智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述

第47卷第1期2002年1月 簡報PAGE -PAGE4-智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述宋曉芳，薛峰，李威，孟昭軍，常康，李峰，黃杰，謝東亮（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇省南京市210003）摘要：本文從電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用電和調(diào)度六個方面，介紹了一些對智能電網(wǎng)發(fā)展及其特征展現(xiàn)具有典型意義的前沿技術(shù)，并對各種技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景進行了簡單評述。關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能調(diào)度；核聚變發(fā)電；基于電壓源換流器的高壓直流輸電；智能機器人巡檢系統(tǒng)；配電網(wǎng)柔性輸電；用電監(jiān)控技術(shù)第47卷第1期2002年1月 簡報PAGE 1引言在2009年5月的“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上，中國國家電網(wǎng)公司正式提出了堅強智能電網(wǎng)概念，即以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)。智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)發(fā)展的愿景，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)和引領(lǐng)作用，同時智能電網(wǎng)的發(fā)展和實現(xiàn)也取決于其中關(guān)鍵前沿技術(shù)的突破和應(yīng)用。本文從電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用電和調(diào)度六個方面，介紹了一些對智能電網(wǎng)發(fā)展及其特征展現(xiàn)具有典型意義的前沿技術(shù)，并對其研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景進行了簡單評述。2發(fā)電領(lǐng)域前沿技術(shù)[1-5]隨著新能源的開發(fā)和科學(xué)技術(shù)的進步，各種新型發(fā)電技術(shù)層出不窮，如風(fēng)能發(fā)電、核聚變發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、海洋能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、燃料電池發(fā)電、海水抽水蓄能發(fā)電、煤炭氣化復(fù)合發(fā)電、太陽能熱氣流發(fā)電、太空太陽能發(fā)電、高空風(fēng)力發(fā)電等，這里只介紹其中幾種。2.1核聚變發(fā)電核能發(fā)電分為裂變能和聚變能兩種。與核裂變正好相反，核聚變是氫元素發(fā)生原子核互相聚合作用伴隨著能量釋放的核反應(yīng)過程。目前人類能和平利用的只有裂變能，可控聚變能實用技術(shù)還在研究中。2.2海洋能發(fā)電海洋能通常是指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源，主要是通過波浪、海流、潮汐、鹽度差、溫度差等方式，以動能、位能、物理化學(xué)能等形式通過海水自身呈現(xiàn)出來。目前除了潮汐能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本成熟，有可能進行規(guī)?；_發(fā)利用外，其他海洋能發(fā)電技術(shù)還沒有達(dá)到實際利用的技術(shù)要求，還有許多工程技術(shù)問題需要解決。2.3生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)燃燒發(fā)電是將生物質(zhì)替代化石燃料在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，生成的高溫高壓蒸汽在燃?xì)廨啓C中膨脹做功產(chǎn)生電能。目前生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)主要包括：直燃發(fā)電技術(shù)、氣化發(fā)電技術(shù)、沼氣發(fā)電技術(shù)。開發(fā)生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)既可降低對化石能源的依賴，又可保護生態(tài)環(huán)境，發(fā)展前景十分廣闊。2.4高空風(fēng)力發(fā)電高空風(fēng)是一種廣泛、相對可靠且潛力巨大的能源。目前高空風(fēng)力發(fā)電主要有兩種構(gòu)架方式：第一種是在空中建造發(fā)電站，在高空發(fā)電，然后通過電纜輸送到地面；第二種類似放“風(fēng)箏”，通過拉伸產(chǎn)生機械能，再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。高空風(fēng)力發(fā)電項目在國內(nèi)外僅停留在試驗階段，還面臨諸多技術(shù)難題。2.5小結(jié)目前，除了風(fēng)能發(fā)電、核裂變發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐步走向?qū)嵱没?，其他新型發(fā)電技術(shù)還停留在實驗和研究階段，無法大規(guī)模使用。3輸電領(lǐng)域前沿技術(shù)[6-8]輸電領(lǐng)域的新技術(shù)主要有新型直流輸電、半波長交流輸電、分頻交流輸電、多相輸電、無線輸電和光纖輸電等。3.1新型直流輸電新型直流輸電技術(shù)包括基于電壓源換流器的高壓直流輸電、多端直流輸電和采用電容換相換流器的直流輸電?；陔妷涸磽Q流器的高壓直流（VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrent,VSC-HVDC）輸電系統(tǒng)采用了由具備自關(guān)斷能力的絕緣柵雙極晶體管器件構(gòu)成的電壓源換流器。這種輸電方式對無功的需要大幅度減少，并且能夠動態(tài)補償交流母線的無功功率，解決了向弱交流系統(tǒng)以及無電源的負(fù)荷區(qū)的送電問題。多端直流（Multi-TerminalHighVoltageDirectCurrent，MTDC）輸電系統(tǒng)是指含有多個整流站或多個逆變站的直流輸電系統(tǒng)，主要應(yīng)用于由多個能源基地輸送電能到遠(yuǎn)方的多個負(fù)荷中心和幾個孤立的交流系統(tǒng)之間利用直流輸電線路實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)等。采用電容換相換流器（CapacitorCommutatedConverter,CCC）的直流輸電技術(shù)是指在常規(guī)高壓直流輸電的換流變壓器二次側(cè)串聯(lián)一組電容器，用來補償換流器的無功消耗。這種輸電技術(shù)提高了高壓直流輸電運行的穩(wěn)定性，且無需大容量的無功補償裝置，在遠(yuǎn)距離輸電和受端系統(tǒng)較弱的情況下，有望取代常規(guī)高壓直流輸電得到廣泛應(yīng)用。3.2無線輸電所謂無線輸電（WirelessPowerTransmission,WPT），就是用微波源或激光器把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉ɑ蚣す猓缓笥商炀€發(fā)射出去；大功率的電磁射束通過自由空間后被接收天線收集，經(jīng)微波或激光整流器后重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。它的實質(zhì)就是用微波束或激光束來代替輸電導(dǎo)線，通過自由空間把電能從一處輸送到另一處。無線輸電技術(shù)的最大困難在于無線電波的彌散與不期望的吸收與衰減。3.3光纖輸電光纖輸電是在電力發(fā)送端利用半導(dǎo)體激光二極管，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榧す?，然后在光纖中傳7.2大型可再生能源及分布式能源接入控制技術(shù)目前，大型可再生能源及分布式能源接入電網(wǎng)的控制技術(shù)研究處于起步階段。在可再生能源中，風(fēng)電場輸出功率具有間歇性和不確定性，大量風(fēng)電接入電網(wǎng)會對運行調(diào)度帶來較大的影響。尤其是很多地區(qū)風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，因此風(fēng)電場的接入控制技術(shù)一直受到電力運行調(diào)度人員的關(guān)注。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的成熟，光伏發(fā)電在我國的電力供應(yīng)中扮演者越來越重要的角色。但光伏發(fā)電的輸出功率隨日照情況、溫度等的變化而變化，因此研究光伏發(fā)電的接入控制技術(shù)對于光伏發(fā)電的進一步大規(guī)模應(yīng)用也具有很重要的意義。通過研究計及風(fēng)電場等可再生能源的電力系統(tǒng)運行與控制的相關(guān)技術(shù)，在智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)中建立可再生能源發(fā)電模型，實現(xiàn)計及大型可再生能源及分布式能源的電網(wǎng)調(diào)度控制，充分研究可再生能源、分布式能源對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的影響。8結(jié)語隨著技術(shù)的不斷進步和電力工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)功能由單一的輸電物理載體功能逐步擴展出促進能源資源優(yōu)化配置、引導(dǎo)能源生產(chǎn)和消費布局、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行及電力市場運營等多項功能，電網(wǎng)發(fā)展方向已不僅僅是本行業(yè)、本領(lǐng)域的需求反映，更是各行各業(yè)共同作用的結(jié)果，智能電網(wǎng)的發(fā)展取決于其中各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵前沿技術(shù)的突破和應(yīng)用，也必然會推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推廣。參考文獻馮開明．控核聚變與國際熱核實驗堆（ITER）計劃[J]．中國核電，2009，2(3)：212-219．FENGKai-ming．ControllednuclearfusionandITERproject[J]．ChinaNuclearPower，2009，2(3)：212-219．王傳崑．海洋能發(fā)電原理[J]．太陽能，2008(11)：19-20．馬勝紅，陸虎俞．太陽能光伏發(fā)電技術(shù)(1)：光伏發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)[J]．大眾用電，2006(1)：38-40．武甲，田秀君，蔣晶，等．生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀分析與展望[J]．動力與電氣工程，2009(31)：19．戴憲濱．燃料電池發(fā)電技術(shù)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀[J]．工業(yè)技術(shù)，2007(20)：98．胡冬良，趙成勇，李廣凱．電壓源換流器高壓直流輸電的進展[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2(5)：19-23．HUDong-liang，ZHAOCheng-yong，LIGuang-kai．TheDevelopmentofHVDCPowerTransmissionbasedonVoltageSourceConverter[J]．SouthernPowerSystemTechnology，2008，2(5)：19-23．屠卿瑞，徐政．多端直流系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述[J]．華東電力，2009，37(2)：267-271．TUQing-rui，XUZheng．Outlineofkeytechnologiesformulti-terminalDCsystems[J]．EastChinaElectricPower，2009，37(2)：267-271．王秩雄，王挺，喬斌．無線輸電技術(shù)與衛(wèi)星太陽能電站的發(fā)展前景[J]．空間電子技術(shù)，2006(2)：6-12．韓英鐸，姜齊榮，樂健，嚴(yán)干貴．現(xiàn)代電力與FACTS＆DFACTS技術(shù)[J]．電力設(shè)備，2003，4(1)：5-10．毛琛琳，張功望，劉毅．智能機器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(9)：30-32，36．MAOChen-lin，ZHANGGong-wang，LIUYi．ApplicationofIntelligentRobotIterativeInspectionSysteminSubstation[J]．PowerSystemandCleanEnergy，2009，25(9)：30-32，36．李澍森，楊迎建，吳夕科，等．配電技術(shù)概況及發(fā)展趨勢[J]．高電壓技術(shù)，2008，34(1)：113-122．LIShu-sen，YANGYing-ian，WUXi-ke，etal．OverviewandDevelopmentTrendofDistributionTechnology[J]．High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