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中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0031-01
1 智能电网概述
智能电网是新兴的技术和产业概念,到目前为止,各国不同机构对智能电网给与了各种不同的定义。例如,美国电科院(EPRI)认为智能电网是由多个自动化的输电和配电系统构成以协调、有效和可靠的方式运作。其拥有三大特点,一是电力市场和企业的需求能过快速的响应;二是实现安全可靠灵活的信息流是运用了现代通信技术,为用户提供可靠、经济的电力服务;三是具有快速诊断、消除故障的自愈功能。欧洲技术论坛对智能电网的定义是,智能电网是集创新工具和技术、产品与服务于一体,利用高级感应、通信和控制技术,为客服的终端装置及设备提供发电、输电和配电一条龙服务,它实现了与客户的双向交换,从而提供更多信息选择、更大的能量 输出、更高的需要参与率及能源效率。
在我国对智能电网有所认识的是国家电网和南方电网。国家电网认为应以特高压为骨干的,且具有信息化、数字化、自动化、互动化等特点的,同时各级电网之间可以相互协调发展的为统一智能电网。而南方电网认为当前智能电网的定义还处在不断探索完善的过程中,但可以肯定的是,这个概念涵盖了提高电网科技含量,提高能源综合利用效率,提高点味甘供电可靠性,促进节能减排,促进新能源的利用,促进资源优化配置等内容,是一项社会联动的系统工程,最终实现电网效益和社会效益最大化。
因此,我们认为,智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的设备技术、控制方法、传感测量技术以及决策支持系统技术的应用从而来实现电网的安全可靠、经济高效的目标。
2 智能电网的主要功能
传统电网与智能电网相比较,它们之间的优点和特征都有所不同。从功能上来看,智能电网的主要功能包括:(1)鼓励电力用户参与电力生产和进行选择性消费。提供充分的实时电价信息和多样化用电方案,促使用户主动选择电能消费方式,并根据具体情况进行实时调整。(2)最大限度兼容各类分布式发电和储能,使分布式电源和集中式大型电源相互补充。(3)支持电力市场化。允许灵活进行定时间范围的预定电力交易、实时电力交易等。(4)满足电能质量需要,提供多种的质量—价格方案。(5)优化电网运营。以电网的智能化和资产管理软件深度集成为基础,使电力资源和设备得到最有效的利用。(6)抵御外界攻击。具有快速恢复能力,能够识别外界恶意攻击并加以抵御,确保供电安全。
3 智能电网技术的发展现状
3.1 国外发展现状
智能电网将为新能源产业技术和传统的电网技术带来巨大地改变,这已成为全世界的共识,同时很多的国家都以建立智能电网为目标、行动路线和投资的计划。目前,智能电网研究较为成熟的主要是美国。为升级其日益老化的电网,在提升电网可靠性、安全性,并提高用电方效率,降低用电成本,美国于本世纪初较早提出了智能电网的概念。迄今,美国智能电网建设从理论研究到实践探索都积累了丰富的经验。
根据2009年的美国经济刺激法案,美国能源部确定了两个专项投资计划,分别为“智能电网投资拨款计划”及“智能电网示范计划”,投资额分别为33.75亿美元和6.15亿美元。受此推动,2010年美国的智能电网项目的数量大幅增长,总投资额超过100亿美元。与美国之前的智能电网建设工作相比较,美国近年来的智能电网项目呈现几个特点:第一,绝大多数项目都得到了政府新兴产业研究的资金支持。第二,用户侧和配网侧建设速度提速,并成为新的发展重点。第三,跨电力价值链环节综合集成项目成为主要的投资方向。第四,围绕电力价值链多个环节的并发建设成为重要的项目类型。
德国是欧洲智能电网技术发展的典型代表。德国不断加速新能源的应用范围,令其无孔不入。例如,德国提出的新能源计划是,在每个家庭的房顶上,都装上太阳能发电装置,再在庭院里建一个小型风能发电站,用它们来满足每个家庭对电和热的全部需求。德国人之所以敢这样做,是因为在德国,一张无所不能的智能电网正在铺开。这张网建立起来之后,新能源的利用率几乎可以达到100%。
德国对智能电网有自己的认识,所谓建立智能网,也就是把所有能源产生的电量,都放在一张电网上进行传输,这张网就叫智能电网。但它又与普通电网不同,其最大的特点是,它应用了大量的IT技术,使其更像一张互联网,因此具有极强的互动性。
3.2 国内发展现状
在世界各国进行智能电网建设的同时,我国也在积极推进智能电网的发展。2009年5月21日,在2009特高压输电技术国际会议上,国家电网了“坚强智能电网”的研究成果,并了坚强智能电网计划(2010年至2020年),如表1所示。国家电网公司提出的坚强智能电网概念:坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,具有数字化、信息化、自动化、互动化特征,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。
此外,国家电网还提出了“一特四大”的电网发展战略,即以大型能源基地为依托,建设由1000kW交流和±800kW直流构成的特高压电网,形成电力“高速公路”,促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发,在全国范围内实现资源优化配置。同时,将以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,将先进的传感测量技术、信息技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网,它具有可充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、提高电力供应的安全性、可靠性和经济性、减小对环境的影响、保证电能质量和减少电网的电能损耗等多个优点实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。
参考文献
关键词:物联网;智能电网;智能巡检;智能用电
1引言
随着互联网技术以及无线传感技术的飞速发展,物联网技术成为新一代技术引擎,受到政府、科研单位越来越多重视,通过以物联网为主的信息技术与其他产业相互融合,实现经济可持续增长。而随着国家经济形势的发展,用电需求持续增加,如何优化能源结构以实现可持续发展成为电力工业研究的热点,智能电网凭借高效特性成为电力工业应对未来挑战的选择。物联网与智能电网作为目前高新技术产业,已经上升到国家战略,物联网技术凭借其强大的信息分析、处理能力,极大推动智能电网技术发展,因此,把物联网技术与智能电网技术深度融合,可以全方位提升智能电网信息感知深度,实现电网智能化管理。
2物联网与智能电网概念
2.1物联网概念
国际电信联盟最先正式提出物联网(InternetofThings)的概念。该联盟认为,物联网是互联网应用的一种拓展,是物与物相连的互联网;而本质上,物联网是物理世界和网络信息世界融合的产物[1]。随后,欧洲联盟在《TheInternetofThingsin2020》中提出:物联网技术是通过RFID(射频识别技术)、传感器技术、智能定位技术等互联网传输手段,获得客观物体的相应信息,以方便对这些标识性个体信息在全球网络范围内实现智能化的识别管理[2]。
2.2智能电网概念
2008年,中美在可再生清洁能源会议上首次提出"SmartGrid"概念。2009年,国家电网公司在国内提出“坚强智能电网”的理论。该理论认为,坚强智能电网是以各级电网协调发展的坚强网架为基础,以特高压电网为骨干,以通信信息平台为支撑,具有自动化、信息化、互动化的特征,坚强智能电网涵盖了电网系统中发电、变电、输电、用电等各个环节,覆盖了所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,具备经济高效、清洁环保、坚强可靠、友好互动和透明开放内涵的现代电网[3-5]。
3物联网技术在智能电网中体系架构
通信技术是制约当前智能电网技术发展的关键,物联网作为智能电网的传输网络,在面向智能电网的体系架构上分为三层:感知层、传输层、应用层。具体结构如图1所示。通过将物联网技术植入智能电网平台,实现智能电网的智能输电、智能变电、智能配电、智能用电。
3.1面向智能电网的感知层
物联网面向智能电网的感知层主要包涵控制子层和通信延伸子层。在控制子层,主要通过智能传感器、Rubee、无线射频识别(RFID)芯片、智能采集设备、电子代码(EPC)等手段,对智能电网关键环节的电量信号、非电量信号进行采集。通信延伸子层则是通过WI-FI无线保真技术、无线自组织网络(Ad-hoc)、超宽带(UWB)、近场通信(NFC)、Zigbee等通信手段把物理实体链接到网络层和应用层[1,6]。物联网面向智能电网的感知层实际上是对"物"的识别技术。
3.2面向智能电网的传输层
以电力光纤网为主的传输层又称为网络层,该层属于中间层,用来接收来自感知层的信息,并在一定范围内通过电力通信网来传递这些数据信息。为了安全可靠、实时性的传递电网数据信息,电力系统需要构建局部电力通信网,并在大范围内依托公共电信网,以实现在全社会范围传递数据。无线传感器网络(WSN)凭借其设置灵活,可以与互联网进行无线或有线连接的优点[7],成为构建电力通信网的一种新的发展趋势。无线传感器网络是分布式传感网络,由大量小型传感器节点构成,每个节点除了收集处理本地信息,还会对其他节点信息进行管理、融合。在无线传感器网络中,ZigBee技术是新兴的无线通信技术。凭借其近距离、低成本、低功耗、高容量、高安全、短时延的优点,ZigBee技术已开始应用于创建智能电网的局部电力通信网。在电力通信网中,感知层中的智能传感器对电网关键状态、信息进行采集,采集到的信息在本地节点进一步融合,随后,融合后数据在网络中传输,并由无线收发器完成数据的接收。具体结构如图2所示。物联网面向智能电网的应用层是以GIS(ge-ographicinformationsystem)数据、结构数据、非结构数据、实时数据等构成的电力综合信息平台为基础,搭建面向用户的各种电力应用平台。针对智能发电、智能输电、智能配电、智能调度、智能用电等不同的应用方向,有不同的应用内容。比如在智能输电环节中,通过对导线状态分析、气象条件分析、杆塔状态分析,实现对输电设备预警诊断和实时监控,以确保电力安全运行;在智能配电环节中,通过物联网技术对配电网小电流故障进行定位、有效隔离、重构,以实现配电自动化。在智能用电环节中,通过智能电表准确预测用户负荷需求,实现电网与用户的双向互动。在能量储存方面,引入电动汽车实现能量储存,并以Web为中心实现可互操作通信以及云计算。
4物联网技术在智能电网中关键应用
物联网技术在坚强智能电网中具有广阔的发展空间,建设坚强智能电网,不仅要对传统电网进行升级改造,而且要使用户、电网、电厂三者间互动,通过提高电网信息化水平,促进电网自动化、互动化、信息化建设。
4.1在智能配电巡检系统中的应用
在智能电网配电环节,配电设备数量众多、分布广泛,因此对配电设备巡检提出更多更高要求,基于GIS(地理信息系统)和RFID(射频识别技术)的智能配电巡检系统是物联网技术在智能电网中重要研究方向之一。将配电网中开关站、架空线路、配电室、分支箱、环网柜分成五个单元,每个单元安装若干电子标签,电子标签选择中频段无源只读式标签,该标签通过二进制编码对配电设备进行唯一标识。采集器(手持式智能终端)采集到配电设备RFID电子标签上设备履历、设备标识、设备台账及状态信息后,直接上传检查结果至服务器。智能配电巡检系统网络架构如图3所示。基于物联网RFID及GIS技术的智能巡检系统能够通过电子地图实现杆塔管理、利用GPS信号自动定位杆塔、可在地图上计算任意两点间实际距离、记录缺陷并实现无线数据同步。相较于传统的巡检系统,基于物联网技术的新型巡检系统能更有利于变电设备精细化管理、有效避免漏检、漏巡,提高了电网巡检系统的工作效率。
4.2在智能用电系统中的应用
基于物联网技术的智能电网,有效整合了电力资源,提高了电力信息化水平。而智能用电系统是坚强智能电网在用户侧的体现。目前,智能电网用户侧通常包括传统型居民用户、工业大用户、新型电动汽车充电系统等用户。传统用户、新型用户的具体需求由公共互联网传输至95598第2期王金鹏等:物联网技术在智能电网中应用研究35电力互动网站,而用户定制服务由电力主站通过电力通信网发送至用户侧。智能用电系统网络结构如图4所示。针对传统型用户,通过智能电表方便用户了解用电信息,用户根据分时电价信息,及时调整自己的用电模式。同时,电力公司可在线监测异常用电情况,实时监测电网状态,实现电网与用户双向交互。对于电动汽车充电系统等新型用户,首先在电动汽车电池中安装RFID电子标签,当电动汽车进入充电站,安装在充电站的采集器会首先检测电池电量情况,并及时反馈给调度中心,调度中心通过电力通信网将充电车位及行驶路线发送至车主,提供车主最优选择。物联网技术的应用使电动车充电系统更加高效。
5结论
随着电网规模不断扩大,以及用户对电力服务质量要求的逐渐提高,电网正面临前所未有的挑战。将物联网技术应用到电网的发电、输电、配电、用电、调度等环节,有利于电网进一步整合电力资源,提升电网监测、预警能力,从而改善电网的信息安全,同时也极大推动了电网的信息化建设、智能化建设,有利于实现电网可持续发展。
参考文献:
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[4]2009特高压输电技术国际会议情况介绍.
[5]柯斌.智能终端在智能变电站中的应用[D].上海:上海交通大学,2011.
[6]胡雯,孙云莲,杨成月,张翔.基于物联网的智能电网信息化建设研究[J].电力信息化,2013,11(4):87-90.
智能变电站的建设是国家电网为了响应“国家十二五规划”对“加快建设资源节约型、环境友好型社会”的发展要求。因此,我们就应不断的加强智能变电站的建设,进而不断的研究智能变电站建设的信息安全管理方法,以此来有效的保障智能变电站的信息安全。而对智能变电站的建设,不仅要求其占地面积少、检修维护成本低,而且还要求其具有一定的数字化特点,进而能够实时的调整电网的运行方式,进而有效的降低电能的损耗,从而有效的促进国家建设“资源节约型”社会目标的完成。
1 智能变电站的概念和系统分析
通过对智能变电站概念和系统分析的认识与了解,我们可更高效的研究智能变电站的信息安全管理办法,进而不断的降低变电站电能的损耗,以此来有效的节约用电资源。下面,就针对智能变电站的概念和系统分析展开具体的分析与讨论。
1.1 智能变电站的概念及架构分析
随着数字化变电站的不断发展,其就逐渐发展成为了智能变电站。因此,智能变电站主要就是在数字化变电站的基础上而建立的,进而再结合相应的智能电网的需求,以此来有效的对变电站自动化技术进行充实,进而有效的实现变电站的智能化功能。其中,智能变电站在运行的过程中主要是以高速的网络信息平台为一定的信息传输基础,进而自行的完成相应的信息采集、测量以及控制和保护等功能,以此来有效的实现对用电量的控制和调节功能,进而不断的降低电能的损耗,以此来有效的节约电能资源。而智能变电站的体系结构主要可分为三层,即:站控层、间隔层和过程层。因此,智能变电站的体系结构就具有分层分布式的特点。
1.2 智能变电站的信息系统分析
智能变电站可有效的对电网的运行数据进行采集,而信息系统在智能变电站中的运用,可有效的提高数据的采集效率,进而不断的对数据进行分析和处理。其中,智能变电站的信息系统主要特征有:信息化、数字化、自动化以及互动化和整合资源等几大特征,进而不断的对电网的数据进行收集整合和处理,以此来有效的降低电能的损耗,从而不断的降低电能资源。
2 智能变电站信息安全管理体系的构建
通过对智能变电站信息安全管理体系构建的认识与了解,我们可更高效的构建智能变电站的信息安全管理体系,进而不断的保护电网所传输的数据。下面,就针对智能变电站信息安全管理体系的构建展开具体的分析与讨论。
2.1 信息安全管理体系的内容和要求
2.1.1 信息安全管理体系的要求
随着电网规模的不断增大,建立一定的智能变电站的信息安全管理体系,对于提高员工的信息安全意识以及不断的提升变电站信息安全管理水平都具有至关重要的作用。因此,我们就应不断的构建智能变电站的信息安全管理体系,进而不断的增强电网组织抵御灾难性事件的能力,从而有效的提高信息管理工作的安全性和可靠性。
2.1.2 信息安全管理体系的内容
为了有效的构建智能变电站的信息安全体系,我们就应首先确定信息安全管理体系的适用范围,进而依据有关信息安全技术与管理标准,对信息系统以及数据传输的真实性与可靠性进行评估,从而有效的降低资产存在的风险。此外,我们还应不断的构建相应的信息安全管理框架,进而当出现一定的信息安全事故时,我们可及时对其进行解决,
2.2 智能变电站的信息安全管理体系的构建
2.2.1 基本原则
智能变电站信息安全管理体系构建的主要目的就是为了有效的确保电网与信息系统的安全稳定运行,进而不断的确保网络信息系统的可控性以及能控性,进而有效的提升网络信息安全系统的水平。因此,在构建智能变电站的信息安全管理体系时,我们就应遵循相应的原则,即:遵循相应的信息系统安全登记保护制度,针对不同的业务类型,我们应进行安全区域的划分,以此来有效的对电网的信息安全进行保护。
2.2.2 安全职责
在构建智能变电站的信息安全管理体系时,不仅要遵循一定的构建原则,而且还应遵循一定的安全原则,进而才能有效的加强对电网的信息安全管理。因此,在构建相应的智能变电站的信息安全管理时,我们应首先不断的落实网络与信息系统有关的法规和政策,进而制定相应的电力二次管理制度,以此来有效的对智能变电站的信息系统的全过程进行监督与检查,进而不断的降低信息安全事故发生的风险。此外,相应的业务应用部门还应不断的制定相应的安全防护方案,进而当电网出现相应的事故时,可对其进行及时的维护和运行,以此来有效的促进电网的正常运行,进而不断的满足人们的用电需求。
2.2.3 技术措施
为了有效的提高电网运行的可靠性,我们就应采取相应的技术措施,以此来有效的提高电网运行的高效性。因此,我们就应设置相应的防盗监控报警系统或安排专人进行值守,以此来有效的控制电网运行机房内的温度和湿度,从而有效的保证电网的正常运行。此外,为了有效的提高电网信息安全性,我们还应采取部署防火墙的措施,来加强对病毒的防范,进而不断的提高电网运行的可靠性。此外,我们还可不断的深化信息内外网边界的安全防护,进而有效的提高电网的隔离性能和效率。为了有效的增强电网信息的安全性,我们还可不断的加强信息内网远程接入边界的安全防护,进而不断的提高信息的安全性,以此来有效的促进电网的正常运行,从而有效的满足人们的用电需求。
关键词:智能电网;电力技术;电力系统
1智能电网的概念
1.1智能电网的发展
我国国力日益强盛,经济建设飞速发展,社会的生产生活离不开电力能源,随着我国“大众创新”口号的提出,社会活力被激发,不但使工业企业用电量大幅上升,而且人民生活用电量也得到提高,作为关系民生的电力行业必须进行产业升级才能满足人民对于电力能源的需求。智能电网的应用可以优化电力资源配置、防止电力系统超负荷运转造成电力系统的故障问题,同时在保证电力的正常运转和输电质量方面也发挥着重要作用,满足了用户对电力质量上的所有要求。关于智能电网系统的研究是在国外最先开始的,我国在近几年也逐渐加强了对智能电网的研究力度,虽然研究起步较晚但是却取得了丰硕的研究成果,广泛地应用于电力生产的实践当中去,取得了良好的效益。从本质上来讲,智能电网系统是多种技术综合应用,其中集合的信息处理技术、监控技术以及通讯技术等使智能电网在电力系统的运转过程中可以对输配电过程进行监控,有效控制电流流动方向,并且及时地对信息进行记录和处理。在电力系统中应用智能电网系统,极大地提高了电力企业的工作效率。此外,智能电网还有利于研究电力供应中发生的问题,对相关问题研究采用行之有效的促进措施,保证整体电力系统的稳定。
1.2智能电网的优势
智能电网在电力技术以及电力规划上有着巨大的应用优势,具体体现在以下几个方面:第一,在节约能源方面,智能电网系统有着不俗的表现。智能电网使电力系统运转的几大关键环节有机的结合在一起,智能电网系统中的智能化系统,可以对电力系统运转过程中的问题进行自我纠正、自我调节,智能电网在操作中采用自动调节和控制方式,节约了大量的人力资源,使以前需要进行大量相应工作的人员解放出来,促进了人力资源的高效利用。在电力供应过程中,智能电网能够对各个关键环节的能源消耗进行把控,降低供电过程中的能源损失,为企业效益的提升做出了贡献。第二,智能电网系统自身具有良好的抵御风险的能力,这里的风险主要分两部分:来自网络中病毒对于软件的侵害,来自外界物力的侵害。智能电网系统能够对自身的网络安全系统进行不断的更新升级,保证其自身的网络安全防御系统处于最新版本,使电力系统的运转在任何情况下都能稳定输出电力能源。智能电网的自动控制处理系统能够在其自身部件受到外部损害时,在系统运行上进行诊断,对于不能工作的部件在系统上进行分离,不让损害部件影响整体系统的高效运转,保证系统的工作性能。第三,智能电网在运行过程中不仅仅可以减少供电过程中的能源损耗,而且其自身的运行模式也是低能源消耗模式,在电力系统规划和电力技术上实现了低碳环保的目标,符合国家倡导的可持续发展和建设节约型社会的战略要求。基于这些优点,在未来智能电网将会在全世界的范围内得到更广泛的应用和发展。
2在电力技术和电力系统规划中智能电网的应用分析
2.1通信技术
通信技术运用到智能电网中,使得智能电网更加便捷且功能齐全、使用范围广泛,不仅能够有效地对各个电力供应时的节点精准的监控,并且能够自动将监控内容进行反馈实时记录。这样一来,提高了对智能电网的监控和通信等功能,使得智能电网能够做到既能不断应用信息功能实时地对电力进行快速反馈相互交换,又能对实时反馈的信息针对性地做出快速调整,找出节点出现的问题进行校正。因此,通信技术的应用不仅提高了智能电网的功能,更使得智能电网的智能化突出明显。
2.2大容量储能技术
电力储存质量的高低是供电企业在电力供应时能否提高供电时输出效率的重点,也是能否提高供电企业竞争力和经济效益的关键环节。因此,智能电网中加入大容量的电力储能技术就可以使智能电网电力效率和电力储存得到大幅度提高,增强一定的工作效率。
2.3专家系统
专家系统目前是一项先进的技术,专家系统拥有对已知信息解决问题、分析结果,还具备对电网目前的状况进行预判,提示有几率出现的隐患,预防电网运行中出现安全问题。这样智能电网就可以对已知情况进行预测和解决,对未知隐患进行提前排查及早预防。专家系统在智能电网中的应用和设计真正地让智能电网更智能,使得各个功能集于一身,做到真正的智能且功能强大。
2.4固态表计
此项技术的研究目的主要是用于对电力维护和对评估电网设备的状况进行检查,与此同时,表计的方式去读数据更能直观的感受并防止窃电和减缓电网阻塞等问题,及时与用户沟通以此来提高安全系数。
2.5超导技术
如大家所了解的,长时间的超高压输电的耗损很大,但是通过超导体就能大大降低耗损,如今科技的进步,超导体已经不断地被发现利用,而我们的智能电网就可以使超导输电变得更加实用广泛且节约。如果能够充分发挥超导体方面的应用技术,那么提高电网的传输功率和供电的质量以及电力的生产效率将会有很大突破。
3结语
智能电网从诞生到应用,因其自身的优点使得电力技术和电力系统规划方面问题得到了有效的解决,智能电网作为国家电力发展的必然趋势,对其的应用还需进一步地进行研究。我国已经进入全面建设智能电网的阶段,促进了我国加速实现“两个一百年”的伟大目标,同时智能电网的不断应用也使得电力能源的质量不断提升,满足了人民群众对于电力的需求,促进社会进一步贡献出来自电力事业的一份力量。
参考文献
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[3]程樾.浅析智能电网在电力技术及电力系统规划中的应用[J].中国新技术新产品,2016(15):18-19.
【关键词】电力信息通信;智能电网;电力系统;应用
中图分类号: F470.6文献标识码:A 文章编号:
前言
二十一世纪以快节奏为社会发展的主旋律,经济日新月异,社会不断进步,信息和科技化水平也不断提高,随之而来的是全球环境和资源问题日益突出,电网的发展也在此背景下面临新的挑战。以现代通信、控制和信息技术为基础的智能电网系统应运而生,它满足可持续发展要求,被公认为21世纪电力技术的重大创举和发展方向。而电力信息通信技术作为电力网络稳定安全运行的基础技术,也必须加快各种新技术的开发利用,才能为智能电网的运行提供安全可靠的保障。目前,许多国家的电力企业都在对智能电网实行各个方面的研究实验,它的概念正在不断地清晰和丰富。智能电网对电力信息通信有极高的要求,电力信息通信需为智能电网提供支持随时、随地、任何业务、任何设备的自由接入服务,保证拥有电力系统和设备“即插即用”、可靠、安全、经济的通信条件。
1. 电力信息通信及智能电网的概念
1.1 电力信息通信的概念
电力信息通信作为电力系统不可缺少的一部分,是电力系统从发电、变电、送电、配电及用电整个过程中提供特殊通信服务的保障基础。电力的生产到使用之间还存在许多的步骤,要保证在这些步骤中做到统一调度、集中管理,从而达到电力传输的经济、安全,就离不开通信系统的配合,通信方法的可靠、通信系统的完善也是电网安全配电供电的重要条件。电力通信与配电网路拥有相同的服务对象以及相依托的物理结构,这使电力通信系统与电网具有密不可分的关系。电力信息通信也是电力市场商业化、信息化、自动化、现代化控制的手段,在电力系统现代化过程中发挥着越来越重要的作用。
1.2 智能电网的概念
智能电网的研究对象是电力系统中的发电、送电、变电、用电等等一切与电相关的信息和环节,智能电网的研究是为了开发出新的电网管理、控制、信息技术,并对这些技术进行整合,从而使电力系统从发电到用电都达到自动化、智能化的要求,使电力生产、输送都更加安全经济。智能电网是目前电力企业最主要的追求,他们利用各种手段和方法促成先进技术和各类业务的结合,以获取最大的经济效益。安全性是智能电网的最基本最重要的要求,电网中每一个因素都有可能影响到电网安全,而智能电网必须对其中的硬件因素和软件因素都能做出及时且迅速的反应,以确保电网系统的平衡。
2. 智能电网对电力信息通信的要求
我国在智能电网的建设上不断投入,智能电网的发展日益壮大,增加了大量的系统节点,电网调度任务也随之日益繁复,这要求电力系统对电网有全过程、全方位的监控和计算分析,动态更新、在线等一切信息的获取处理也对电力信息通信提出了新的要求。与智能电网配套的电力信息通信必须具备以下几种功能。
2.1 即时信息系统
即时信息系统的缩写为SIS,该系统的作用主要是对电网中运行的数据进行处理分析。即时信息系统是建立在互联网技术的基础上,以国家的电力数据网络为辅助工具的通信系统,即时通讯系统会将电力信息在社会上公开,对保障信息安全防护和隔离具有极其重要的意义。
2.2 EMS 系统
EMS系统的功能实际上是一个对信息数据的集合分类,该系统从电网的监控系统和采集系统处获得实时数据,再对这些数据的紧急实用程度进行分类处理,把较为紧急的数据传递给即时信息系统。不同的信息量和信息类型还有不同的传输接口,而不同的传输接口又有不同的传输速度,这就保证了实时数据的及时有效的传输处理,避免冗余数据对紧急数据处理的干扰。
2.3 电能计量系统
智能电网对电能计量系统的要求比传统电网的要求要高很多,不仅必须拥有一般的常规测量功能,更需要电力计量系统能够进行分时段累计存储以及双向计量,这两项功能对智能电网的电费计算和电能控制上有着很大的意义。另外,智能电网的电能计量系统还需具备自动采集、预先处理、远距离传输存储、分析统计等功能,是未来的智能电网与新能源网并网的前提。
2.4 需求端管理
当前的智能电网是采用无线公网的通信系统与广大电能用户之间进行信息交流的,这就注定了终端用户非常多,也就是电网节点过多,但业务量却相对较少。如果采用 GPRS 技术或 CDMA 技术以及3G通信技术,可以保证用电户的情况可以得到及时具体的掌握,是目前智能电网的发展趋势。
3. 电力信息通信在智能电网中的应用领域
如何加强智能电网中电力信息通信的发展,可以分为成三个层次:首先,发展信息通信系统的基础设施体系,如装备、网架;其次,发展技术体系,如采用国外通信行业成熟技术,开发一系列新技术;最后,发展应用体系,即在智能电网中各个领域使用电力信息通信,如输电领域、新能源领域、配电领域、变电领域、安全领域等。下面是各个领域中电力信息通信的应用。
3.1 新能源领域
自然界中的能源分为可再生能源和不可再生能源两种。如风能、太阳能等可不断再生,取之不尽用之不竭的能源称为可再生能源,而如煤炭、石油等开采之后再短时间之内不可能再次生成的能源为不可再生能源。智能电网的发展目标就是取缔对不可再生能源的使用,而广泛地以可再生能源代替不可再生能源。这就需要在接入和控制新能源方面进行大量研究,以便新能源顺利并网。因此,我们必须根据并网要求,制定电力信息通信的标准接口,使电力信息通信系统能够自动调节新能源接入后的电能电压、功率和质量。另外电力信息通信系统还应该对新能源的发电实现启动、停止、功率控制等方面的有效管理。
3.2 配电领域
配电网络是组成电力网络的重要部分,配电网网架具有可靠、灵活、高效的特点,而具有高安全性和高可靠性的电力信息通信网络与之配合,可以达到自动化故障发现和处理的效果,满足储能元件和电源的高渗透性接入要求,使电力供应质量大大提高。而融合了现代计算机信息通信测控技术的智能配电网技术,对未来配电系统的互动、兼容、自愈、集成、优化是十分有利的。
3.3 变电领域
智能电网的建设离不开智能变电站的建设,智能变电站是为智能电网提供控制对象和监控数据的设备,是智能电网的物理基础,它的建设贯穿建设智能电网的全过程。建设智能变电站需要运用先进的信息、传感、智能、控制等技术,用智能化的一层设备、网络化的二层设备、规范化的信息平台作为基础,达到变电站全景实时监测、运行自动控制、协同互动站外系统、智能调节的目的,使变电更加可靠、安全、自动化。
3.4 输电领域
智能电网的输电要求就是实现电力的大容量、远距离、低损耗输送,也要求输电网使用清洁能源,并实现电能跨地区的优化配置。要建设优秀的智能电网系统,我国的输电线路的输送能力和监控状态还有待挖掘。其中,要加强输电线路的监控,可以采取合适的通信方式,对基础信息、运行管理、灾害预警、线路运行状态等进行全方位的监控。使不同单位机构的监测信息能够融合统一,统筹处理。
4. 电力信息通信在智能电网中的应用
要保证电力信息通信在智能电网中得到有效的利用,就要做到以下几点:首先,智能电网的主要通信工具就是电力信息通信,因此,要发挥电力信息通信的作用,就必须与其互相配合,将电力信息通信纳入智能电网建设的整体规划当中,将电力信息通信建设成一个开放性的网络平台,与智能电网的设备间可到达信息互通。其次,可以在智能电网的末端使用电力信息通信技术,比如,在发电设备、送电设备甚至终端用电设备上运用电力通信,其可靠性和防御性是对电网安全稳定运行的有力保障。最后,加大对电力信息通信系统配套设施的资金投入,在协调电力通道建设和资源环保方面加大力度,使电力网络体系建设和电力网络综合配套设施建设同步加强,以实现将智能电网电力信息通信系统建成综合信息系统的目标。
结语
电力信息通信是智能电网的基础,它支撑着智能电网的快速、安全、正常的运行。电力信息通信网络的建设,是智能电网建设成败的关键。我国要建设统一的智能电网系统,就必须有先进的电力信息通信系统作为基础支持,以满足智能电网对电力通信系统高速、可靠、互动、环保等性能的要求。而如今的信息通信技术发展极快,这为电力网络智能化提供了充足的条件和环境,使智能电网成为未来电网系统的主打。同时,电力信息通信技术在智能电网中的应用还存在许多有待解决的问题和困难,如何将电力信息通信技术与智能电网完美地结合在一起,使之更好地服务于广大群众,为千家万户提供更方便快捷的电力和信息通信服务,是值得我们进一步开发研究的课题。
参考文献:
关键词:智能电网;通信;关键技术
0引言
全球能源危机的迫近,给电力行业带来严峻考验,新能源的开发利用也正加快步伐推进,清洁电力上网问题日益受到重视;用户对电能质量的要求持续提高,用电负荷进一步加大;供配电企业之间的竞争越来越激烈,种种诱因都为发展智能电网技术带来了契机。智能电网运行灵活,能够为清洁能源电力上网提供技术支持,电力供给更加安全、经济高效和友好,是国家电网重要发展战略。本文对智能电网的概念以及运行特点进行分析,并对其关键技术问题进行介绍。
1智能电网概念
智能电网指的是电网智能化,是电网技术发展的2.0版本。智能电网以信息和通信技术为支撑,建设高集成度、高速信息传递的电网系统,利用高速传感器以及先进测量技术,引进理念先进的决策支持系统,对电网的可靠、安全、经济、高效以及友好应用提供强有力的支持。
2智能电网运行特点
智能电网在设计和运行过程中,利用高速双向通信通道进行信息传递,并利用传感器技术、测控技术等进行数据采集和指令的执行。总的来说,智能电网运行特点如下。
2.1自愈功能
智能电网的自愈功能是指当电网在遭受突发事故破坏时,例如雷击、地震、火灾或其他自然灾害以及人为破坏后,能够在短时间内对故障进行诊断、定位、隔离以及修复,以自身能力对电网进行保护,实现电力系统的安全运行。自愈功能发挥作用的基础是系统对电网实时状态的监控和掌握,能够在尽可能少的人工干预下,进行备自投、故障隔离等操作,实现电网的自我恢复。
2.2较高的兼容性和集成性
智能电网的标志之一是较好的兼容性和较高的集成性。智能电网的兼容性首先表现在数据格式的兼容,能够提供不同的数据格式的支持;其次,表现在设备的兼容性上,不同厂家、不同标准的设备能够与智能电网进行互通和运行;智能电网的兼容性还表现在对于不同用户的用电需求能够实现精确控制,满足不同用户的需求。高度集成的系统对于信息采集、处理以及信息安全的保障具有重要作用。
2.3安全性
智能电网的安全性除保证电网的供电安全外,还包括与变电站、客户、终端设备之间的通信网络的数据信息安全,智能电网通信技术目前应用较为广泛的是光纤通信,数据流量大,通信质量有保障。
3智能电网信息及通信技术关键问题
当前,智能电网信息及通信技术的研究热点,主要集中在通信技术、信息安全以及通信体系标准化建设等方面,这些关键技术的革新,将会给智能电网的建设及发展带来飞速发展的契机。
3.1通信技术问题
通信技术及通信网络,是智能电网信息输送的动力源泉以及大动脉,对于智能电网终端信息采集、数据传输以及保护、网络控制等意义重大。解决通信技术及通信网络的建设问题,是发展智能电网的基础保障。当前,以光纤通信为代表的信息通信技术是该领域的主流。
3.1.1光纤通信技术问题
光纤通信技术是以光纤作为信息传递的通道和载体,实现数据互通的技术。一般而言,光纤通信技术可以借助MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitching,多协议标签交换)技术将传统光纤由2M带宽扩容到100M,可有效降低成本。目前智能电网光纤通信技术的主要问题是在架设以及更换加挂时光缆型式的选择。智能电网通常采用OPGW、OPPC、ADSS等光缆进行网络建设。OPGW光缆在敷设时具有以下两种优势:第一,OPGW光缆在敷设时与地线可复用架设,能够减少工程量,降低成本。第二,OPGW光缆能够将信号在传输过程中的损失控制到较小的程度,适用于智能电网长远距离信息传输使用,以确保通信质量。其主要缺点是易受雷击,需附设防雷击装置以对其进行保护。而ADSS光缆相较于OPGW而言,在防雷击方面具有明显优势;且由于其采用低密度材料,在敷设时更加便于施工,对输电线路影响更小;此外,该光缆敷设采用杆塔添加形式,维修和线路优化工作便于展开。该光缆应用的主要缺点在于电腐蚀情况较为明显。OPPC光缆目前主要在发达国家应用,其主要特点是能够与相导线复合使用,借助相导线的高压对光缆形成天然的保护,成为OPGW以及ADSS光缆敷设盲区的最佳替代品。三者相比,OPPC以及OPGW光缆主要适用于新建线路中,而ADSS光缆则主要用于老旧线路加挂时使用。
3.1.2电力通信技术问题
电力通信技术目前主要问题有两种:第一,电力线缆本身的射频干扰以及载波频率过低,都对其寻找合适的替代品带来较大难度,另外,新材料应用的技术难题也困扰着电力通信技术的发展。第二,互联网通用的TCP/IP协议无法兼容与电力线通信,许多新技术难以得到应用。针对目前电力通信技术的主要问题,一方面可以从开发新型信息承载材料入手,解决电力线缆的使用弊端;另一方面,BPL标准开发的发展,将为未来电力线兼容互联网协议提供标准体制上的极大助力。
3.2信息安全技术问题
智能电网从自身分布式的系统以及终端获取运行数据信息,实现数据的交换,因而,信息传输的安全与否直接关系到电网运行的安全,甚至能够影响国家战略部署和社会安定。因此智能电网ICS/MCS系统的安全问题显得愈发重要。ICS/MCS系统的安全问题主要包括物理安全、运行安全以及信息安全三个方面。而由于智能电网的数字化程度高,易遭受网络恶意代码的攻击,对电网造成极大威胁,这类威胁主要分为主观威胁和客观威胁两类。客观威胁主要来自电网内部,包括自身电力设备及网络设备的损坏或故障,由于工作人员的疏忽带来的威胁也属于客观威胁;而主观威胁则主要来自系统外部,主要包括商业间谍、犯罪分子以及网络黑客的攻击。智能电网信息安全防护的重点在于保证信息的完整性以及及时性,一旦信息完整性被破坏,无法及时进行传递,会造成整个电网运行的控制指令的错误甚至电网瘫痪。而传统信息安全中所指的私密性在电网信息安全中反而处于较低的优先级。为保证智能电网信息安全,需建立完整的信息安全方案,主要目的是:①设备接入控制:防止除系统许可的各类电气设备、网络设备等之外的设备接入系统。②数据信息认证:确认系统接收信息来源的合法性和信息完整性。主要技术手段可采用:第一,对终端各设备进行离线注册并分别分配密钥,并采用基于IBE策略的访问控制及认证,确保终端设备接入的合法性。第二,采用基于HASH函数的信息完整性确认技术,确保系统接收到信息的完整性。
3.3标准体系构建问题
目前,对智能电网的继续发展形成掣肘的主要问题之一便是标准体系迟迟未能完善。智能电网的建设牵涉到种类繁多的电气设备、网络设备,类型多样,需要构建一个统一的标准体系来确保各设备之间协调运行,形成这个标准体系的主要组成包括通信协议和标准。其中通信协议主要包括互联网TCP/IP通信协议,而通信标准除了包括BPL标准外,还包括BACnet、IECTC57、IEC61400-25、IEEE802和1588等。从电网的发电、输电、配电、送电和用电五大环节中,前三个环节目前在我国基本形成了比较完善的通信协议标准体系,以IEEE体系作为基本标准,对电网广域时间进行同步,同时借助PTP等协议对发电控制系统进行精确调节。但是,在送用电环节,由于涉及到的用户较多,用电设备种类覆盖面积大,因此尚未与电气生产商达成广泛共识,形成统一的送用电标准体系,该项工程将会是未来智能电网发展的重点。
4结语
本文对智能电网信息和通信技术进行了多方位探讨,分析了智能电网的概念以及包括自愈功能、兼容性和信息安全性等在内的智能电网运行特点,着重分析了目前智能电网信息和通信技术的关键问题,包括通信技术确保通信畅通、信息安全技术保证信息完整和及时性以及标准化体系构建的前景等问题。
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【关键词】智能电网;需求响应(Demand Response);电力供应
在电力生产、传输和使用的环节,由于电能不能大规模储存,一直以来都力求遵循着供给=需求的原则。实际上,电能在使用上经常存在运行不经济,即规模不经济性。为了实现对用户电力供应的可靠、安全和经济性,我国引入智能电网的相关概念,旨在通过高技术手段缓解电力供应过程中存在的问题,保证电力运行更加有效,即满足用户的用电需求,又能通过对用户侧的需求响应做出合理有效的管理措施,促进电力系统发展。
1.智能电网和需求响应的相关概念
1.1 智能电网的概念
智能电网就是电网的智能化,也被称为“电网2.0”,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。它是以物理电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置,确保电力供应的安全性、可靠性和经济,满足环保约束,保证电能质量,适应电力市场化发展。
在智能电网下,将实施更为全面合理的分时电价政策。在各用电领域全面推行实时电价体系,并及时将电价告知电力用户,可使用户根据自己的需要,结合实际的电价,选择自己的用电方式,使用户调节负荷,移峰填谷。电网企业根据发电来源、负荷性质、时间区段等因素制订一系列合理的电价政策,及时向用户实时电价、实时负荷、实际供电情况等与用户相关的电网运行情况。智能电网下的电力供应力求做到降低成本,运行经济合理。
1.2 需求响应的概念
在智能电网中,用户是用电的最终用户,是电力系统不可分割的一部分。从智能电网的角度来看,用户的需求是一种可管理的资源,它有助于平衡供求关系;从用户的角度来看,电力消费是一种经济的选择,通过参与电网的运行和管理,修正其使用和购买电力的方式,从而获得实实在在的好处。用户将根据实时电价调整其用电模式,减少或转移高峰时的电力需求,使电力公司减少资本开支和营运开支,减少能源的损耗,产生环境效益。
智能电网下,如果用户对于用电过程中出现的电力价格、电力供应时间、电力方面的政策等有关变化及时做出反应,选择在电价较低的低负荷时段用电,负荷高峰时让峰。在智能电网下,用电管理部门可以通过采取有效措施,引导电力用户优化用电方式,提高终端用电效率,优化资源配置,改善和保护环境,实现最小成本电力服务所进行的用户需求侧管理活动。用户侧同理需要及时掌握电力供应的相关动态,并适时做出响应,更加主动的减少用电负荷,提高用电效率,优化资源配置。
1.3 智能电网下需求响应应用意义
需求响应的提出,引导电力用户主动提高终端用电效率,优化用电方式,在不影响自身正常用电需求的情况下减少电力消耗和电能需求,达到保护环境和节约能源的目的。对社会而言,需求响应的实施可以减少电力需求,从而减少一次能源的消耗与污染物的排放,缓解环境压力,同时减少社会资源的投入和自然资源的消耗。
按照用户不同的响应方式将电力市场下的需求响应划分为以下2种类型:基于价格的需求响应和基于激励的需求响应。基于价格的需求响应是指用户响应零售电价的变化并相应地调整用电需求,包括分时电价、实时电价和尖峰电价等。用户通过内部的经济决策,将用电时段调整到低电价时段,并在高电价时段减少用电,来实现减少电费支出的目的;基于激励的需求响应是指需求响应实施机构通过制定确定性的或者随时间变化的政策,来激励用户在系统可靠性受到影响或者电价较高时及时响应并削减负荷,包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应)和容量/辅助服务计划等。需求响应还是缓解系统短期容量短缺和推迟电网升级投资的有效方法,还能够降低系统高峰期电价、减少电价波动风险、优化资源配置和保证市场稳定运行,对电力工业和经济发展以及环保等方面都有着重要的战略作用。
2.我国智能电网下需求响应应用现状及问题
2.1 需求响应的现状
从1998年至2010年我国相继颁发了《电力需求侧管理办法》、《加强电力需求侧管理指导意见》系列文件,政策上予以支持。我国江苏省更是在1998年成立国家电网公司电力需求侧管理指导中心。
分时电价上,我国居民峰谷电价推广至江苏、上海和浙江等省份;上海和江苏工业峰谷电价比例达到5:1;丰枯电价:云南将丰水期电价下浮15%,枯水期上浮20%,峰谷电价上下浮动50%,并将丰枯峰谷电价扩大到100kVA及以上的商业用电和非居民照明用电。从2008年起山东试行尖峰电价,河北实行尖峰电价的企业达到4000家,降低用电高峰负荷100万千瓦以上。河北省规定对尖峰期自愿中断负荷的企业,每1万千瓦累计中断1h补贴1万元,相当于1千瓦时电量补偿1元;江苏、上海、浙江和福建对高峰时期执行可中断负荷避峰用电的用户给予减免容量电费或一定的电价补偿。
2.2 需求响应的问题
在分时电价上我国的峰谷电价比不合理,我国仅有2-3倍,而且实施省份相对较少。相比较国外的峰谷电价比一般为5-8倍,最高的可达到9-10倍;可中断负荷补偿标准太过笼统,没有考虑到用户的类型,用户没有产生有效地响应。我国电力公司应该采取重在采用市场价格手段之外的促使需求响应的一些措施。
3.对促进我国实行智能电网下需求响应应用的几点建议
第一,政府发挥主导作用,在法治和政策等方面采取强有力的手段,来实施智能电网下的需求响应。政策上要允许电网公司以财政激励手段去实施电力需求响应计划。主要包括:制定面向用户的多种可供选择的鼓励性电价推动用户移峰填谷,对电力需求侧终端用户,采用节电技术设备的折让销售、节电设备的免费安装、节电设备租赁、节电特别奖励等市场手段来鼓励用户提高用电效率,节约使用能源。出台相应的政策和规则,如税收优惠、贷款优惠等鼓励政策,限制超标准、高耗能设备使用等节能法规政策等,为能源服务公司的运作营造一个有利的环境,对节能技术、产品的开发进行政策鼓励和标准认证,建立分享节能效益的会计科目。
第二,电力公司需作为实施综合资源规划和需求方管理的主体。与电源开发和供电一样把节电纳入日常运营活动,电力公司及时准确的提供电力供应、电力价格变化等相关信息的变化,并予以告知用户,同时制定激励电力用户需求相应的措施,如提供如容量电价、峰谷电价、分时电价等。其中,能源(节能)服务公司是需求方管理的实施中介。为有力地推进规划的实施进程,部分节电项目的执行工作往往由具备资格的节能服务公司、能源管理公司或能源效率中心来承担,协助政府和配合电力公司实施需求方管理计划。
第三,用户侧主动提高并采取响应节电措施。用户根据政府、电力公司等部门提供的相应信息,主动采取措施,在高峰时段降低负荷,或者将用电需求调至低负荷阶段。同时,用户可以采用相关部门提供的高效设备提高终端用电效率减少电量消耗,取得节约电量效益。
4.结论
智能电网时代依靠有效的需求响应(DR,Demand Response)能实现信息和电力的双向互动,从而提升电力系统运行的总体性能和效率。本文对用户侧实现需求响应的重大工业价值进行阐述,并针对目前我国智能电网下需求响应现状给出优化实施解决办法,促进智能电网下需求响应深入实施,推动中国坚强智能电网建设工作稳步发展。
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