數(shù)字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

數(shù)字化電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

【Summary】電力作為國家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈，在國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。在中國，為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)騰飛和資源、環(huán)境壓力，電網(wǎng)技術(shù)正朝著高電壓、大容量、跨區(qū)域、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級電網(wǎng)為分區(qū)的中國特色電網(wǎng)的形成，基于節(jié)能減排目的的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電資源數(shù)量的不斷增加，電力網(wǎng)絡(luò)與電力市場、用戶之間的協(xié)調(diào)和交換越加緊密，電能質(zhì)量水平要求逐漸提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)以及控制措施已經(jīng)難以支持如此多的發(fā)展要求。針對目前電網(wǎng)在抵御風(fēng)險(xiǎn)方面的脆弱性，新能源接入和應(yīng)用方面的局限性，世界電力科研機(jī)構(gòu)和較大的公司都開展了對新一代電網(wǎng)的研究，相繼提出了“先進(jìn)電網(wǎng)”、“智能電網(wǎng)”的藍(lán)圖。中國的電力專家們提出了建設(shè)數(shù)字化電網(wǎng)，最近提出了統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的概念。【Key】數(shù)字化電網(wǎng)；信息建模；面向服務(wù)對象構(gòu)架一、研究背景電力作為國家的支柱能源和經(jīng)濟(jì)命脈，在國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起著重要作用。在中國，為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)騰飛和資源、環(huán)境壓力，電網(wǎng)技術(shù)正朝著高電壓、大容量、跨區(qū)域、大電網(wǎng)的方向發(fā)展。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級電網(wǎng)為分區(qū)的中國特色電網(wǎng)的形成，基于節(jié)能減排目的的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電資源數(shù)量的不斷增加，電力網(wǎng)絡(luò)與電力市場、用戶之間的協(xié)調(diào)和交換越加緊密，電能質(zhì)量水平要求逐漸提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)以及控制措施已經(jīng)難以支持如此多的發(fā)展要求。針對電力系統(tǒng)發(fā)展面臨著的這些挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)被認(rèn)為是有效的解決方案，開放的信息系統(tǒng)和共享的信息模式是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。我國已于2009年5月提出發(fā)展統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的設(shè)想，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級換代以及電網(wǎng)運(yùn)行、控制新思路的改革，同時(shí)也為中國電力市場的真正形成打下良好的基礎(chǔ)。統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展思路是，從中國國情出發(fā)，以社會(huì)用戶服務(wù)需求為導(dǎo)向，以先進(jìn)信息、通信和控制技術(shù)為手段，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息平臺(tái)為支撐，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，構(gòu)建貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度全部環(huán)節(jié)和全電壓等級的電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展體系。電力系統(tǒng)在不斷發(fā)展壯大的同時(shí)，面臨著許多問題和矛盾，例如，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與電力建設(shè)之間的矛盾，能源分布與負(fù)荷分布之間的矛盾，電網(wǎng)復(fù)雜度增加與控制技術(shù)之間的矛盾，電能質(zhì)量與用戶要求之間的矛盾，電力發(fā)展與環(huán)境惡化之間的矛盾，建設(shè)投資大與已有資源利用不充分之間的矛盾，等等。這些矛盾在全球范圍內(nèi)具有普遍性。從近年來國內(nèi)外大停電事故來看，現(xiàn)有的技術(shù)手段和應(yīng)對策略不足以解決所有問題，電力工業(yè)巫須一種突破。在此背景下，智能電網(wǎng)被確定為電力工業(yè)下一階段的建設(shè)目標(biāo)。智能電網(wǎng)以安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保為運(yùn)行目標(biāo)，有自愈、兼容、堅(jiān)強(qiáng)、開放，以及支持電力市場和互動(dòng)化等特征，能夠有效地解決當(dāng)前電力工業(yè)發(fā)展遇到的問題。二、研究意義目前智能電網(wǎng)還處于初期研究階段，由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動(dòng)因素不同，不同國家的電網(wǎng)企業(yè)和組織都在以自己的方式對智能電網(wǎng)進(jìn)行理解、研究和實(shí)踐，各國智能電網(wǎng)發(fā)展的思路、路徑和重點(diǎn)各不相同。因此，國際上尚無統(tǒng)一而明確的定義。各國對智能電網(wǎng)的定義、特征、功能、結(jié)構(gòu)、基本工作原理、關(guān)鍵技術(shù)等方面目前還處在認(rèn)知和探索階段。智能電網(wǎng)是對電網(wǎng)未來發(fā)展的一種愿景，也更接近于一種未來電網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)的總體框架，而不是一種具有廣泛接受的規(guī)范的特定名詞，其涵蓋的內(nèi)容從傳統(tǒng)的一次、二次設(shè)備，直至超導(dǎo)、智能化等高科技領(lǐng)域。短期內(nèi)所能夠進(jìn)行的是在智能電網(wǎng)愿景和技術(shù)框架下，結(jié)合本國、本地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際需求，對相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究、試點(diǎn)、推廣和普及。實(shí)現(xiàn)電力流的合理分布是智能電網(wǎng)的最終目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要一個(gè)對物理電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控的神經(jīng)中樞系統(tǒng)和大腦。神經(jīng)中樞系統(tǒng)傳遞的是信息，涉及的是信息的流動(dòng)，包括了信息的采集、傳輸、處理、挖掘、分配和展示等各個(gè)環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為一個(gè)高度自動(dòng)化的信息處理過程。為信息流提供通道的基礎(chǔ)設(shè)施也十分重要，它是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的技術(shù)保證和一系列技術(shù)規(guī)范的總稱，而不是一種具有廣泛接受的規(guī)范的特定名詞。智能電網(wǎng)的智能性必須通過先進(jìn)的管理信息系統(tǒng)、數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)和智能硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)。因此，在傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程，需要一個(gè)較為長期的發(fā)展建設(shè)過程，廣泛認(rèn)為，數(shù)字化是智能電網(wǎng)的重要特征和發(fā)展基礎(chǔ)。我國在數(shù)字化電網(wǎng)進(jìn)行了大量前瞻性研究。1999年清華大學(xué)提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”理念，揭開了數(shù)字電網(wǎng)研究工作序幕；2005年國家電網(wǎng)公司實(shí)施“SG186”工程，開始進(jìn)行數(shù)字化電網(wǎng)和數(shù)字化變電站的框架研究和示范工程建設(shè)；同年，南方電網(wǎng)公司委托清華大學(xué)開展“數(shù)字南方電網(wǎng)”研究；2006年，上海市電力公司提出“數(shù)字化供電系統(tǒng)”研究和實(shí)踐。因此，構(gòu)建基于信息標(biāo)準(zhǔn)化、集成化技術(shù)的數(shù)字化電網(wǎng)體系是建設(shè)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，數(shù)字化電網(wǎng)則是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分和初級階段。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)，需要大量的基礎(chǔ)性研究成果作為支撐，尤其需要實(shí)現(xiàn)其信息建模的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)信息集成，應(yīng)用集成并確保其信息安全。因此，積極開展數(shù)字化電網(wǎng)研究工作具有重要意義。三、研究現(xiàn)狀智能電網(wǎng)之前，數(shù)字電力系統(tǒng)的概念已在被正式提出，DPS被定義為：某一實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科教活動(dòng)等數(shù)字地、形象化地、實(shí)時(shí)地描述與再現(xiàn)。DPS包括從電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行效率、自動(dòng)裝置的動(dòng)作特性，到電力企業(yè)的運(yùn)營策略、管理模式、人員信息、市場信息以及影響電力系統(tǒng)安全的特殊自然環(huán)境等各方面的信息，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管理和決策、實(shí)時(shí)安全穩(wěn)定性評估與改善、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略制定和實(shí)行、緊急控制和最適解列方案的實(shí)施、快速恢復(fù)策略的制定以及科學(xué)研究和系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)等功能?？梢钥吹?，該文對DPS的闡述主要集中于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的角度?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]張維民，等.信息系統(tǒng)建模[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.[2]張維民，等.信息系統(tǒng)建模技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，18（4）：211-214.[3]黃宏斌，鄧蘇，馬麗麗，等.面向語義的元數(shù)據(jù)模型及OWL表示[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2007，29（l）：105-109.【作者簡介】張為（1988—），男，湖北大悟人，湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院