数字化电网关键技术的研究

【摘要】电力作为国家的支柱能源和经济命脉，在国民经济可持续发展中起着重要作用。在中国，为适应国民经济腾飞和资源、环境压力，电网技术正朝着高电压、大容量、跨区域、大电网的方向发展。随着以特高压为骨干网架和以各级电网为分区的中国特色电网的形成，基于节能减排目的的风力发电、太阳能发电、燃料电池发电等分布式可再生能源发电资源数量的不断增加，电力网络与电力市场、用户之间的协调和交换越加紧密，电能质量水平要求逐渐提高，传统的电力网络以及控制措施已经难以支持如此多的发展要求。针对目前电网在抵御风险方面的脆弱性，新能源接入和应用方面的局限性，世界电力科研机构和较大的公司都开展了对新一代电网的研究，相继提出了“先进电网”、“智能电网”的蓝图。中国的电力专家们提出了建设数字化电网，最近提出了统一坚强智能电网的概念。

【关键词】数字化电网；信息建模；面向服务对象构架

一、研究背景

电力作为国家的支柱能源和经济命脉，在国民经济可持续发展中起着重要作用。在中国，为适应国民经济腾飞和资源、环境压力，电网技术正朝着高电压、大容量、跨区域、大电网的方向发展。随着以特高压为骨干网架和以各级电网为分区的中国特色电网的形成，基于节能减排目的的风力发电、太阳能发电、燃料电池发电等分布式可再生能源发电资源数量的不断增加，电力网络与电力市场、用户之间的协调和交换越加紧密，电能质量水平要求逐渐提高，传统的电力网络以及控制措施已经难以支持如此多的发展要求。

针对电力系统发展面临着的这些挑战，智能电网被认为是有效的解决方案，开放的信息系统和共享的信息模式是智能电网的基础。我国已于2009年5月提出发展统一坚强智能电网的设想，实现对传统电网的升级换代以及电网运行、控制新思路的改革，同时也为中国电力市场的真正形成打下良好的基础。统一坚强智能电网发展思路是，从中国国情出发，以社会用户服务需求为导向，以先进信息、通信和控制技术为手段，以满足经济社会可持续发展为目标，以坚强网架为基础，以信息平台为支撑，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，构建贯穿发电、输电、变电、配电、用电和调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。

电力系统在不断发展壮大的同时，面临着许多问题和矛盾，例如，经济发展与电力建设之间的矛盾，能源分布与负荷分布之间的矛盾，电网复杂度增加与控制技术之间的矛盾，电能质量与用户要求之间的矛盾，电力发展与环境恶化之间的矛盾，建设投资大与已有资源利用不充分之间的矛盾，等等。这些矛盾在全球范围内具有普遍性。从近年来国内外大停电事故来看，现有的技术手段和应对策略不足以解决所有问题，电力工业巫须一种突破。在此背景下，智能电网被确定为电力工业下一阶段的建设目标。智能电网以安全可靠、经济高效、节能环保为运行目标，有自愈、兼容、坚强、开放，以及支持电力市场和互动化等特征，能够有效地解决当前电力工业发展遇到的问题。

二、研究意义

目前智能电网还处于初期研究阶段，由于发展环境和驱动因素不同，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式对智能电网进行理解、研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点各不相同。因此，国际上尚无统一而明确的定义。各国对智能电网的定义、特征、功能、结构、基本工作原理、关键技术等方面目前还处在认知和探索阶段。智能电网是对电网未来发展的一种愿景，也更接近于一种未来电网先进技术的总体框架，而不是一种具有广泛接受的规范的特定名词，其涵盖的内容从传统的一次、二次设备，直至超导、智能化等高科技领域。短期内所能够进行的是在智能电网愿景和技术框架下，结合本国、本地区电网实际需求，对相关的技术进行研究、试点、推广和普及。实现电力流的合理分布是智能电网的最终目标。要实现这一目标，需要一个对物理电网运行进行调控的神经中枢系统和大脑。神经中枢系统传递的是信息，涉及的是信息的流动，包括了信息的采集、传输、处理、挖掘、分配和展示等各个环节，表现为一个高度自动化的信息处理过程。为信息流提供通道的基础设施也十分重要，它是实现智能电网的技术保证和一系列技术规范的总称，而不是一种具有广泛接受的规范的特定名词。智能电网的智能性必须通过先进的管理信息系统、数字化通信网络和智能硬件设备实现。因此，在传统电网向智能电网转变的发展过程，需要一个较为长期的发展建设过程，广泛认为，数字化是智能电网的重要特征和发展基础。

我国在数字化电网进行了大量前瞻性研究。1999年清华大学提出“数字电力系统”理念，揭开了数字电网研究工作序幕；2005年国家电网公司实施“SG186”工程，开始进行数字化电网和数字化变电站的框架研究和示范工程建设；同年，南方电网公司委托清华大学开展“数字南方电网”研究；2006年，上海市电力公司提出“数字化供电系统”研究和实践。因此，构建基于信息标准化、集成化技术的数字化电网体系是建设智能电网的基础，数字化电网则是智能电网的一个重要组成部分和初级阶段。

为了实现数字化电网，需要大量的基础性研究成果作为支撑，尤其需要实现其信息建模的标准化，实现信息集成，应用集成并确保其信息安全。因此，积极开展数字化电网研究工作具有重要意义。

三、研究现状

智能电网之前，数字电力系统的概念已在被正式提出，DPS被定义为：某一实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科教活动等数字地、形象化地、实时地描述与再现。DPS包括从电力系统的物理结构、运行状态、运行效率、自动装置的动作特性，到电力企业的运营策略、管理模式、人员信息、市场信息以及影响电力系统安全的特殊自然环境等各方面的信息，实现科学的管理和决策、实时安全稳定性评估与改善、经济运行策略制定和实行、紧急控制和最适解列方案的实施、快速恢复策略的制定以及科学研究和系统规划设计等功能。可以看到，该文对DPS的阐述主要集中于电力系统的安全稳定运行方面的角度。

【參考文献】

[1] 张维民， 等. 信息系统建模[M]. 北京：电子工业出版社， 2002.

[2] 张维民， 等. 信息系统建模技术与应用[M]. 北京：电子工业出版社， 18（4）：211-214.

[3] 黄宏斌， 邓 苏， 马丽丽， 等. 面向语义的元数据模型及OWL表示[J].计算机工程与科学， 2007，29（l）：105-109.

【作者简介】

张为（1988—），男，湖北大悟人，湖北工业大学电气与电子工程学院电气工程专业2013级硕士研究生，主要研究方向：电力系统自动化。