力市场自由化进程的推进为分布式发电的发展提供了机遇。智能电网将成为促进经济发展的重要工具,它潜在经济与环境效益包括增加技术投资以促进就业、减少二氧化碳排放水平以及劳动与社会生产的发展[2]。智能微电网基于面向系统服务架构,它包含了系统建模、系统监测与系统控制,如图1所示[3]。研究人员提出了许多创新的概念和方法,这些对于建设智能电网中可持续电力系统具有重要价值。智能微电网的建设对实现可持续电力系统有着重要的意义,迄今为止,各国科研人员对智能微电网的建设提出了种种设想和思路,并在实验室中逐一测试和探索[4]。本文回顾了智能电网的特性,并对国外微电网实验工程做了简要介绍。

1智能电网系统概述

1.1智能电网的技术要求

智能电网是综合信息网络和电力网络的网络,即整合能量与通讯体系。在智能电网中,输电网和配电网上的潮流都是双向的,电网输电及配电线路上均有可靠的双向通信。所以,可靠快捷的通信技术对未来智能电网的项目成功实施至关重要。智能电网面临的主要挑战之一,就是将现有的传统的“被动配电网”升级到具有双向通信能力的“主动配电网”。对照智能电网的基本特性,传统电网升级到智能电网具有需要采取的措施如下[5]:

1)自愈性

●电网需具有高可靠性,以及各个层次上具备固有安全性;

●广泛使用传感器和控制设备,进行连续的评估自测,实现电网中问题部分的隔离及恢复。

2)经济性

●资产的最优化利用以及采用应用响应需求和需求侧管理;

●电力生产不再采用分层分布,使用消费驱动的分布式发电;

●使用网络自动化技术减少人工干预。

3)低碳环保

●对多种能源资源进行整合;

●对污染物和二氧化碳的排放进行管理。

4)双向通信

●在双向高速通信网络上使用智能设备传输信息;

●电力消费者与供电公司可以双向沟通,电力消费者可以查询用电情况以及定制合适自身需求的消费方案。除此以外,降低输电网上的电能损耗及环境保护问题也是建设智能电网需要考虑的因素。

1.2从传统电网走向智能电网

智能电网是一种具备自愈性的先进数控输配电网,不仅实现了电网内部信息的数字化通信,还能够与电力市场和用户进行交互和实时响应[6]。在智能电网中,设想包含了成千上万的分布式微电源及大型电力生产企业,安装了分布式发电设备的家庭及个人用户甚至可以将自身富余的功率出售反馈给电网。它类似与互联网模式,无论自何种资源生产的电能,不论其生产方式,不管是传统能源还是可再生能源,都可在电网各处被生产及消耗。与智能电网相比,传统电网是一个刚性系统,没有动态柔性及可组性,主要表现在电源的接入和开出、电能的传输等方面。在传统电网中,电力企业垂直集成独立运作,多级控制机制反应迟缓,系统的实时性差,同时也不可重配制和重组;系统的自愈能力差;对客户服务内容少,信息交流单向;系统内部缺乏信息共享,使得系统中多个子系统被孤立,不能构成一个实时的有机统一整体[7]。智能电网与传统电网的比较详如表1所示。建立一个功能完整的智能配电网有着如下挑战:

1)对配电网所有关键元素安装智能传感器或计量设备,保证其与电网具有双向通信功能;

2)高级测量体系(AMI)系统与测量数据管理系统(M-DMS)及用户室内网(HAN)的集成和同步;

3)用户服务门户系统、企业能源计划系统、客户语音服务系统的建设;

4)智能的在线实时故障检测系统的建设;

5)根据用户响应制定、实行实时电价策略;

6)对高低压电网的SCADA系统进行整合。

2微电网技术的研究和智能电网工程