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摘要:智能电网和微网是本世纪新兴的 2 个概念。文中从智能电网与微网的关 系出发, 通过阐述中国式智能电网和微网的内涵, 提出未来智能配电网的一种新的组 织形式智能微网, 并分析了智能电网与新能源的协调发展关键词:智能电网;智能微网;新能源;协调发展近年来国际范围内逐步开展了智能电网的研究与实践计划。智能电网的概念最 早是美国为了解决日益老化的电网而提出的一种解决方案,旨在通过升级改造原有 电网的发电、输电、配电和用电环节达到更加环保、高效、互动的现代化电力系 统。针对未来含有微网的智能化配电网,美国电力研究院fEPRI在2004年开始制定 了详细的科研计划,并构建了新的科研管理机构和一个世界范围内智能电网研究的 网络化平台Intelligridsj,以引领世界范围内智能配电网的技术研究。智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术,具有自我管理与 恢复、兼容性强等特点,其快速发展为分布式能源的无缝并网提供了良好的技术保 障。通过合理利用各类高级控制技术,能推动各类分布式能源与现有电力系统的有 机融合,实现“即插即用”、实时互动和协调运行。目前,分布式能源的开发利用多处 于自治运行模式,缺乏一个长远的具体发展模式,进而实现分布式能源的大规模的开 发利用。因此,积极研究智能电网环境下的分布式能源发展模式对未来实现分布式 能源大规模的开发,缓解能源危机等战略目标具有重要的意义。(一智能电网概述1.智能电网的概念和特征智能电网就是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,它具有提高能 源效率、减小对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、 实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等多个优点。智能电网的智能化主要体现在:可观测采用先进的量测、传感技术;可控制对观测状态进行有效控制嵌入式自主处理技术;实时分析完成数据到信息的提升;自适应和自愈等几个方面。综合而言,智能电网具有以下主要特征:(1 坚强。在电网发生大扰动和故障时,电网仍能保持对用户的供电能力,而不发 生大面积停电事故:在自然灾害和极端气候条件下或人为的外力破坏下仍能保证电 网的安全运行:具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。(2自愈。具有实时、在线连续的安全评估和分析能力,强大的预警控制系统和 预防控制能力,自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。(3兼容。支持可再生能源的正确、合理的接入,适应分布式发电和微电网的接 入,能使需求侧管理的功能更加完善和提高,实现与用户的交互和高效互动,满足用户 多样化的电力需求。(4经济。支持电力市场和电力交易的有效开展;实现资源的合理配置;降低电网 损耗;提高能源利用效率;为用户提供可承受电价水平的电力。(5集成。实现包括监视、控制、维护、EMS、DMS、MOS等电网信息的高度 集成和共享,采用统一的平台和模型,实现标准化、规范化和精细化管理。(6协调。实现电网与批发电力市场和零售电力市场问的无缝衔接,提高电办系 统的规划、运行和可靠性管理水平,促进电力市场竞争效率的提高。(7 优化。优化资产的利用,提高资产利用效率,降低投资成本和运行维护成本。(8优质。电力用户的电能质量得到有效保障,实现电能质量的差别定价。(9 交互。实现电网与用户设备和行为间的交互,促使电力用户发挥积极作用,实 现电力运行和环境保护等多方面收益。为整合分布式发电的优势,削弱分布武哇寸电网的冲击和负面影响,充分发挥分 布式能源的效益和价值,应积极构建基于分布式能源的微网。微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统,它可同时提供电能和热量;微网 内部的电源主要是由电力电子装置负责能量转换,并提供必须的控制;微网相对外部 大电网表现为单一的可控单元,同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的 要求。智能电网( smar t grid 和微网( microgrid 是 21 世纪新兴的 2 个概念, 随着世界多 个国家的积极探索和研究, 已迅速延伸至政府、电力、信息、经济、金融等多个行 业和领域, 成为电力系统未来发展的重要方向。智能电网和微网在国际上的蓬勃发 展, 对中国未来电网的规划和建设有着很好的启示和借鉴意义。随着中国电力体制 改革的深入完善、电网结构的不断调整和发展方式的逐步转变, 将给建设智能电网 和微网带来巨大的发展机遇。(二智能电网与微网的关系微网是智能电网的重要组成部分, 理由如下:1 智能电网首要的特点是自愈 , 即不论发生什么事故 , 它都能通过自身解决 , 保 证电力系统的安全性。而微网是一个集成了分布式电源、负荷、储能以及保护和控 制等一系列环节的小型供能系统,它最大的特点是能够自治运行, 这一特点与智能电 网的自愈特点相类似。2 智能电网鼓励终端用户参与电网进行互动,实现资源的优化 合理配置。微网作为一个独立的供能网络,也需要根据用户的信息进行动态调整, 实 现供需平衡。3 智能电网具有全方位的安全决策 , 能够抵御物理攻击和网络攻击。同样 , 微网 不仅能够作为备用电源对受端网络提供有效支撑, 还能在遭受极端灾害条件下提高 整个电网的抗灾能力和灾后应急能力。4 智能电网的可兼容性允许接入不同类型的发电和储能系统。而微网本身就是 分布式电源和分布式储能的集合体, 正是基于这个条件微网才能实现系统内部的能 量存储和转化。5 智能电网能够提供满足未来用户需求的电能质量。而微网构建的条件之一是 靠近负荷中心, 对负荷进行分级。微网可以对不同级别的负荷实现个性化供电, 即能 够为重要用户提供优质可靠的电力服务。(三智能微网1.微网智能化的需求1 技术需求。微网作为未来智能电网的有力补充 , 实现智能化是其基本要求。 从对电网潮流的实时监测到对电网调度的快速响应, 从运行模式的平滑过渡到网络 拓扑的灵活切换, 微网都对信息技术和控制技术提出了更高的要求。2 装备需求。中国智能电网战略的提出 , 将引导电力行业的发展趋势 , 先进的电 力装备将越来越多地应用到微网中,如何使它们有效融合发挥最大效用, 将是微网需 要解决的问题, 因此客观上要求微网必须以智能化作为发展目标。2.智能微网的概念智能微网的概念在国际上已经出现。GalvinElectricity Initiative认为智能微网 ( smartmicrogrid 是大型电力系统的现代化、小型化的形式, 能够提供更高的供电可 靠性, 更易满足用户增长的需求, 最大可能地利用清洁能源和促进技术的创新。 Valence Energy 认为智能微网是多种能源发电设备和终端用户设备的智能优化和管 理, 能够在实现持续发展目标的同时最大化投资效益。本文认为智能微网即微网的 智能化, 通过采用先进的电力技术、通信技术、计算机技术和控制技术在实现微网 现有功能的基础上, 满足微网对未来电力、能源、环境和经济的更高发展需求。(四新能源与智能电网目前煤炭在我国一次能源消费中占比高达 70%,远高于29%的世界平均水平。 在当前日益严峻的环保和减排压力下,加快新能源的发展,改变现有的能源结构已成 为我国当务之急:进入21世纪后,美国电力科学研究院(EPRI、美国能源部(DOE以 及欧盟委员会(Ec等纷纷提出各自对未来智能电网的设想和框架,用以推进新能源的 发展进程 。但是如果新能源发电大规模接入就会引起电网电能质量下降、电网电 压、频率的不稳定等问题。因此,如何优化新能源与智能电网的配置成为亟待解决 的问题。发展新能源和建设智能电网已成为世界的潮流。新能源与智能的电网发展是相 辅相成的。从新能源利用方式来看,新能源主要通过转化为电能实现其终端的利用, 且新能源发电有着不同于常规电源的出力特性;电网作为电力输送的载体,智能电网 代表未来电网的发展方向,是实现新能源发展的平台和重要保障。新能源与智能电 网协调发展是我国转变能源和电力发展方式,实现可持续性发展的内在要求。在我 国,风能、太阳能资源多集中分布在远离负荷中心的西部地区,更需要通过建设坚强 智能电网,全面提升电网的大范围资源优化配置能力,满足新能源大规模接入和消纳 的需求。智能电网切合新能源产业发展,对经济具有强大的拉动作用.智能电网应从 我国的历史背景和经济背景出发,探索高效的发展模式。新能源指在技术基础上开发利用的能源,有太阳能、风能、生物质能、地热 能、海洋能水能等非化石能源,具体即是能量的转化,将太阳能、风能、生物质能等 转换成电能。新源的主要特征是可再生,而且分布广、品种多,可当地化开发和分散 式利用。更为突出的优点是不含碳或含碳少:缺点是能量密度低,开发利用需要较大 的空间,而且具有波动性、间隙性及不稳定性等特征。智能电网的成熟成为新能源 产业根本突破发展瓶颈的前提。大力发展分布式能源势必给当前电网的正常运行带来巨大的挑战。多数分布式 能源的输出功率具有较强的随机性和间歇性,如风能发电、太阳能发电等。大规模 清洁电源的并入会导致电网电压水平变动、线路传输功率超出极限、系统短路容量 增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题。智能电网技术有机融合了高级传感、通 信、自动控制等技术,具有自我管理与恢复、兼容性强等特点,其快速发展为分布式 能源的无缝并网提供了良好的技术保障。通过合理利用各类高级控制技术,能推动 各类分布式能源与现有电力系统的有机融合,实现“即插即用”、实时互动和协调运 行。目前,分布式能源的开发利用多处于自治运行模式,缺乏一个长远的具体发展模 式,进而实现分布式能源的大规模的开发利用。因此,积极研究智能电网环境下的分 布式能源发展模式对未来实现分布式能源大规模的开发,缓解能源危机等战略目标 具有重要的意义从利用角度来看,新能源只有当它实现能量的转化,才能发挥其作用。因此,新能 源也期望能进入电网,实现自身的价值。然而,新能源如太阳能和风能在能量的转化 过程中存在一个致命的弱点就是其自身的间歇性、不稳定性、不连续性等。这些必 然降低电网的可调度性,甚至降低电网的安全运行,严重时甚至会造成电网的解裂,从 而导致电网接入率低,风电场利用小时数低,无法形成规模效应等问题。因此,如何契 合新能源与智能电网就成为当务之急。从协调发展内涵来看,实现新能源与智能电网协调发展就是要求新能源发展与 智能电网发展在速度上匹配、在规模上均衡、在技术上适应、在政策上配套。从新 能源发展角度来看,新能源的发展要适应电网发展的要求,就是要建设电网友好型新 能源电,全面提高新能源发电的可调、可控性,满足电网灵活调度运行的要求。从电 网发展角度来看,电网的发展要适应新能源发展的要求,就是要建设新能源友好型电 网,即智能电网,全面提高电网接纳新能源发电的能力,满足新能源大规模发展的要 求。新能源与智能电网是电力系统的有机组成部分,从电力系统来看,涵盖了发电、 电网、用电、调度等环节,新能源与智能电网协调发展应该是在电力系统各环节内相互适应、相互配合、相互促进的过程,只有实现 新能源和智能电网在各个环节的协调发展,才能最终实现新能源与智能电网的总体 协调发展。从新能源与智能电网协调发展分析来看,电网和发电环节协调水平相对较高,而 用电和调度环节的协调水平较低。表明目前实现新能源与智能电网协调发展的薄弱 环节是用电,因此,我国新能源与智能电网协调发展的优先次序依次是用电、调度、 发电和电网环节。从各环节协调发展分析来看,各指标对环节协调度的影响程度不 同,从而决定了各环节新能源与智能电网协调发展的重点领域。发电环节的重点领 域包括:建设电网友好型新能源电厂,提高新能源功率预测水平,加快调峰电源建设。 电网环节的重点领域包括:加快配套电网建设,提高电网输送能力,提高电网自愈能 力。用电环节的重点领域包括:实施灵活电价机制,加强需求侧管理,鼓励用户蓄能。 调度环节的重点领域包括:实施灵活调度策略,加强新能源调控能力建设,将新能源全 面纳入调度计划管理体系。结语:智能电网和微网作为新生事物其内涵也在不断丰富和深化中。以/ 坚强 0 为物质基础、以/ 互动0为核心特征、以/智能0为技术支撑的智能电网将在中国的 经济建设、能源利用和环境保护等方面发挥越来越重要的作用。微网作为智能电网 的重要组成部分, 扮演着实现电网支撑、防震减灾、提高能效、节能降耗、农村电 气化等角色, 实现智能是微网发展的客观要求。智能微网通过将先进的信息技术、 控制技术与电力技术相融合, 不仅能够提供更高的电力可靠性、满足用户多种需求, 还能实现能源效益、经济效益和环境效益的最大化, 是未来智能配电网新的组织形 式。从电网发展角度来看,电网的发展要适应新能源发展的要求,就是要建设新能源 友好型电网,即智能电网,全面提高电网接纳新能源发电的能力,满足新能源大规模发 展的要求。新能源与智能电网是电力系统的有机组成部分,从电力系统来看,涵盖了 发电、电网、用电、调度等环节,新能源与智能电网协调发展应该是在电力系统各 环节内相互适应、相互配合、相互促进的过程,只有实现新能源和智能电网在各个 环节的协调发展,才能最终实现新能源与智能电网的总体协调发展
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