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南方电网智能电网与微电网的实践与思考

[宁波电工电气协会]发表于 2015-05-05 15:08:50 阅读次数：0 次

 南方电网科研院智能电网研究所的研究人员董旭柱，在2014年第11期《电器工业》杂志上撰文，南方电网具有远距离、大容量、交直流混合并联运行的特点，是国内结构最复杂，科技含量最高的电网。南方电网东西跨度2000km，500kV主网架采用交、直流混合运行，至2011年底已形成50kV“八交五直”共13条西电东送大通道，每回通道输送距离均在1000km以上，最大输电能力达到24.15GW。南方电网水电比例高，但电源远离负荷中心，且存在西部小水电接入引发系统功率波动的问题;风能、太阳能、生物质能源等新能源所占比例较低，风能可开发储量严重偏低。其独特的资源禀赋与历史发展沿革决定着智能电网独特的发展目标与建设方式。
一、南方电网智能电网发展思路
南方电网远距离、大容量、超高压输电，交直流混合运行，是国内结构最复杂、联系最紧密、科技含量最高的电网。而保障交直流电网安全稳定运行，减少大面积停电发生是南方电网中长期所面临的主要挑战，也是建设3C绿色电网的总体目标之一。
随着南网区域负荷中心，珠三角地区的电网结构日趋紧密，短路电流水平迅速增大将严重威胁电网的安全稳定运行。如何有效限制短路电流是电网运行所亟需解决的问题。而且，近年来，南方电网区域新能源发展迅速，解决新能源并网与消纳，推动新能源发展，促进节能减排亦是南方电网面临的一个重要挑战。
建设清洁、高效、安全、可靠的智能电网已成为南方电网可持续发展之路的必然选择。智能电网是指利用先进的计算机技术、通信技术、控制技术升级改造传统电网，实现电网发展向更加智能、高效、可靠、绿色方向转变。
打造一个智能、高效、可靠的绿色电网，是南方电网发展的总体目标，即3C绿色电网。其中，智能旨在实现电网信息的标准化、一体化、全局化、实时化、共享化、感知化、智能化，开展电网全方位、全过程、全要素的监测、诊断，完善电网精当决策、精准控制、精细管理，支撑电网的高效、可靠运行，支撑绿色电网的发展。
高效旨在推进制度创新，以管理创新和流程再造，建设管理与信息化深度融合的新型管理模式，提高电网精益化管理水平;提高电网资产利用效率;全面提升大电网资源优化配置的能力。可靠旨在以制度与技术创新，保障电力设备的可靠运行，提高大电网的综合应急能力，为社会提供安全可靠、质量合格的电能。绿色旨在提高电网承载可再生能源发电的能力，推广节能发电调度，降低输配电网损，激励合理用电、节约用电、高效用电，支撑电动汽车产业发展。
南方电网智能电网总体目标是“四提高、一促进”：即提高电力系统安全稳定运行水平;提高系统和资产利用效率;提高用户侧的能效管理和优质服务水平;提高资源优化配置和高效利用能力;促进资源集约型、环境友好型社会的建设和发展。3C绿色电网发展重点是建设面向客户的友好、灵活、互动的配用电。
二、南方电网智能电网技术研究
南方电网智能电网发展主线是以3C绿色技术升级改造电网为发展主线，在新能源、柔性直流输电、智能变电站、配电、分布式电源接入、微电网、用电机信息通信领域开展技术研究，实现“以科研促进示范，以示范促进标准，以标准推动智能电网技术发展和应用”。
南方电网公司目前已完成公司智能电网顶层设计：“南方电网发展智能电网的战略与规划研究”和“南方电网绿色电网建设研究”，并在5个领域(发电、输电、配电、用电、信息通信)的17个关键技术，通过57个试点示范工程展开了一系列的研究与试点工作，主编或参编了多项与智能电网相关的国标和行标。
(一)新能源并网技术
新能源电源规划：建立光伏/风电新能源仿真模型库;研究大规模和分布式新能源并网影响;分布式功能/光储一体化/冷热电联供研究及示范工程。新能源发电预测：开展新能源功率短期和超短期预测;建设风电功率预测调度主站建设;编写了多个企业标准。海上风电：建立广东首个海上风电——桂山海上风电项目，总投资42亿，总装机容量19.8万kW。
(二)微电网技术
微电网控制：提出了微电网能量控制策略能量并研发了能量管理系统;研制了微电网能量中央控制器;研究提出微网离/并网运行控制策略及相应的软件。微电网系统集成：提出了西沙风光柴氢储多种能源类型的微电网协调控制方案;在珠海东澳岛建成国内首个10kV离网型海岛微电网;承担国家863项目“基于分布式电源的微电网关键技术研究及示范”。并网点控制与检测：对风电、光伏接入开展了低电压穿越等检测研究。储能：建立了深圳宝清4MW/16MWh电池储能站;开展了分布式储能的研究与应用。
(三)变电站智能化技术
变电站智能装备：南方电网五省区共建成42座110kV及以上智能化(数字化)变电站;编制南方电网3C输变电装备技术导则。变电站运维管理：研发了变电站驾驶舱技术，在110kV尖峰站和红星巡检中心分别试点建设了变电站级和巡维中心级的变电站驾驶舱，以及变电站驾驶舱设备检测平台。一体化电网运行智能系统：搭建了一体化电网运行智能系统(OS2)技术体系，并完成相应的试点和标准。
(四)配电智能化技术
配电网规划：综合能源利用技术，分布式能源选址定容，综合规划;网络设计，网格化规划，多种接线模式;规划总体评估，新能源利用，电动汽车，供电可靠性。
配电网运行控制：在39个城市开展了配电自动化建设;编制标准《配电自动化规划设计导则》和《配电网运行控制技术导则》;配电自动化建设原则是“简洁、经济、实用”;配电自动化发展原则是以提高供电可靠性、改善供电质量、提升运行管理水平为目的，综合考虑地区经济发展需求、配电网网架结构及一次设备装备水平、配电网生产运维管理体制，并进行综合投资效益分析，合理选择配电自动化建设模式，分阶段、分步骤实施;配电自动化建设模式为运行监测型、集中控制型和就地控制型。
配电网生产管理方面：减少停电和快速复电的技术研究及应用(DMS)营配信息集成系统应用，带电作业，快速复电等;资产管理，建全配网台账、故障及缺陷数据库，开展资产全生命周期管理。配网设备检测方面：建立智能配电网实验室。
(五)智能用电技术
智能电表与终端：旧式机械表的比例已逐步下降到20%以下，终端在线率达到90%以上;智能一体化计量终端、防窃电终端、电能计量装置安全模块等新技术研究。高级量测体系：计量自动化系统;十三个地市开展了首批试点营配信息集成平台。费控电能表、终端、计量自动化系统主站等标准。
电力需求侧管理：建立网级电力需求侧管理平台;承担863项目“灵活互动的智能用电关键技术研究”;成功申请IEEE国际标准《Guide for the Benefit Evaluation GridCustomer Demand Response》，实现“零”的突破。
电动汽车：完成电动汽车与电网友好互动、大规模电动汽车接入对电网的影响等课题;在14座城市共建设充换电站17座，开展电动汽车运营模式研究;提出了电动汽车相关技术标准体系。
(六)信息通信技术应用
信息化集成应用：云计算技术，云计算的信息平台集成;数据处理技术，大数据融合、挖掘、分析;信息集成技术，统一知识管理平台;移动应用技术，移动终端即时通信，虚拟成像、语音人际交互移动终端。
电力通信技术应用：光纤网络通信，基于IP网络组网;宽带电力线通信，电力载波通信技术;电力无线专网通信，TD-LTE，试点基站10个以上;短距离、微功率通信、推进规范与标准制定与管理;数据总线通信，CAN、Modbus、DericeNet对比选择。
信息安全技术应用：开展分区分级安全防护、互联网出口统一、边界安全防护;建立企业级网络安全隔离体系;建设一体化运维综合监管系统;系统运维的“三化”。
实验检测技术应用：软件测试，“6+1”业务系统;硬件测试，对交换机等通信设备开展测试;信息安全等级保护测评，第五实验室的认可资质;开展一体化信息安全风险评估。
三、智能电网与微电网综合示范
南方电网以广州中新知识城、珠海横琴新区、深圳前海新区、广州南沙新区等作为城镇智能电网综合示范区，开展了大量工作。
(一)深圳前海新区
电网结构为2线合环+联络模式。采用中压线路，选用阻燃交联聚乙烯绝缘三芯电缆;主干环路采用3×300mm2截面电缆;采用综合管沟、电力隧道、电缆沟或电缆排管敷设方式;20kV合环接线单元长度不超过6km;继电保护为纵差保护，采用光纤通道;断路器额定电压为24kV，额定电流为630A、1250A。
(二)珠海横琴新区
珠海横琴智能电网通过输、变、配环节元件的在线监测信息进行高度融合，并在运维中心平台上进行智能全景展示，最后在融合不同信息系统的基础上进行了跨平台的业务协同探索，最终实现电网设备的智能运行、维护和决策。
新能源领域：发展风电、抽水蓄能的发电模式;发展建筑光伏发电，并接入电网;发展储能及并网技术。
智能配电领域：采用20kV电压等级用于配电;建立电能质量监控系统;建设分布式能源的柔性接入;积极建设电动汽车充电设施。
智能用电领域：引入智能用电终端，建立互动用电机制。
信息领域：高度融合输、变、配环节的在线监测信息，实现对设备的全景展示，探索跨平台的业务协同。
(三)广州中新知识城
三表合一：提前部署“三表”(电、水、煤气)合一。
光纤入户建设：由供电部门运营住宅小区内的光缆通信业务，推进“四网融合”。
充电桩建设：规划新批的居民小区和写字楼等民用建筑，按车位1:1预留充电桩位置。
综合能源运营实体：成立有知识城管委会、广州供电局、南方电网综合能源公司等共同投资组建综合能源联合运营实体。
(四)海南智能岛
基于海南打造世界一流国际旅游岛的国家战略需求，结合海南电网实际，建立智能高效可靠的省级智能绿色电网集成示范。
海南岛综合示范项目的七大技术集成与示范特征为：消纳大规模间歇式能源的智能调度与控制技术;电动汽车充换电设施与电网协调运行技术;面向防灾减灾的电网监测、预警和应急技术;大规模储能系统优化与协调控制技术;智能配电网运行控制技术;高密度多点分布式功能系统技术;灵活互动智能用电技术。
(五)桂山风电场和万山群岛微网(珠海)
万山群岛智能微电网示范项目总投资约3.86亿元，在桂山岛、东澳岛和大万山岛建设分布式微电源和智能微电网，主要建设桂山海上风力发电、太阳能光伏发电、柴油机发电及电池储能等微电源，装机总容量19MW;以及220kV海岛联网工程(升压站和吉大站)、35kV降压站、10kV开关站、10kV线路及配网等微电网工程。
按照规划，该项目应于2013年12月完成，2014年实现与大陆联网;示范工程涵盖海上风电、太阳能光伏、储能等多种可再生能源，为解决海岛供电问题和发展海洋经济提供了借鉴。3个示范工程目前已经调试完成1个(东澳岛)。
东澳岛微电网一期工程包括：2台1000kW柴油发电机组、4台750风力发电机组、500储能双向逆变器和3组2000Ah储能电池。
东澳岛微网一体化智能系统的功能主要包括：微网稳定控制(MGCC)，即微网中央控制器功能;微网能量管理(MEMS)即分布式电源运行约束条件设定、能量平衡控制、电压无功控制、黑启动控制、微电网主电源切换控制、微电网运行模式管理、多类型电源互补经济运行控制。
东澳岛微电网数字仿真：搭建了基于RTDS的东澳岛简化网架智能微电网模拟环境，验证对东澳岛智能微电网中央控制器的控制策略进行验证。基于简化网架系统，初步验证了微电网核心控制系统功能及性能，对工程建设和实际参数校验具有重要意义。
结合工程调试校验微源模型、控制策略、保护定值等。初步掌握了微电网控制策略设计、仿真分析和工程调试的能力。
四、结束语
3C绿色电网是电网智能化的发展方向;智能电网的建设是一项长期、复杂和艰巨的系统工作，在新技术研究和应用的同时，应该重视已有技术的再集成创新，和适用性技术的应用，基于电网实际和用户需求，提高供电可靠性、提升供电质量、提高客户满意度。
南方电网公司进一步聚焦研究方向，推进技术落地，掌握核心技术，根据“以科研促进标准，以标准促进示范，以示范推进智能电网技术发展”的要求，更好支撑南方电网智能电网的发展。（来源：分布式发电与微电网）
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