南方電網智能電網與微電網實踐與思考
南方電網智能電網與微電網實踐與思考
南方電網科研院智能電網研究所的研究人員董旭柱，在2014年第11期《電器工業(yè)》雜志上撰文，南方電網具有遠距離、大容量、交直流混合并聯運行的特點，是國內結構最復雜，科技含量最高的電網。南方電網東西跨度2000km，500kV主網架采用交、直流混合運行，至2011年底已形成50kV“八交五直”共13條西電東送大通道，每回通道輸送距離均在1000km以上，最大輸電能力達到24.15GW。南方電網水電比例高，但電源遠離負荷中心，且存在西部小水電接入引發(fā)系統(tǒng)功率波動的問題;風能、太陽能、生物質能源等新能源所占比例較低，風能可開發(fā)儲量嚴重偏低。其獨特的資源稟賦與歷史發(fā)展沿革決定著智能電網獨特的發(fā)展目標與建設方式。
一、南方電網智能電網發(fā)展思路
南方電網遠距離、大容量、超高壓輸電，交直流混合運行，是國內結構最復雜、聯系最緊密、科技含量最高的電網。而保障交直流電網安全穩(wěn)定運行，減少大面積停電發(fā)生是南方電網中長期所面臨的主要挑戰(zhàn)，也是建設3C綠色電網的總體目標之一。
隨著南網區(qū)域負荷中心，珠三角地區(qū)的電網結構日趨緊密，短路電流水平迅速增大將嚴重威脅電網的安全穩(wěn)定運行。如何有效限制短路電流是電網運行所亟需解決的問題。而且，近年來，南方電網區(qū)域新能源發(fā)展迅速，解決新能源并網與消納，推動新能源發(fā)展，促進節(jié)能減排亦是南方電網面臨的一個重要挑戰(zhàn)。
建設清潔、高效、安全、可靠的智能電網已成為南方電網可持續(xù)發(fā)展之路的必然選擇。智能電網是指利用先進的計算機技術、通信技術、控制技術升級改造傳統(tǒng)電網，實現電網發(fā)展向更加智能、高效、可靠、綠色方向轉變。
打造一個智能、高效、可靠的綠色電網，是南方電網發(fā)展的總體目標，即3C綠色電網。其中，智能旨在實現電網信息的標準化、一體化、全局化、實時化、共享化、感知化、智能化，開展電網全方位、全過程、全要素的監(jiān)測、診斷，完善電網精當決策、精準控制、精細管理，支撐電網的高效、可靠運行，支撐綠色電網的發(fā)展。
高效旨在推進制度創(chuàng)新，以管理創(chuàng)新和流程再造，建設管理與信息化深度融合的新型管理模式，提高電網精益化管理水平;提高電網資產利用效率;全面提升大電網資源優(yōu)化配置的能力。可靠旨在以制度與技術創(chuàng)新，保障電力設備的可靠運行，提高大電網的綜合應急能力，為社會提供安全可靠、質量合格的電能。綠色旨在提高電網承載可再生能源發(fā)電的能力，推廣節(jié)能發(fā)電調度，降低輸配電網損，激勵合理用電、節(jié)約用電、高效用電，支撐電動汽車產業(yè)發(fā)展。
南方電網智能電網總體目標是“四提高、一促進”：即提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平;提高系統(tǒng)和資產利用效率;提高用戶側的能效管理和優(yōu)質服務水平;提高資源優(yōu)化配置和高效利用能力;促進資源集約型、環(huán)境友好型社會的建設和發(fā)展。3C綠色電網發(fā)展重點是建設面向客戶的友好、靈活、互動的配用電。
二、南方電網智能電網技術研究
南方電網智能電網發(fā)展主線是以3C綠色技術升級改造電網為發(fā)展主線，在新能源、柔性直流輸電、智能變電站、配電、分布式電源接入、微電網、用電機信息通信領域開展技術研究，實現“以科研促進示范，以示范促進標準，以標準推動智能電網技術發(fā)展和應用”。
南方電網公司目前已完成公司智能電網頂層設計：“南方電網發(fā)展智能電網的戰(zhàn)略與規(guī)劃研究”和“南方電網綠色電網建設研究”，并在5個領域(發(fā)電、輸電、配電、用電、信息通信)的17個關鍵技術，通過57個試點示范工程展開了一系列的研究與試點工作，主編或參編了多項與智能電網相關的國標和行標。
(一)新能源并網技術
新能源電源規(guī)劃：建立光伏/風電新能源仿真模型庫;研究大規(guī)模和分布式新能源并網影響;分布式功能/光儲一體化/冷熱電聯供研究及示范工程。新能源發(fā)電預測：開展新能源功率短期和超短期預測;建設風電功率預測調度主站建設;編寫了多個企業(yè)標準。海上風電：建立廣東首個海上風電——桂山海上風電項目，總投資42億，總裝機容量19.8萬kW。
(二)微電網技術
微電網控制：提出了微電網能量控制策略能量并研發(fā)了能量管理系統(tǒng);研制了微電網能量中央控制器;研究提出微網離/并網運行控制策略及相應的軟件。微電網系統(tǒng)集成：提出了西沙風光柴氫儲多種能源類型的微電網協(xié)調控制方案;在珠海東澳島建成國內首個10kV離網型海島微電網;承擔國家863項目“基于分布式電源的微電網關鍵技術研究及示范”。并網點控制與檢測：對風電、光伏接入開展了低電壓穿越等檢測研究。儲能：建立了深圳寶清4MW/16MWh電池儲能站;開展了分布式儲能的研究與應用。
(三)變電站智能化技術
變電站智能裝備：南方電網五省區(qū)共建成42座110kV及以上智能化(數字化)變電站;編制南方電網3C輸變電裝備技術導則。變電站運維管理：研發(fā)了變電站駕駛艙技術，在110kV尖峰站和紅星巡檢中心分別試點建設了變電站級和巡維中心級的變電站駕駛艙，以及變電站駕駛艙設備檢測平臺。一體化電網運行智能系統(tǒng)：搭建了一體化電網運行智能系統(tǒng)(OS2)技術體系，并完成相應的試點和標準。
(四)配電智能化技術
配電網規(guī)劃：綜合能源利用技術，分布式能源選址定容，綜合規(guī)劃;網絡設計，網格化規(guī)劃，
多種接線模式;規(guī)劃總體評估，新能源利用，電動汽車，供電可靠性。
配電網運行控制：在39個城市開展了配電自動化建設;編制標準《配電自動化規(guī)劃設計導則》和《配電網運行控制技術導則》;配電自動化建設原則是“簡潔、經濟、實用”;配電自動化發(fā)展原則是以提高供電可靠性、改善供電質量、提升運行管理水平為目的，綜合考慮地區(qū)經濟發(fā)展需求、配電網網架結構及一次設備裝備水平、配電網生產運維管理體制，并進行綜合投資效益分析，合理選擇配電自動化建設模式，分階段、分步驟實施;配電自動化建設模式為運行監(jiān)測型、集中控制型和就地控制型。
配電網生產管理方面：減少停電和快速復電的技術研究及應用(DMS)營配信息集成系統(tǒng)應用，帶電作業(yè)，快速復電等;資產管理，建全配網臺賬、故障及缺陷數據庫，開展資產全生命周期管理。配網設備檢測方面：建立智能配電網實驗室。
(五)智能用電技術
智能電表與終端：舊式機械表的比例已逐步下降到20%以下，終端在線率達到90%以上;智能一體化計量終端、防竊電終端、電能計量裝置安全模塊等新技術研究。高級量測體系：計量自動化系統(tǒng);十三個地市開展了首批試點營配信息集成平臺。費控電能表、終端、計量自動化系統(tǒng)主站等標準。
電力需求側管理：建立網級電力需求側管理平臺;承擔863項目“靈活互動的智能用電關鍵技術研究”;成功申請IEEE國際標準《Guide for the Benefit Evaluation GridCustomer Demand Response》，實現“零”的突破。
電動汽車：完成電動汽車與電網友好互動、大規(guī)模電動汽車接入對電網的影響等課題;在14座城市共建設充換電站17座，開展電動汽車運營模式研究;提出了電動汽車相關技術標準體系。
(六)信息通信技術應用
信息化集成應用：云計算技術，云計算的信息平臺集成;數據處理技術，大數據融合、挖掘、分析;信息集成技術，統(tǒng)一知識管理平臺;移動應用技術，移動終端即時通信，虛擬成像、語音人際交互移動終端。
電力通信技術應用：光纖網絡通信，基于IP網絡組網;寬帶電力線通信，電力載波通信技術;電力無線專網通信，TD-LTE，試點基站10個以上;短距離、微功率通信、推進規(guī)范與標準制定與管理;數據總線通信，CAN、Modbus、DericeNet對比選擇。
信息安全技術應用：開展分區(qū)分級安全防護、互聯網出口統(tǒng)一、邊界安全防護;建立企業(yè)級網絡安全隔離體系;建設一體化運維綜合監(jiān)管系統(tǒng);系統(tǒng)運維的“三化”。
實驗檢測技術應用：軟件測試，“6+1”業(yè)務系統(tǒng);硬件測試，對交換機等通信設備開展測試;信息安全等級保護測評，第五實驗室的認可資質;開展一體化信息安全風險評估。
三、智能電網與微電網綜合示范
南方電網以廣州中新知識城、珠海橫琴新區(qū)、深圳前海新區(qū)、廣州南沙新區(qū)等作為城鎮(zhèn)智能電網綜合示范區(qū)，開展了大量工作。
(一)深圳前海新區(qū)
電網結構為2線合環(huán)+聯絡模式。采用中壓線路，選用阻燃交聯聚乙烯絕緣三芯電纜;主干環(huán)路采用3×300mm2截面電纜;采用綜合管溝、電力隧道、電纜溝或電纜排管敷設方式;20kV合環(huán)接線單元長度不超過6km;繼電保護為縱差保護，采用光纖通道;斷路器額定電壓為24kV，額定電流為630A、1250A。
(二)珠海橫琴新區(qū)
珠海橫琴智能電網通過輸、變、配環(huán)節(jié)元件的在線監(jiān)測信息進行高度融合，并在運維中心平臺上進行智能全景展示，最后在融合不同信息系統(tǒng)的基礎上進行了跨平臺的業(yè)務協(xié)同探索，最終實現電網設備的智能運行、維護和決策。
新能源領域：發(fā)展風電、抽水蓄能的發(fā)電模式;發(fā)展建筑光伏發(fā)電，并接入電網;發(fā)展儲能及并網技術。
智能配電領域：采用20kV電壓等級用于配電;建立電能質量監(jiān)控系統(tǒng);建設分布式能源的柔性接入;積極建設電動汽車充電設施。
智能用電領域：引入智能用電終端，建立互動用電機制。
信息領域：高度融合輸、變、配環(huán)節(jié)的在線監(jiān)測信息，實現對設備的全景展示，探索跨平臺的業(yè)務協(xié)同。
(三)廣州中新知識城
三表合一：提前部署“三表”(電、水、煤氣)合一。
光纖入戶建設：由供電部門運營住宅小區(qū)內的光纜通信業(yè)務，推進“四網融合”。
充電樁建設：規(guī)劃新批的居民小區(qū)和寫字樓等民用建筑，按車位1:1預留充電樁位置。
綜合能源運營實體：成立有知識城管委會、廣州供電局、南方電網綜合能源公司等共同投資組建綜合能源聯合運營實體。
(四)海南智能島
基于海南打造世界一流國際旅游島的國家戰(zhàn)略需求，結合海南電網實際，建立智能高效可靠的省級智能綠色電網集成示范。
海南島綜合示范項目的七大技術集成與示范特征為：消納大規(guī)模間歇式能源的智能調度與控制技術;電動汽車充換電設施與電網協(xié)調運行技術;面向防災減災的電網監(jiān)測、預警和應急技術;大規(guī)模儲能系統(tǒng)優(yōu)化與協(xié)調控制技術;智能配電網運行控制技術;高密度多點分布式功能系統(tǒng)技術;靈活互動智能用電技術。
(五)桂山風電場和萬山群島微網(珠海)
萬山群島智能微電網示范項目總投資約3.86億元，在桂山島、東澳島和大萬山島建設分布式微電源和智能微電網，主要建設桂山海上風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、柴油機發(fā)電及電池儲能等微電源，裝機總容量19MW;以及220kV海島聯網工程(升壓站和吉大站)、35kV降壓站、10kV開關站、10kV線路及配網等微電網工程。
按照規(guī)劃，該項目應于2013年12月完成，2014年實現與大陸聯網;示范工程涵蓋海上風電、太陽能光伏、儲能等多種可再生能源，為解決海島供電問題和發(fā)展海洋經濟提供了借鑒。3個示范工程目前已經調試完成1個(東澳島)。
東澳島微電網一期工程包括：2臺1000kW柴油發(fā)電機組、4臺750風力發(fā)電機組、500儲能雙向逆變器和3組2000Ah儲能電池。
東澳島微網一體化智能系統(tǒng)的功能主要包括：微網穩(wěn)定控制(MGCC)，即微網中央控制器功能;微網能量管理(MEMS)即分布式電源運行約束條件設定、能量平衡控制、電壓無功控制、黑啟動控制、微電網主電源切換控制、微電網運行模式管理、多類型電源互補經濟運行控制。
東澳島微電網數字仿真：搭建了基于RTDS的東澳島簡化網架智能微電網模擬環(huán)境，驗證對東澳島智能微電網中央控制器的控制策略進行驗證。基于簡化網架系統(tǒng)，初步驗證了微電網核心控制系統(tǒng)功能及性能，對工程建設和實際參數校驗具有重要意義。
結合工程調試校驗微源模型、控制策略、保護定值等。初步掌握了微電網控制策略設計、仿真分析和工程調試的能力。
四、結束語
3C綠色電網是電網智能化的發(fā)展方向;智能電網的建設是一項長期、復雜和艱巨的系統(tǒng)工作，在新技術研究和應用的同時，應該重視已有技術的再集成創(chuàng)新，和適用性技術的應用，基于電網實際和用戶需求，提高供電可靠性、提升供電質量、提高客戶滿意度。
南方電網公司進一步聚焦研究方向，推進技術落地，掌握核心技術，根據“以科研促進標準，以標準促進示范，以示范推進智能電網技術發(fā)展”的要求，更好支撐南方電網智能電網的發(fā)展。
原標題:【深度】南方電網智能電網與微電網的實踐與思考
來源:《電氣技術》雜志，揚州君昊電氣 www.xmwusx.cn 轉載此文。
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