1、关于智能输电网技术框架的研究【摘 要】:近年来随着全球经济的快速发展智能电网作为一项新兴的电力技术已成为世界主流国家电力工业发展的趋势，坚强的智能电网能为国家的经济建设提供更稳定可靠的电力保障。 【关键词】: 智能电网；技术成熟度；控制 中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号： 1 特征 作为物理架构基础，智能输电网一次侧的状态参量获取、传输、使用数字化，网络控制与信息交互加强，具备自我检测与诊断，具备自适应能力。随着可再生能源的发展，智能输电网还应该配置风力发电、太阳能发电等分布式电源接口，配备大量新型 FACTS 装置，实现输电网的灵活潮流控制并提高输电能力。二次侧方面，智能
2、输电网以信息化、网络化为主要特征。所有输电网一次侧设备，从输电线路到智能变压器、从智能变电站到智能开关，将通过传感器、光纤、通信设备等二次侧设备映射到一个统一的控制中心。控制中心具备在线分析、实时最优控制、提供决策支持等功能，并能够有效管理各一次设备，实现输电线路状态检修以及全寿命周期管理，图 1 为智能输电网结构图。 与传统输电网相比，智能输电网具有明显不同的特征，内涵更为丰富，详见表 1。 2 研究框架 智能输电网研究是一项综合性、复杂的系统工程，涵盖了多方面的技术，不同技术具有不同粒度，涵盖的实体对象以及所属领域都不尽相同。提出智能输电网研究框架，根据技术粒度以及所属领域等进行了分层阐述
3、。由下至上，分为 4 层，技术所处层次越高，越宏观，覆盖面越广。 ( 1) 材料层。主要是指为完成某一功能而涉及到的材料学、制造学、化学等基础科学，是其他所有技术的物理依托及实现基础，如光纤技术、超导材料技术、纳米材料技术、绝缘材料、导磁材料、半导体材料技术等。 ( 2) 设备层。该层涵盖了所有输电设备以及变电设备，如输电设备中的输电线、杆塔、架空线以及变电设备中的变压器、电抗器、电容器、断路 器、接地开关、隔离开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线等一次设备和继电保护、监控和通信等二次设备。 ( 3) 装备层。装备层是指涵盖多种设备、组件、装置、技术的面向某一专业领域的综合性技术，如特高
4、压输变电装备涵盖特高压电网、直流输电、变压器、GIS、互感器、无功补偿装置等。 ( 4) 方案层。方案层包括为解决实际问题而提出的一整套技术方法，是基于 1 种或多种装备或设备得以实现，侧重于技术实现的思路、方法或架构而不在于物理设备本身，如节能调度技术、安全预警技术、决策支持技术等。 3 关键技术 3. 1 智能输电网关键技术识别 智能输电网关键技术识别应包含 3 步。第 1 步: 列出所有可能的关键技术，此过程应详尽规范，包含范围广。一切技术都应进行鉴定，看它是否是可能的关键技术。对于这些技术，确定其性质所需的信息也需要记录下来。第 2 步: 制作候选关键技术名单，建立独立审查专家小组进行
5、此项工作。专家小组与项目办公室合作，解决可能的关键技术列表过程中存在的所有问题。专家小组也可以对最初的列表进行增减。第 3 步: 协调过程。本过程中，识别关键技术的任何问题都应得到解决。最终确定的关键技术需经项目管理机构同意，以便尽早解决可能存在的问题。 3. 2 智能输电网关键技术成熟度评级方法 对智能输电网关键技术成熟程度分级，是研发、应用各项新技术的必经阶段。一般在成熟度较低的关键技术方面投入较多的研发资源; 而投入试运行、运行的关键技术则需要较高的技术成熟度。技术成熟度评级方法始于 20 世纪 80 年代的 NASA。技术成熟度级别从 1 级 ( 科学研究的最初阶段) 直到 9 级 (
6、 在系统中成功运用) 。同样，智能输电网技术成熟度也可借鉴此种方法。表 2 中是评估技术成熟度级别，同时也对成熟度不同等级进行了描述。 3. 3 智能输电网关键技术 根据智能输电网的技术研究框架，分别从材料层，设备层，装备层以及方案层 4 个层次总结了各个层次中的关键技术。 ( 1) 材料层的关键技术。材料层包括了一系列技术，综合分为超导材料、变压器新材料和电力电子新材料 3 个方面。 超导电力磁储能装置具有超导磁体的低损耗和快速响应特性，不仅能用于调节峰值而且可以储存应急的备用电力，从而提高输电容量，提高系统稳定性，改善电能质量。超导变压器体积小、重量轻，具有良好的阻燃特性，并且由于超导线材
7、技术和冷却技术的进步，特别是高温超导线材技术的应用，超导变压器的效率可比常规变压器高出 0. 1% 0. 5%13 。超导电力电缆具有大容量、低损耗、结构紧凑等优点，有望在未来得到广泛应用。整体来说，超导材料还处于研发阶段，技术成熟度相对较低。目前，价格、失超问题以及低温技术是制约超导材料大规模应用的主要因素。 变压器新材料方面，以降低变压器损耗为目的的磁芯新材料如新型软磁材料、合金材料、铁粉芯等受到广泛重视。另外，硅油、油、NOMEX 绝缘纸等新型绝缘材料因具有经济、环保的特点，也得到了较为广泛的研究。电力电子器件是智能输电网实现对电能灵活、高效控制的有效手段20 。硅材料的电力电子器件仍是
8、当家器件，宽禁带的碳化硅电力电子器件是主要的发展方向。 ( 2) 设备层关键技术。智能输电网设备层由变电站设备和输电设备组成。变电站设备中的关键技术包括智能开关、电子式互感器、智能变压器、可控电抗器等，其主要特征是实现数字化以提高设备可靠性以及系统的安全稳定水平。采用先进的状态监测技术手段及时获取输电线路和设备的运行状态和环境信息显得越来越重要和迫切，因此，输电设备关键技术主要包括数据采集装置、监测装置、数据传输装置等。 ( 3) 装备层关键技术。装备层关键技术包括智能变电站技术与各种输电技术。智能变电站以先进的信息化、自动化和分析技术为基础，灵活、高效、可靠地完成对输电网的测量、控制、调节、
9、保护、安稳等功能，实现提高电网安全性、可靠性、灵活性和资源优化配置水平的目标。现阶段高压直流输电技术 ( HVDC) 和柔性交流输电技术( FACTS)作为输电关键技术在我国是必要的，而且技术上也是可行的。 ( 4) 方案层 ( 系统层) 关键技术。安全预警与决策支持技术: 安全预警与决策支持技术能实时在线分析与决策，并进行递归跟踪，全面把握电网稳态、暂态、动态等多种运行状态和安全稳定水平，自动智能给出决策结果。通过评价当前运行状态下潜在问题以及预测未来状态下潜在问题，给出预警报告或预防策略。能源与公共事业企业资产管理: 通过使用新进的物联网技术，来实时掌握企业资产状况，进行设备的全寿命周期管
10、理，有效地管理资源减少成本。 4 结 论 我国的智能电网建设应开展能源发展和应用与智能电网相结合的调研分析，参考国外的研究成果和建议，立足我国电网自身的特点和现有的信息、控制、管理系统发展水平，综合考虑未来相关技术的发展方向，建成符合我国能源战略和企业发展要求的智能电网，通过智能电网的各种关键技术的不断发展完善，实现智能电网的自愈、安全、交互、协调，兼容、高效，优质、集成，从而实现对电网运行的快速响应，提高整个系统的经济性，可靠性和安全性。 参 考 文 献 1施婕，艾芊 智能电网实现的若干关键技术问题研究J 电力系统保护与控制，2009，37 ( 19) : 1-4 2唐跃中，邵志奇，郭创新，等 数字化电网体系结构J 电力自动化设备，2009，29 ( 6) : 115-118 3马韬韬，李珂，朱少华，等 智能电网信息和通信技术关键问题探讨 J 电力自动化设备，2010，30 ( 5) : 87-91
