241、征文--智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述

1、1智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述宋曉芳，薛峰，李威，孟昭軍，?？?，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(jìn)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(jī)器人巡檢系統(tǒng)；配電網(wǎng)柔性輸電；用電監(jiān)控技術(shù)1引言?在2

2、009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(qiáng)智能電網(wǎng)概念，即以堅強(qiáng)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(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，堅強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)也取決于其中關(guān)鍵前

3、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(jìn)行了簡單評述。2發(fā)電領(lǐng)域前沿技術(shù)[15]隨著新能源的開發(fā)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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

4、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(shí)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(yùn)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(jìn)行規(guī)模化開發(fā)利用外，其他海洋能發(fā)電技

5、術(shù)還沒有達(dá)到實(shí)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(jī)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3此外，新型的輸電技術(shù)還有半波長交流輸電、分頻交流輸電、多相輸電等。上述幾種典型新型輸電方式的特點(diǎn)、技術(shù)基礎(chǔ)、適應(yīng)對象等都各有不同。目前比較成熟的是新型

6、直流輸電，而其他的輸電技術(shù)制約于科技水平和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，還需要大量的理論研究和工程試驗(yàn)。4變電領(lǐng)域前沿技術(shù)[910]變電領(lǐng)域的新技術(shù)主要表現(xiàn)在電力電子器件的應(yīng)用、機(jī)器人巡檢技術(shù)等。4.1電力電子器件的應(yīng)用電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的一種現(xiàn)代技術(shù)，節(jié)能效果可達(dá)10％～40％。智能電網(wǎng)大發(fā)展給大功率電力電子提供了廣泛的應(yīng)用空間。電力電子變壓器具有體積小，電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量和效率高，可分散式變電等優(yōu)點(diǎn)。隨著在高頻大功率雙向電

7、力電子開關(guān)器件和電力電子變壓器控制技術(shù)方面研究的進(jìn)展，電力電子變換技術(shù)對電力能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制將是未來的發(fā)展趨勢，這使得電力電子變壓器替代傳統(tǒng)的配電變壓器成為可能。4.2智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人系統(tǒng)是集機(jī)電一體化技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、導(dǎo)航及行為規(guī)劃技術(shù)、機(jī)器人視覺技術(shù)、安防技術(shù)、穩(wěn)定的無線傳輸技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，采用完全自主或遙控方式，代替巡檢人員對變電站內(nèi)室外一次設(shè)備的部分項(xiàng)目進(jìn)行巡檢，并對圖像進(jìn)行分析

8、和判斷，及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的問題，為無人值班變電站的推廣應(yīng)用提供了創(chuàng)新型的技術(shù)檢測手段，提高了電網(wǎng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平。機(jī)器人在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在電力設(shè)備，如線路、變壓器、發(fā)電設(shè)備等的檢測、檢修和維護(hù)作業(yè)中。國內(nèi)目前在變電站機(jī)器人設(shè)備巡檢研發(fā)領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)展，并積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，濟(jì)南長清、天津吳莊等多個500kV變電站已經(jīng)有機(jī)器人巡檢系統(tǒng)投入使用。5配電領(lǐng)域前沿技術(shù)[1112]現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對供電的可靠性、電能質(zhì)量要求越來

9、越高的要求，分布式發(fā)電（如風(fēng)力發(fā)電、燃料電池發(fā)電等）的快速發(fā)展，也對配電網(wǎng)提出了便捷可靠的入網(wǎng)方式要求。為滿足用戶對電力供給的要求，未來的配電技術(shù)必須具有如下特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)快速自愈、分布式電源易于接入、抗擾動能力強(qiáng)、提供優(yōu)質(zhì)電力、與用戶互動等，與此對應(yīng)的新型技術(shù)主要有以下幾種。5.1儲能技術(shù)現(xiàn)有的電能存儲方式主要可分為機(jī)械儲能、化學(xué)儲能、電磁儲能和相變儲能等。超導(dǎo)體電流大，能量密度高，存取快速，可作為理想的電磁能儲藏器，超導(dǎo)材料臨界溫度低一