智能电网大数据

智能电网和大数据

1 智能电网

智能电网(smart power grids)，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，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世纪用户需求的电育濒量、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。

在现代电网的发展过程中，各国结合其电力工业发展的具体清况，通过不同领域的研究和实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映出各国对未来电网发展模式的不同理解。近年来，随着各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势，发展智能电网已在世界范围内形成共识。

从技术发展和应用的角度看，世界各国、各领域的专家、学者普遍认同以下观点:智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。

2 智能电网的发展

2.1 美国

2.1.1 电网2030规划

2003年2月，美国时任总统布什提出“电网2030规划”，指出要建设现代化电力系统，以确保经济安全，同时促进电力系统自身的安全运行。该规划的主要内容有:为所有用户提供高度安全、可靠、数字化的供电服务，在全国实现成本合

理、生产过程无污染、低碳排放的供电，经济实用的储能设备，建成超导材料的骨干网架。为有效促进智能电网建设，美国于2007年12月颁布“能源独立与安全法案2007"，确立了国家层面的电网现代化政策，设立新的专责联邦委员会，并界定其职责与作用，建立问责机制，同时建立激励机制，促进股东投资。

2.1.3 奥巴马政府施政计划

美国总统奥巴马为振兴经济，从节能减排、降低污染角度提出绿色能源环境气候一体化振兴经济计划，智能电网是其中的重要组成部分。

2.2 欧洲

欧盟为应对气候变化、对能源进口依赖日益严重等挑战，向客户提供可靠便利的能源服务，正在着手制定一整套能源政策。这些政策将覆盖资源侧、输送侧以及需求侧等方面，从而推动整个产业领域深刻变革，为客户提供可持续发展的能源，形成低能耗的经济发展模式。欧洲智能电网技术研究主要包括网络资产、电网运行、需求侧和计量、发电和电能存储四个方面。

2.3国外智能电网技术研究近况

按照智能电网本身所覆盖的价值链环节，智能电网的关键技术可划分为智能用电、智能网络、新能源发电与智能企业四类。

（1）智能用电:包括智能表计、电池技术、家庭自动化、微型电网、优质供电园区等。

（2）智能网络:包括调度自动化、即插即用式智能电力设备、智能保护装置、测量监视设备、电力电子设备、海量数据处理技术和可视化技术等。

（3）新能源发电:包括可再生能源发电、微透平技术、超导储能技术等。

（4）智能企业:包括信息集成技术、通信技术等。

2.4 建设智能电网涉及的重要技术

2.4.1稳定而灵活的网络拓扑

稳定、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡，无论从当前还是从长远看，要满足经济社会发展对电力的需求，必须走远距离、大规模输电和大范围资源优化配置的道路。特高压输电能够提高输送容量、减少输电损耗、增加经济输电距离，在节约线路走廊占地、节省工程投资、保护生态环境等方面也具有明显优势。因此，发展特高压电网，构建电力“高速公路”成为必然的选择。如何进一步优化特高压和各级电网规划，做好特高压交流系统与直流系统的衔接、特高压电网与各级电网的衔接，促进各电压等级电网协调发展、送端电网和受端电网协调发展、城市电网与农村电网协调发展、一次系统和二次系统协调发展，成需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大，互联大电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越突出，对主网架结构的规划设计要求相应地提高。只有灵活的电网结构才能应对冰灾战争等突发灾害性事件对电网安全的影响。

2.4.2开放、标准、集成的通信系统

智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力:既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对己经发生的扰动做出响应的能力。智能电网也需要不断整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理平台，从而为电网规划、建设、运行管理提供全方位的信息服务。因此，宽带通信网，包括电缆、光纤、电力线载波和无线通信，将在智能电网中扮演重要角色。智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，这一问题需要格外注意。目前美国EPRI的合作伙伴PowerWec, EEI, NERC以及爱达荷州实验室正致力于信息安全问题的研究。

2.4.3智能、标准的计量体系和需求侧管理

电网的智能化需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。目前我国的电表只是达到了自动读取，是单方面的交流，不是双方的、互动的交流。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的先进计量系统能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应。将来随着技术的发展，智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。这里涉及到用户门户(customer portal)技术，作为美国Intelligrid项目的重要研究内容之一，该项研究致力于设计与目前用户使用的提供“非能源服务”的协议相连接的接口。

2.4.4智能调度技术和广域防护系统

智能调度是未来电网发展的必然趋势，调度的智能化是对现有调度控制中心功能的重大扩展。调度智能化的最终目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术，协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系。智能化调度的核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防。

2.4.5 智能化调度的关键技术包括:

（1）系统快速仿真与模拟(fast simulation and modeling,FSM)。

（2）智能预警技术。

（3）优化调度技术。

（4）预防控制技术，事故处理和事故恢复技术(如电网故障智能化辨识及其恢复)。

（5）智能数据挖掘技术。

（6）调度决策可视化技术。

另外还包括应急指挥系统以及高级的配电自动化等相关技术，其中高级的配电自动化包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互(如负荷管理、量测和实时定价)。

2.4.6可再生能源和分布式能源接入

在发展智能电网时，如何安全、可靠地接入各种可再生能源电源和分布式能源电源也是面临的一大挑战。分布式能源包括分布式发电和分布式储能，在许多国家都得到了迅速发展。分布式发电技术包括:微型燃气轮机技术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等。分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。风能、太阳能等可再生能源在地理位置上分布不均匀，并且易受天气影响，发电机的可调节能力比较弱，需要有一个网架坚强、备用充足的电网支撑其稳定运行。随着电网接入风电量的增加，风电厂规划与运行研究对风电场动态模型的精度和计算速度提出了更高的要求。

电力企业投产清洁能源项目越来越多，光伏发电、风力发电都对地形地貌、环境特征有很高的要求和条件。针对于清洁能源项目建设的要求可借助电力生产MIS系统与地理信息GIS系统中大量的数据，结合环境采集数据等，综合考量不同地域电力生产水平、地形优势与资源分布。利用大数据的数据挖掘技术提供给规划人员支撑电站建设布局的决策数据，实现项目建设的科学调配。也可通过综合分析影响风力发电、光伏发电机组运行的诸多环境因素，例如:温度、光照、湿度、风力等数据，预测气候模式，从而规划处最佳的机组运行方案。通过这种

方式，可有效降低生产成本和提高产出效益。

2.4.7决策支持和人机接口

现代电网需要专业的、无缝的、实时使用的应用工具，以满足电网操作和管理人员做出快速决策的需要。决策支持和人机接口技术主要包括可减少大量数据到易于理解的可视格式的可视化工具和系统以及当系统运行人员操作时需提供的多种方案软件系统，还可以用作演示的控制板、先进的控制室设计等等。

2.5 中国智能电网标准体系

2.5.1基础与通用

本领域包括术语和方法学、安全、电能质量等。

2.5.2发电领域关键设备及技术标准

（1）常规发电关键设备

涵盖:次同步振荡抑制装置、大机组设备状态检测与故障分析系统、水电机组设备状态监测、梯级水电站调度控制、发电厂快速并网装置、常规能

源和新能源的自动化成套控制系统。

（2）大规模可再生能源关键设备

涵盖:风电场故障穿越装置、风光储智能控制系统、间歇电源功率预测调度、兆瓦级光伏并网逆变器系统、间歇式电源功率控制、风电机组控制系统、风光储联合电站一体化智能监控系统以及新能源发电监控系统。

（3)大规模储能关键设备

涵盖:集成储能功率平滑调节、化学电池模块化集成、电池储能能量管理、电池储能转换装置、飞轮储能装置、电容/超导储能装置、储能电站智能调度以及化学电池储能。

涉及技术标准:常规电源网源协调技术标准、风电并网技术标准、光伏并网技术标准、其他新能源并网技术标准及大容量储能系统并网技术标准。

2.5.3输电领域关键设备及技术标准

（1)输电线路状态监测

涵盖:输电线路状态监测装置及输电线路状态监测系统。

（2)柔性交流输电

涵盖:静止无功补偿器、故障电流限制器、静止同步补偿、串补/可控串补及可控并联电抗器。

（3)直流输电

涵盖:直流场关键设备、多端柔性直流控制、柔性直流输电电缆、高压直流换流阀、柔性直流换流站及够写直流换流阀。

涉及技术标准:特高压输电、柔性直流输电、柔性交流输电、线路状态与运行环境监测及输电资产全寿命周期管理等技术标准。

2.5.4变电领域关键设备及技术标准

变电环节主要包括设备层、系统层及站控层设备。

（1)设备层关键设备

涵盖:智能元件、传感器及测控装置、保护测控一体化装置、合并单元、智能组件、电子式互感器。

（2)系统层关键设备

涵盖:智能变电站监控系统、远动终端、间歇电源保护监控装置、广域及区域保护控制。

（3)运行技术支持关键设备