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摘要:智能电网就是电网的智能化,它是建立在集成的、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,实现电网的可靠、安全、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、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。智能电网包含智能变电站,本文就传统变电站、数字变电站与智能变电站进行了对比说明。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化,简称为“坚强的智能电网”。
关键词:智能能源网;智能变电站;智能电网
作者简介:关杰(1965-),女,满族,辽宁沈阳人,东北电网有限公司大连培训中心电网技术培训部,高级讲师,主要研究方向:超(特)高压变电站仿真培训教学、智能电网;白凤香(1965-),女,内蒙古赤峰人,东北电网有限公司大连培训中心电网技术培训部,高级讲师,主要研究方向:超(特)高压变电站专业培训教学。(辽宁 大连 116023)
我国政府决定推出智能电网的一个重要背景就是为了解决由于新能源并网带来的调峰问题和电网适应性不够的问题。所谓调峰,是指电力系统中的负荷因用户负载的投入和切除而经常发生变化,为了维持有功功率平衡,保持系统频率稳定,就需要电站随之改变方法,以适应负荷的变化。可以理解为:城市用电往往有高峰期和低谷期,每日的用电负荷分布是不均衡的。为此,电力有关部门采用价格或限电等措施,使得峰谷趋于平衡。
但调峰不仅是电力一家的事情,水、电、气都有调峰需求,这也是中国要打造更高层次的智能能源网的目的之一。据了解,规划中的智能电网只是未来这个庞大的智能能源网的一部分。今后,水、电、气,甚至热力等能源都要构建智能网络。
就国内而言,智能电网建设的推进是迅速和高效的,但是这个智能电力网的建设仅仅是智能能源网的网架建设的主要部分而非全部。政府为解决由于新能源并网带来的调峰问题和电网适应性不够的问题,将于“十二五”期间普遍推行智能能源网。核电、风电等新能源要投入民用,离不开智能能源网,如果说核电、风电是“汽车”,智能电网就是“高速公路”。
作为中国互动电网学说奠基人,武建东在谈到智能电网与智能能源网的区别时表示,实际上,目前我们使用的“智能电网”一词原意应为智能网格或智能网。这个概念又包括智能家电网格、智能电力网格、智能数据网格、智能热力网格、未来网格等多种涵义,智能电网是其中的重要组成部分而非全部。我国发展智能能源网建设必须以智能电网为主要网架建设,智能电网的建设是智能能源网建设的核心。
一、智能电网与智能能源网的区别
谁能够将现有的电力、热力、燃气等单向运转而且浪费巨大的能源网络改造为高效互动的创新网络,谁就能够优先于其他国家达到全球能源体系更高级别的顶端水平。同时在这个历史的转型之中,谁就能够把握和整合能源体系最新的国际标准。
因此,采用信息化集成技术营建一个与生产和输送侧相对称、相互动的需求侧、用户端的运转体系,将是对工业革命以来缺陷性工业结构和社会管理的颠覆性修复,也是打开人类低碳化生产方式和生活方式的历史大通道。实现这个目标的路径有两个营建模式。
1.“分级登顶式”的渐进模式
这个模式主要是通过智能电力网、智能热力网等条条块块的分行业改革,通过多行业不断整合、体系不断叠加的架构原则推进,其特点是分期、试错、分级追求变革目标。
就国内智能电网的建设而言,其体系源自欧美国家智能电网思想和实践,其标准之应用也在很大程度上受制于国际力量的影响。从组织目标运转而言,其向更高级别的互动能源网络结构跃进之时,也许架构的升级路线只有选择分级叠加的更换方式,因此,目前国内电力企业运转的智能电网改革模式和美国实施的智能电网建设应属相同的产业变革类型。
2.“制高点型”的大体系整合模式
中国应跳出单纯建立智能电力网的狭窄基准,集中发展有别于美国、具有中国优势、国际领先的综合性的互动能源网,由此可以避免日后的重复建设和不必要的补课。
这个模式需要将电力、热力、燃气、数据、有线电视等资源捆绑为整体资源,以制高点型的规则推动能源组织的管理变迁和产业目标置换。其特点是跨越式、跨产业突变,以集成化手段高速实现互动式的能源网建设,我们将这种网络也称作智能能源网。
建构中国智能能源网的标准应该成为当代中国知识产权最高的创造性使命之一,它也应该成为中国智能能源网建设的战略高点,这个高点应该成为中国国家利益的核心要素。中国应该依靠自身的巨大市场成为主导全球智能网变革的领先国家,建造影响未来百年的智能网标准,在百年一遇的全球工业变革中发挥主导作用。
二、 智能电网包含智能变电站
1.所谓智能变电站
采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能,实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。
2.智能变电站与传统变电站、数字化变电站比较
(1) 传统变电站(见图1)。
特点:网络——监控系统由站控层、间隔层两层网络构成。未统一建模,采用多种规约,变电站存在监控、保护、PMU等多个网络。设备——互感器、一次设备通过常规控制电缆硬接线方式,实现与站控层的信息交换。站控层——站控层设备由带数据库的计算机、操作员工作站、远方通信接口等组成。间隔层——间隔层主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备。
(2)数字化变电站(见图2)。
数字化变电站自动化系统为站控层、间隔层和过程层三层结构。站控层、间隔层设备构成与常规监控系统基本一致。从外延看与现有非IEC61850技术变电站差别不大,都采用以太网,能够实现“四遥”功能。但从内涵看,差异很大,主要体现在:第一,信息模型。IEC61850使得各智能装置按照统一数据模型实现设备之间的互连互通。第二,互操作性。智能变电站不同厂家的智能装置(IED)之间具有互操作性。过程层(设备层),由电子互感器、智能单元、合并单元等远方I/O、智能传感器和执行器等构成。采用GOOSE网络跳合闸机制。完成一次设备开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。新增设备主要有电子互感器、合并单元、智能单元、交换机等。
(3)智能变电站(见图3)。
1)内涵:变电站内数据采集、传输、控制等过程全实现了数字化,并具有支撑智能电网要求的变电站;实现形式主要基于“数字化变电站”;高级应用、一体化智能设备应用、在线监测应用、二次设备的一体化应用。设备高度集成;智能变电站是面向智能电网的需求,注重坚强、安全、可靠、集成、高级互动功能。
2)智能变电站主要优点:实现不同厂家设备互操作;解决了传统电磁式互感器磁饱和等问题;解决了二次回路复杂的问题;解决了控制电缆引起的电磁干扰问题;实现了变电站电气一二次设备状态检修;提高了变电站的安全可靠性,降低全寿命周期内工程总体投资。
3.智能变电站关键技术和设备
智能单元(见图4)负责采集与断路器、隔离刀闸、接地刀闸相关的开入信号,并负责开出控制断路器、隔离刀闸、接地刀闸的控制。通过智能控制装置完成了对一个间隔内相关一次设备的就地数字化。智能控制装置作为过程层的一部分,为非智能的一次设备提供了外挂智能终端。过程层的智能控制装置通过光纤与间隔层的保护、控制装置通信,将开入信息上传,并接收间隔层设备的控制命令。由于数字化程度更高,完全取消了间隔层与过程层之间的电缆。
三、 如何把握智能电网与智能能源网的运转结构之区别和标准创造
孙中山说过,“行之非艰,知之惟艰”,一个强国不但需要创造强大的工业生产体系,更需要创造新的生产力的发展思想和实施其行动的国际技术标准。工业革命以来产业标准的建造大多与中国无缘,而智能能源革命却为中国提供了独特的机遇。
奥巴马的能源变革之于传统变革不同之处就在于它实质上是催生了新的产业革命、技术革命和思想革命,这三个革命的核心就是思想大革命。为此,一个国家占领新的全球制高点的能力也就取决于它颠覆习惯的能力和思想的改变程度。对于中国而言,这个革命的第一要务就是需要有效地调整三十年改革开放以来形成的诸多的经济运行习惯和结构,构建世界上最富活力的创新社会。据此才能确保中国将新的产业革命、技术革命和思想革命的宏大体系付诸实践,建立适合自身的发展战略,改变中国公众和企业的能源消费方式和生产方式,并力争取得全球领导地位。由此,智能能源网建设的核心是这个体系标准的建造,而且这个标准的建造也是当代知识产权的最高创造,具有无与伦比的回报价值,同样是检验中国能源思想创新能力的标志。
另外,智能电网的技术与可再生能源有很大关系。只有当中国可再生能源规模日益庞大,电价摆脱固定模式,与用户之间的互动逐步形成,智能电网才能发展起来。智能能源网的推出也是为中国可再生能源和新能源的大发展奠定并网基础,以便于实现更大程度地利用可再生能源与新能源。
参考文献:
[1]李兴源,魏巍,王渝红,穆子龙,顾威.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制,2009,(17).
[2]王振铭.我国热电联产的现状与发展[J].中国电力,1999,(10).
(责任编辑:赵赟)
关键词:智能能源网;智能变电站;智能电网
作者简介:关杰(1965-),女,满族,辽宁沈阳人,东北电网有限公司大连培训中心电网技术培训部,高级讲师,主要研究方向:超(特)高压变电站仿真培训教学、智能电网;白凤香(1965-),女,内蒙古赤峰人,东北电网有限公司大连培训中心电网技术培训部,高级讲师,主要研究方向:超(特)高压变电站专业培训教学。(辽宁 大连 116023)
我国政府决定推出智能电网的一个重要背景就是为了解决由于新能源并网带来的调峰问题和电网适应性不够的问题。所谓调峰,是指电力系统中的负荷因用户负载的投入和切除而经常发生变化,为了维持有功功率平衡,保持系统频率稳定,就需要电站随之改变方法,以适应负荷的变化。可以理解为:城市用电往往有高峰期和低谷期,每日的用电负荷分布是不均衡的。为此,电力有关部门采用价格或限电等措施,使得峰谷趋于平衡。
但调峰不仅是电力一家的事情,水、电、气都有调峰需求,这也是中国要打造更高层次的智能能源网的目的之一。据了解,规划中的智能电网只是未来这个庞大的智能能源网的一部分。今后,水、电、气,甚至热力等能源都要构建智能网络。
就国内而言,智能电网建设的推进是迅速和高效的,但是这个智能电力网的建设仅仅是智能能源网的网架建设的主要部分而非全部。政府为解决由于新能源并网带来的调峰问题和电网适应性不够的问题,将于“十二五”期间普遍推行智能能源网。核电、风电等新能源要投入民用,离不开智能能源网,如果说核电、风电是“汽车”,智能电网就是“高速公路”。
作为中国互动电网学说奠基人,武建东在谈到智能电网与智能能源网的区别时表示,实际上,目前我们使用的“智能电网”一词原意应为智能网格或智能网。这个概念又包括智能家电网格、智能电力网格、智能数据网格、智能热力网格、未来网格等多种涵义,智能电网是其中的重要组成部分而非全部。我国发展智能能源网建设必须以智能电网为主要网架建设,智能电网的建设是智能能源网建设的核心。
一、智能电网与智能能源网的区别
谁能够将现有的电力、热力、燃气等单向运转而且浪费巨大的能源网络改造为高效互动的创新网络,谁就能够优先于其他国家达到全球能源体系更高级别的顶端水平。同时在这个历史的转型之中,谁就能够把握和整合能源体系最新的国际标准。
因此,采用信息化集成技术营建一个与生产和输送侧相对称、相互动的需求侧、用户端的运转体系,将是对工业革命以来缺陷性工业结构和社会管理的颠覆性修复,也是打开人类低碳化生产方式和生活方式的历史大通道。实现这个目标的路径有两个营建模式。
1.“分级登顶式”的渐进模式
这个模式主要是通过智能电力网、智能热力网等条条块块的分行业改革,通过多行业不断整合、体系不断叠加的架构原则推进,其特点是分期、试错、分级追求变革目标。
就国内智能电网的建设而言,其体系源自欧美国家智能电网思想和实践,其标准之应用也在很大程度上受制于国际力量的影响。从组织目标运转而言,其向更高级别的互动能源网络结构跃进之时,也许架构的升级路线只有选择分级叠加的更换方式,因此,目前国内电力企业运转的智能电网改革模式和美国实施的智能电网建设应属相同的产业变革类型。
2.“制高点型”的大体系整合模式
中国应跳出单纯建立智能电力网的狭窄基准,集中发展有别于美国、具有中国优势、国际领先的综合性的互动能源网,由此可以避免日后的重复建设和不必要的补课。
这个模式需要将电力、热力、燃气、数据、有线电视等资源捆绑为整体资源,以制高点型的规则推动能源组织的管理变迁和产业目标置换。其特点是跨越式、跨产业突变,以集成化手段高速实现互动式的能源网建设,我们将这种网络也称作智能能源网。
建构中国智能能源网的标准应该成为当代中国知识产权最高的创造性使命之一,它也应该成为中国智能能源网建设的战略高点,这个高点应该成为中国国家利益的核心要素。中国应该依靠自身的巨大市场成为主导全球智能网变革的领先国家,建造影响未来百年的智能网标准,在百年一遇的全球工业变革中发挥主导作用。
二、 智能电网包含智能变电站
1.所谓智能变电站
采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能,实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。
2.智能变电站与传统变电站、数字化变电站比较
(1) 传统变电站(见图1)。
特点:网络——监控系统由站控层、间隔层两层网络构成。未统一建模,采用多种规约,变电站存在监控、保护、PMU等多个网络。设备——互感器、一次设备通过常规控制电缆硬接线方式,实现与站控层的信息交换。站控层——站控层设备由带数据库的计算机、操作员工作站、远方通信接口等组成。间隔层——间隔层主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备。
(2)数字化变电站(见图2)。
数字化变电站自动化系统为站控层、间隔层和过程层三层结构。站控层、间隔层设备构成与常规监控系统基本一致。从外延看与现有非IEC61850技术变电站差别不大,都采用以太网,能够实现“四遥”功能。但从内涵看,差异很大,主要体现在:第一,信息模型。IEC61850使得各智能装置按照统一数据模型实现设备之间的互连互通。第二,互操作性。智能变电站不同厂家的智能装置(IED)之间具有互操作性。过程层(设备层),由电子互感器、智能单元、合并单元等远方I/O、智能传感器和执行器等构成。采用GOOSE网络跳合闸机制。完成一次设备开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。新增设备主要有电子互感器、合并单元、智能单元、交换机等。
(3)智能变电站(见图3)。
1)内涵:变电站内数据采集、传输、控制等过程全实现了数字化,并具有支撑智能电网要求的变电站;实现形式主要基于“数字化变电站”;高级应用、一体化智能设备应用、在线监测应用、二次设备的一体化应用。设备高度集成;智能变电站是面向智能电网的需求,注重坚强、安全、可靠、集成、高级互动功能。
2)智能变电站主要优点:实现不同厂家设备互操作;解决了传统电磁式互感器磁饱和等问题;解决了二次回路复杂的问题;解决了控制电缆引起的电磁干扰问题;实现了变电站电气一二次设备状态检修;提高了变电站的安全可靠性,降低全寿命周期内工程总体投资。
3.智能变电站关键技术和设备
智能单元(见图4)负责采集与断路器、隔离刀闸、接地刀闸相关的开入信号,并负责开出控制断路器、隔离刀闸、接地刀闸的控制。通过智能控制装置完成了对一个间隔内相关一次设备的就地数字化。智能控制装置作为过程层的一部分,为非智能的一次设备提供了外挂智能终端。过程层的智能控制装置通过光纤与间隔层的保护、控制装置通信,将开入信息上传,并接收间隔层设备的控制命令。由于数字化程度更高,完全取消了间隔层与过程层之间的电缆。
三、 如何把握智能电网与智能能源网的运转结构之区别和标准创造
孙中山说过,“行之非艰,知之惟艰”,一个强国不但需要创造强大的工业生产体系,更需要创造新的生产力的发展思想和实施其行动的国际技术标准。工业革命以来产业标准的建造大多与中国无缘,而智能能源革命却为中国提供了独特的机遇。
奥巴马的能源变革之于传统变革不同之处就在于它实质上是催生了新的产业革命、技术革命和思想革命,这三个革命的核心就是思想大革命。为此,一个国家占领新的全球制高点的能力也就取决于它颠覆习惯的能力和思想的改变程度。对于中国而言,这个革命的第一要务就是需要有效地调整三十年改革开放以来形成的诸多的经济运行习惯和结构,构建世界上最富活力的创新社会。据此才能确保中国将新的产业革命、技术革命和思想革命的宏大体系付诸实践,建立适合自身的发展战略,改变中国公众和企业的能源消费方式和生产方式,并力争取得全球领导地位。由此,智能能源网建设的核心是这个体系标准的建造,而且这个标准的建造也是当代知识产权的最高创造,具有无与伦比的回报价值,同样是检验中国能源思想创新能力的标志。
另外,智能电网的技术与可再生能源有很大关系。只有当中国可再生能源规模日益庞大,电价摆脱固定模式,与用户之间的互动逐步形成,智能电网才能发展起来。智能能源网的推出也是为中国可再生能源和新能源的大发展奠定并网基础,以便于实现更大程度地利用可再生能源与新能源。
参考文献:
[1]李兴源,魏巍,王渝红,穆子龙,顾威.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制,2009,(17).
[2]王振铭.我国热电联产的现状与发展[J].中国电力,1999,(10).
(责任编辑:赵赟)