关键设备：智能电网的未来趋势

我国在建设智能电网的设备方面已经具备了比较好的条件，例如已有设备基本满足电网建设和发展的常规需求，其中部分设备已经达到或处于国际先进水平（比如在电网的二次控制方面），特别是在特高压交流、特高压直流上，我国一直在国际上是领先的。我国具有向智能化发展的基础，但是从建设智能电网的要求来说，还存在一些差距，首先是大部分关键设备不能满足智能电网信息化、自动化、互动化的要求；其次是智能设备技术标准不统一，互换性差，技术性能有待提升；再者部分关键设备的核心技术还没有完全掌握，比如我国数字化变电站二次控制部分核心设备交换机还处于进口阶段。

从关键设备的研制思路来看，关键设备不是泛指所有的输配电设备，而是指具有“信息化、自动化、互动化”的技术特征，可显著提升电网智能化水平的设备。目前从关键设备的研制进展来说可划分为三类，分别是已有设备、在研设备和待研设备。国家电网公司针对不同类型提出不同的发展思路，对于已有的关键设备，注重提升设备性能，拓展产品种类，提高产业能力，加大推广应用。针对正在研制的设备，国家电网公司的工作思路是明确目标重点、加快研制进度、强化示范应用、形成生产能力。在在研设备里面需要强调的是变电站智能设备的研发，现在电工行业的很多变压器厂家、开关厂家、互感器厂家都在配合国家电网公司开发智能变电站的关键设备智能化，特别是在开关和变压器方面。在研设备中应明确重点目标，例如在开关和变压器智能化方面，指出工作重点，哪些检测确实需要外界检测，50万kW的变压器和11万kW的变压器重点如何区分，开关重点在哪里等。国家电网公司智能化变电站现在有74个，这些设备，特别是开关设备和互感设备，必须具备智能化的要求，这就需要强化示范应用。

国家电网公司针对待研制设备，着重跟踪发展趋势、加强技术攻关、坚持自主创新、提升整体实力。

规划对137项关键设备国内外发展水平、智能电网对其需求、关键设备技术要求和设备的技术标准都一一做了详细解释。根据各技术领域的需求，国家电网公司2009年选择了10大类的117项专题开展研究，2010年又确定了88项重点专题，并建立了国家能源太阳能发电研发（实验）中心、国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心、智能用电技术研究与检测中心（南京）、国家能源智能电网技术研发（实验）中心四个研究检测机构。在现有的技术和理论依据支撑下，智能电网关键设备研制取得了一些成果。

1.发电环节

成功研制650A·h钠硫单体电池和5kW钠硫单体模块、50kW垂直轴风电机组，正在组织开发风光储智能协调控制系统。

2.输电环节

完成柔性直流输电系统关键设备样机研制、输变电设备状态监测系统研发和监测终端检测标准的制定、故障电流限制器等FACTS装置；变电环节的电子式互感器、交换机、智能开关、状态监测设备等研制取得重要进展，完成变电站一体化信息平台研发，正在开展一次设备智能化研究；统一潮流控制器、静止同步串联补偿器、柔性多端直流输电系统、柔性直流输电电缆的研究。

3.配电环节

成功研制光伏并网逆变器、微网运行控制器、环保智能化柱上开关和环网柜的研究，电能质量监测系统也成功投运。

4.变电环节

开展智能GIS／断路器、电网故障定位系统、广域及区域保护控制、检验／测试评估系统、在线自校／预警／定值的研究。

5.用电环节

研发成功智能电能表安全芯片和电动汽车充电站监控系统，智能插座、居民家用分布式电源及储能管理系统，智能楼宇、小区通信关键技术。

6.调度环节

完成了智能电网调度支持系统基础平台和基本应用的研发，并在华中电网调试运行，年底全部完成试点工程；完成了常规电源网厂协调参数的实测和联调。

7.通信信息

建成世界最大的电力专用通信网络。此外光纤复合低压电缆、中高压电力线载波通信设备、电力数据线传输装置以及可穿越变压器的工频通信装置等设备研制成功。

8.大型计算机

智能电网的核心关键技术是大型计算机，也就是类似我国的银河、华光等超巨型计算机。智能电网的原理很简单，就是根据使用情况（或历史数据），即时、动态地分配每条输电线的能量，达到最优化的能源分配方案，以降低损耗。所以输送的设备没有什么特别的，只是电网的每个变压器都带有数据接口，并都能即时地反馈各种数据，每个大型的变电站都是联网控制的。因此智能电网的核心其实就是巨型计算机，它需要一个足够强大、快速的计算机数据系统，实时地分析每一根电网的温度、功率、负荷，每个变压器的负载以及某个小区的实时能源消耗和预计消耗等来即时调整每个变压器、输电网的功率，从而达到电能的最大利用率。凡是计算机发达的国家电网的智能化程度就高。美国是全球唯一一个完全实现全国电网智能的国家，能做到某个镇上的一个小变压器都能对全国的电网产生影响。

9.2011—2015年的研制计划

仍将重点突出关键设备“信息化、自动化、互动好”的技术特征。如在发电环节开展常规能源的自动化成套控制系统、水电厂电网调度支撑系统、可再生能源的风电场故障穿越装置、风光储能监控系统、大规模储能的集成储能功率平滑调节、化学电池模块化继承等的研究。

10.现有一次设备的智能改造

智能电网建设最重要的内容就是要完成变电站一次设备的智能改造（智能化）。按照智能化导则的描述，一次设备智能化最基本的功能就是实现一次设备本体的智能控制与状态监测，另外还可以集成测量、计量、保护等二次功能。一次设备智能化分三个阶段，第一阶段为所有的智能组件以及传感器均与一次设备本体分离，属于松散型布置，现在基本处于这个阶段；第二阶段则是所有的二次部分整合为一个智能组件，相应的传感器与一次设备一体化设计集成，这个阶段目前看来还没有能够实现；第三个阶段则是没有一、二次设备的界线，一次设备本身高度集成各种二次功能，提供标准的接口和数据通信模型，只需插一根网线就可以通过IEC 61850的相关服务接口获取各种数据以及实现控制调节等功能。

11.其他成果(www.xing528.com)

（1）配电FSM（系统快速仿真与模拟）支持的自愈功能

1）网络重构。

2）故障定位、隔离和服务恢复（FLIR）。

3）当系统拓扑结构发生变化时继保再整定（RPR），即实现电力系统更新运行方式后的保护。

（2）灵活的分布式电源 节省对输电网的投资，提高全系统的可靠性和效率，并具有其他辅助服务功能，如无功支持、电能质量改善等；巨大的灵活性，如在风暴和冰雪天气下，当大电网遭到严重破坏时，分布式电源可自行形成孤岛或微电网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。

（3）高级计量体系和需求侧管理 高级计量体系由安装在用户端的智能电能表、位于电力公司内的计量数据管理系统（MDMS）和连接它们的通信系统组成，为了加强需求侧管理，该体系又延伸到了用户住宅之内的室内网络（HAN）。

（4）智能电能表

1）实现多种计量（如kW·h，kvar，kW，V等）。

2）设定计量间隔（如5min，15min，1h等）。

3）具有双向通信功能。

4）支持远程设置、接通或断离、双向计量、定时或随机计量读取。

5）通向用户室内网络的网关——提供给用户实时电价和用电信息，并实现对用户室内用电装置的负荷控制，达到需求侧管理的目的。

（5）分布式发电供能系统 此系统是指利用各种可用且分散存在的能源，包括可再生能源（太阳能、生物能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电供能的系统。发电容量通常在几千瓦到几十兆瓦。

该成果的特点为：清洁、高效、能源多样性；发电容量小，分散在负荷附近；可再生能源具有间歇性／随机性；能源利用效率高。

（6）电网在线智能测量系统 嵌入式电网在线智能测量仪运用电压互感器和电流互感器可以同时对电网线电压、相电流、控制角、有功功率、无功功率、功率因数等参数进行实时检测，16路信号采样，有扩展能力。精度优于0.2％。对智能设备采集的数据采用透明转发技术，通过以太网或其他辅助传输网络进行实时信息传送，可以进行远程设备运行状态信息处理单元查询。

（7）微电网储能 分布式能源中的风电并网、光伏并网、蓄电池储能、保护控制、电能质量等多项技术，为风光储与微电网控制的研究奠定了良好的基础。目前共有以下实验平台与仿真平台：

1）微电网实验研究平台。

2）微电网仿真研究平台。

3）电动汽车综合运营调度测试平台。

4）电能质量分析与控制平台。

5）RTDS电力系统实时仿真系统。

6）数字化变电站与继电保护试验平台。

（8）基于智能电网和物联网技术的城市综合能源系统 智能电网技术与物联网技术能将城市能源负荷与供给联系在一起，解决城市冷热电负荷需求随机性变化大所带来的城市能源系统规划与运行难题。该项目通过在能源供给侧和终端需求侧建立物联网系统，实现智能电网对供给侧和终端需求侧的综合控制，获得节能效益。国家发改委正在大力推行“合同能源管理”，市场潜力超千亿元。该技术项目的经济效益将通过能源服务公司的形式获得转化。

（9）电力线载波通信模块 电力线载波通信模块（简称PLM）是一种利用低压电力线完成数据交换的专用设备。在同一台电力变压器的供电范围内，利用现存的供电线路，使用多台PLM可把数据终端设备连接成一个网络，从而达到各个数据终端设备之间通信的目的。PLM可以广泛应用于电表集中抄录、路灯照明监控、控制电器运行状态监控、楼宇自动化及防盗监控等领域。PLM利用电力线作为传输介质，无需另外敷设通信线路，使用非常方便。发送端Modem把由数据终端设备RS232接口发来的数据转换成载波信号发送到电力线上，接收端Modem把收到的载波信号还原成数据信号经RS232接口传送给数据终端设备。它的全双向透明信道为各种协议的通信提供了一种理想的电力线通信解决方案。