智能电网技术在电力系统规划中的应用

张兴华，林颂晨

（中国电建集团海南电力设计研究院有限公司，海南 海口 570203）

0 引 言

电能是一种较为清洁的二次能源，其在社会生产生活中发挥着至关重要的作用。电力系统规划是电力资源高效利用的基础。而将智能电网技术应用于电力系统规划中，能彻底改变传统的电力资源利用形式，实现电力资源的灵活配置和高效利用。

1 智能电网构成特征

1.1 智能电网的框架构成

智能电网包含用户终端、配电系统、输电系统及发电系统4个关键组成部分。在智能电网用户终端，除既有的用电功能外，智能电网增加了PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）、蓝牙及WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网）形式的家用服务总线接口，同时为用户终端配置统一固定的电子标识码，并设置与功能相匹配的软硬件程序，确保了用电控制的安全性、可靠性。配电系统是智能电网的关键组成部分，不仅包含电能与通信集成系统，而且涉及分布式能源系统等。智能配电系统改变了原有的拓扑接口，使得配电网系统的应用更加灵活、高效，而且能动态进行电网拓扑结构检测，在降低损耗的同时提高电网利用率。智能输电系统是电力资源从发电系统到用户终端传输的重要载体，其在拓扑结构和冗余结构设计中，要求深化整个输电网络的控制技术，确保输电网络具有较高的“自愈”能力。与传统发电系统相比，智能电网发电系统最显著的区别在于其进一步加大了可再生能源的利用规模，尤其是在风电和光电等领域，其发电设备的应用更具标准化和智能化优势[1]。

1.2 智能电网的技术特征

步入新时期以来，社会生产对于电力资源的需求量不断增加，促使智能电网工程的建设规模不断扩大（见表1）。从智能电网应用过程来看，其具有以下特征。一是智能电网本身具有可靠性特点。在传统电力系统应用中，电网本身容易受到外界因素的干扰，对于居民用电造成了较大阻碍。采用智能电网系统能实现有效抵御外界风险因素，对于维护电网的稳定性和安全性具有积极作用。二是在智能控制技术的支撑下，智能电网实现了发电、输电、配电与用电的有效衔接，在一定程度上实现了信息流、电力流以及业务流的高度集成，并且这种集成性特征为电力系统的信息共享创造了机会。三是智能电网具有自愈性特点。在传统电力系统建设中，电力技术的应用存在一定缺陷，使得外界因素容易对于电力系统的使用造成干扰，从而引发电力系统运行故障。为彻底解决这些问题，提升电力系统应用的高效性、稳定性和安全性，对新时期的智能电网建设提出了系统“自愈性”要求。通过智能电网自愈性设计，能合理解决传统电力系统应用问题，提升智能电网运作效率与安全性[2]。

表1 我国电力资源应用规模

2 智能电网技术在电力系统规划中的应用

2.1 大容量储能技术应用

相比传统的电力系统，智能电网对电能存储容量提出了更高要求。采用大容量储能技术，能显著提升智能电网系统的输电效率和质量，同时能提升电力企业自身的盈利能力，满足居民和企业的用电需要。目前，大容量储能技术在电力系统规划中的应用逐渐增多，从储能形式来看，物理储能、电化学储能、电磁储能以及相变储能是大容量储能技术应用的4种形态。抽水储能是物理储能的典型形式，其综合效率保持在70%～85%。截至2020年，在全世界范围内，抽水蓄能电站总装机容量已经达到9×107kW，占全球发电总容量的3%，我国抽水蓄能电站装机容量已居世界第一，在运规模达2.849×107万kW，在建规模达3.871×107kW，到2020年年底，我国运行总容量将达4×107kW。在电化学储能中，除钠硫电池、液流电池外，铅酸电池、镍镉电池以及超级电容器等都是较为常用的形式。电磁储能主要是用超导体制成线圈储存磁场能量，该储能系统应用具有响应速度快、转换效率高以及比能量/比功率大等优势[3]（见表2）。相变储能中最常见的是冰蓄冷技术。从应用效果来看，大容量蓄能技术有效提升了电力输送的稳定性，其在缓解用电紧张问题的基础上，给人们的生活生产创造了良好条件。

2.2 智能通信技术应用

智能通信技术是智能电网实现的基础，具有高效性、集成性以及双向性等特点。相比传统电网，智能电网的规模更大，其通信数据更加繁多。在智能通信实现过程中，智能电网中数据的获取、控制及保护具有较强的专业性、综合性以及复杂性，数据获取困难影响了电网控制、运行效率。新时期，智能通信技术依托高效、集成、双向的技术特征，为智能电网的数据获取和控制创造了良好条件。一方面，在较多智能电子设备、电子控制器的作用下，融合使用智能表计、控制系统以及保护系统等，有效地实现了电网工程网络化发展，对于提升电网的服务质量和水平具有较大影响；另一方面，在强大的智能通信技术的支撑下，电力工作人员可以及时地对配电网系统的故障进行监测，增强电网的防御性，通过对外部风险要素的有效抵御，智能电网系统运行的安全性、稳定性更加突出，其能更好地服务于社会经济发展。

2.3 超导技术应用

超导技术主要是通过超导体材料的作用，降低输电过程损耗的一种技术，其应用形式多样。一方面，可利用超导技术、超导材料制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器等设备中，以提升相应设备的性能；另一方面，超导技术在高压输电中也有广泛应用。高压输电的电压等级多保持在500～1 000 kV，有效提升了线路走廊的利用率，但超高压输电过程仍然存在一定的电力损耗。采用超导技术开展电力输送，能有效地减少超高压输电的电力损耗。在智能电网输电系统中，采用超导技术可有效保证电网输电的效率及质量，对于保障居民生活、促进经济发展具有积极作用。

2.4 智能诊断技术应用

智能诊断技术是智能电网自愈功能实现的基础，该技术可对电网系统的应用情况进行全面诊断、分析和预测，为人们处理电网系统故障提供有效依据。智能诊断即为智能电网的“专家系统”，该系统能在很大程度上防止电力系统产生故障，更好地保障电网的稳定性及安全性[4]。需要注意的是，智能诊断技术应用的前提是获取电网系统的运行数据，因此使得该技术通常与智能通信技术衔接使用。在电网元件监测中，通过对电网系统数据参数的有效收集、分析和检测，能有效发现系统故障，随后借助自动控制的执行，可解决电网故障问题，满足智能电网自愈控制需要。现阶段，“专家系统”在电网规划中的应用不断深入，其能及时发现系统异常问题，并在第一时间做出反应，有效地提升了电网系统的智能化水平，确保了电力系统控制、运行的高效性。

表2 超导电磁储能应用

2.5 智能固态表计应用

智能固态表计是智能电网技术应用的重要形式。随着电网设计规划规模的扩大，智能固态表计的应用也在逐渐加深。从应用过程来看，该技术不仅能实现电网稳定性的有效评估，而且能对电网系统设备的完整性进行检测。此外，其能在读取并分析表计上显示的数据的基础上，判断用户是否存在偷电或者其他的不法行为。这既保证了供电企业本身的效益，而且确保了整个配电网系统应用的安全性。值得注意的是，在电力系统规划中，合理使用智能固态表计这一智能电网技术，能有效提升电网元件之间的通信能力和自适应能力，减少电网系统故障停电等问题的发生概率，避免电网故障对人们的生产生活造成影响。

3 智能电网技术在电力系统规划中应用的发展趋势

在电力系统规划中，若电网规划不细致，技术应用不合理，则易导致电网的线路出现超负荷运行的现象，进而威胁电力系统运行的稳定性、安全性。新时期，智能电网技术在电力系统规划中的应用不断深入。从应用过程来看，智能电网技术的应用具有以下发展趋势。一是智能化电网技术与电力系统规划工作相融合的趋势逐步加深，在一定程度上有利于智能化电网技术的创新，而且能使得电力系统的规划工作得到改善，对于电力工程现代化发展具有积极作用。二是数据共享是智能电网技术应用的另一个趋势。在电力系统规划中，受电网系统分布范围广、维护管理难度大等因素的影响，往往需要从多个层面进行配电、发电、变电、输电过程的协同。信息传递与共享是电网运维管理系统的基础，在智能电网建设中，实现数据信息共享已成为一种必然趋势。三是在未来电力系统规划工作中，需要工作人员通过远程管理方式进行动态化监督、控制，提升电力系统规划、管理效果。

4 结 论

新时期，人们对于电力资源的需求量不断增加。在电力系统规划中，电力工作者深刻认识到智能电网技术的优势特征，立足配电网建设实际，实现智能电网技术与电力系统规划的深度融合，才能有效提升智能电网技术的应用水平，促进我国电力工程有序发展。