1、智能电网中的电能质量 沈阳建筑大学材料学院 刘阳沈阳万宸建筑规划设计公司 王忠言摘 要 文中介绍智能电网的重要特点，阐述智能电网建设中提高电能质量的重要方法。解析了未来电网发展方向。关 键 词 智能电网 监测 电能质量 发展方向什么是智能电网。在美国对智能电网的定义中，智能电网有七大特征：1.自愈。有自愈能力的现代化电网可以发现并对电网的故障做出反应，快速解决，减少停电时间和经济损失；2.互动。在现代化电网中，商业、工业和居民等能源消费者可以看到电费价格、有能力选择最合适自己的供电方案和电价； 3.安全。现代化的电网在建设时就考虑要彻底安全性；4.提供适应 21 世纪需求的电能质量。现代化的电
2、网不会有电压跌落、电压尖刺、扰动和中断等电能质量问题，适应数据中心、计算机、电子和自动化生产线的需求；5.适应所有的电源种类和电能储存方式。现代化的电网允许即插即用地连接任何电源，包括可再生能源和电能储存设备；6.可市场化交易。现代化的电网支持持续的全国性的交易，允许地方性与局部的革新；7.优化电网资产提高运营效率。现代化电网可以在已建成系统中提供更多的能量，仅需建设少许新的基础设施，花费很少的运行维护成本。所谓智能电网是对电网未来发展方向的精辟总结。即在发电、输电、配电、用电等环节应用大量的新技术，最终实现电用的优化配置、以及节能减排。目前，除了我国之外，美国、日本等国家也推出了类似的计划。
3、美国于 2010 年 4 月 16 日公布 40 亿美元智能电网技术投资计划。 美国推崇智能电网，直接的目的是拉动美国的经济，为走出目前的金融危机做贡献。美国电力公司众多，电网网架趋于稳定、成熟、有充裕的输配电供应能力，设备陈旧老化，网架强二次设备弱，已经有一部分分布式电源。因此在智能电网的规划中注重区域协调，电力市场，电力网络基础架构的升级更新，分布式电源接入，用户环节双向互动，同时最大限度利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。中国的智能电网定义为坚强智能电网，涵盖发电、调度、输变电、配电和用户各个环节，是一个闭环系统。国家电网公司正在全面建设坚强的智能电网，即建设以特高压电网为骨干网架、
4、各级电网协调发展的坚强电网，并实现电网的信息化、数字化、自动化、互动化，在供电安全、可靠和优质的基础上，进一步实现清洁、高效、互动的目标。中国智能电网首先应该是坚强的电网，能够实现能源资源的大范围优化配置，保障安全可靠的电力供应。在坚强电网基础上实现电网的信息化、数字化、自动化、互动化是坚强智能电网的“智能“含义。中国电网智能化的建设其实已经早就在进行，只不过不是以“智能电网“的时髦名称而已，目前中国数字化电网建设可以算是智能电网的雏形。目前中国数字化电网建设涵盖了发电、调度、输变电、配电和用户各个环节，组成部分包括：信息化平台、调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电，变电站自动化系统、微
5、机继电保护、配网自动化系统、用电管理采集系统等。坚强智能电网在智能化方面的投资将达到每年 660-680 亿元。在中国智能电网建设的过程中，高级调度自动化系统，柔性输电，数字化开关，数字化互感器，配网自动化，用电管理采集系统市场将会有巨大的增长空间。数字化变电站对电气设备行业影响巨大，将导致二次设备行业、互感器行业甚至开关行业的洗牌，并且以 IEC61850 为纽带将促进一次设备和二次设备企业的相互合作与渗透，新的并购机会将会产生。 国家电网公司坚强智能电网分三步走：20092010 年为规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发、设备研制及各环节的试
6、点工作。显著受益上市公司有特变电工、平高电气、天威保变、国电南瑞、思源电气、荣信股份、科陆电子。20112015 年为全面建设阶段，加快建设华北、华东、华中“三华“ 特高压同步电网，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。20162020 年为引领提升阶段，全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。仪表行业要发展计量节能需先行。“十一五”期间，国家就提出能耗下降 20%的目标，实现从粗放型向集约型经济增长形式的初步转变。而同归属于计量检测分析石化仪表的仪表行业势必要经历一场质量与服务的双向变革和洗牌。日前从，全国各地为加强计量节能监督，政
7、府都明确职责，起到了对企业引导和监督服务的作用。 比如无锡质监局今年以来为大力推进“计量节能”工作，成立计量服务小分队，对重点耗能企业计量器具的配备、使用等加强服务、监督。近一年来，仅 10 家重点用能企业就由此节能降耗 4000 余万元。而作为全国经济发展最前沿的上海市也成立了流量专业委员会，增强流量计生产企业之间的沟通交流，形成上海流量行业的整体合力，共同促进上海流量技术的发展，为上海乃至全国的能源计量、节能减排工作做出应有的贡献。 就在整个仪表行业悄悄酝酿计量节能变革时，也有一些仪表企业因不适应此形式，比如曾报道过，塔里木油田取消三家仪表企业市场准入资格，而原因就是因为此三家生产的抽检仪
8、表为不合格品。为“计量节能”节约成本，推动企业走上了转型之路，仪表采购用户势必加强产品质量的监督管理，而此时如果仪表企业没能对自己的产品质量和售后服务进行严格把关，将会被市场所淘汰。 在国家把仪器仪表行业纳入重点行业进行扶持，通过政策引导，鼓励资金和人才等资源投向仪器仪表产业，加快仪器仪表产业的发展，力争在 5 到 10 年内实现重大突破的同时，我们仪表行业必须加强自身产品质量和售后服务，并引入计量节能的概念，对自身企业生产实施计量节能监督，对外部供应的产品同样起到计量节能的作用。智能电网由概念走向实践。智能电网得以发展是基于人们对未来可再生能源的发展有乐观的估计，它的主要目的也是为应对未来可
9、再生能源的规模化利用。可再生能源的规模化利用会促进发电、输送、用电方式的重大变革。智能电网解决两大问题：为刺激美国经济的复苏，智能电网成为美国总统奥巴马上台后实施的能源战略中的重要组成部分，这一专业词汇也因此一夜之间家喻户晓。而由于符合低碳经济的发展趋势，智能电网也引起了世界各国政府前所未有的重视。在我国，面对新形势新挑战，国家电网公司迅速将“智能电网”上升到战略层面，今年上半年适时提出了全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网计划。并针对此计划国家电网做出了三步走的规划，2009 年至 2010 年为规划试点阶
10、段，2011 年至 2015 年为全面建设阶段，2016 年至 2020 年为引领提升阶段。去年 8 月份，第一阶段工作已全面启动，将重点开展电网智能化规划工作，制定技术标准和管理规范，研究关键技术和研发智能化设备，开展各环节的试点工作。据悉，目前第一阶段工作已取得了一定的进展。在当今世界面临严峻的气候变暖和能源紧缺等环境问题、能源问题的情况下，发展智能电网显得异常重要。据专家介绍，智能电网的建设可以解决两个重要的问题，而这将对应对能源和环境问题的挑战有很大帮助。电网的智能化改造可以提升电网的效率。据统计，全世界的发电总量在电网内部消耗了大约 40%，根据美国能源部提供的数据，如果美国电网效率
11、提高 5%，所节约的能源相当于减少 5300 万辆汽车产生的二氧化碳排放，建设智能电网是提高电网输电效率的有效手段。智能电网也给可再生能源发电并网提供了条件。因为风电、光电等新能源的发电方式与传统能源不同，输配电方式也有较大差异，通过智能电网才能实现并网发电。而在用电对象和用电方式上它们也与传统能源不一样，比如未来电动汽车应用将普及，更多的储能电站也将被建设，这些都将需要在电网智能化的基础上实现。新能源分布式利用是重点。从智能电网的发展历程看，也主要是朝着解决以上这两个问题的方向走。最早美国在 2001 年提出的智能电网概念，是基于保证电力供应，提升电网的输配电和使用效率，从而减少拉闸限电而对
12、电网进行升级改造。之后在此基础上，美国在 2003 年提出的“Grid2003”计划将智能电网的构架较为全面地勾画出来。在之后渐进的发展中，随着新能源发电技术的进步和传统能源的缺乏，智能电网的发展越来越强调对新能源尤其是可再生能源的分布式利用。现在在美国和欧洲一些国家已经有一些智能电网的试点城市在建设中，而这些试点城市都将可再生能源与传统能源的发电结合起来。2008 年，美国在科罗拉多州的 Boulder 市建成了一个智能电网试点城市，将配电技术和风电、太阳能发电相结合，构建配电网实时高速双向通信网络，整合基础设施，支持小型风电和太阳能发电等分布式发电，并具备相关储能技术。智能电网得以发展是基
13、于人们对未来可再生能源的发展有乐观的估计，它的主要目的也是为应对未来可再生能源的规模化利用。可再生能源的规模化利用会促进发电、输送、用电方式的重大变革。他认为，我国发展智能电网也应把促进新能源的规模化利用放在首位，现阶段我国应主要从新能源的分布式利用示范点建设入手，做好配电系统和分布式能源利用的有机整合，先在小城市做示范，而在大电网上宜先进行关键技术和标准的研究，比如框架结构的研究等。中国有较好基础。专家们认为中国具备发展智能电网的较好基础。中国在智能电网的研究上已历经多年，在 1999 年就提出了数字电力系统的概念，和现在所说的智能电网概念很接近。而面向可再生能源的分布式利用，我国在 200
14、1 年就开始了分布式电力技术的研究工作。虽然之前并未出现智能电网的概念，但电力系统的数字化工作已经在我国电网的改进和发展上进行了。我国原来发展的数字化变电站实际上和智能变电站是一个方向，它要求的是电力设备的数字化，主要的特征是实现了电力数据的采集和可视化，而智能化的含义则是在此基础上更进了一层，在可视的基础上要实现更多的控制和应用。智能化是对数据的深层次加工，为自动化服务提供更智能的大脑，实现了变电站的更强的控制和自动化应用能力，比如自身的控制、自协调和互动能力等。除了这些之外，我国的电力设备总体上来说也相对比较先进，这些都为建设智能电网打好了基础。清洁能源和智能电网将成为新一轮能源变革的重要
15、标志。能源资源、能源安全以及能源环境与气候变化三大挑战催生了新一轮能源变革，发展清洁能源和智能电网将成为新一轮能源变革的重要标志。新一轮能源变革呼唤一个更加坚强、智能和可持续发展的电网。无论是出现什么样的技术、什么样的概念，电力系统最本质的作用是建设一个安全、可靠、优质、高效、清洁的电力系统，这是最早也是最基本的概念。现在我们倡导建设智能电网，一是要建设坚强的智能电网，二是要建设更加智能、可持续发展的电网。建设坚强的智能电网，一方面需要具备强大的电网输送功能，另一方面要有一个安全可靠的电力部门，为用户提供更加方便、公开、透明、高效的服务。仪器仪表行业的四个现代化。国际市场的仪器仪表在技术上向数
16、字化、智能化、网络化、微型化发展，也可分类描述为：科学测试仪器正由单台智能化逐步走向通用模件化并实现即插即用，灵活方便地组成针对不同对象的自动测试系统；难于实现网络化的大型科学仪器，向更高的测量精度、高可靠性和环境适应性方向发展，其使用的自动化水平不断提高，并普遍具有自补偿、自诊断、故障处理等智能化功能。国内仪器仪表科技目前水平及发展趋势：仪器仪表行业整体综合技术水平达到国际80 年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约 15%的产品实现了智能化，达到国际 90 年代水平；30%的产品实现了数字化，达到国际 80 年代末期水平。综合服务能力显著提：可以承接 30 万-6
17、0 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、120 吨转炉、日产 30 万立方米城市煤气站工程、成套大型炉窑等大型工程成套控制项目。大类产品满足需要程度：中高档科学测试仪器国内市场满足率为 30%，中低档科学仪器满足率 65%；生产过程测量控制仪表及系统产品在大型工程项目中的品种满足率达 50%，中小型工程达 70%。进口产品往往是科研、生产所需的重大、关键设备，技术含量大，附加值高。 产业从无到有、从小到大、初步形成了门类比较齐全的仪器仪表生产、科研、营销体系。建成了一批科研开发机构(其中机械系统的仪器仪表专业科研所 20 家，国家级工程研究中心 3 家、企业技术中心 5 家，国家级产品质量
18、检测中心 9 家)；培养了一批专业的经营、管理、技术人才。特别是部分中低档产品形成了自己的优势和特色各种数字万用表、电度表、水表、煤气表、水准仪、中低档光学显微镜、望远镜等产量世界前列，在基本满足国内需要的同时，大量出口。通过科技攻关、联合开发、合资合作和引进技术消化吸收国产化等多种形式，使我国仪器仪表行业部分中高档主导产品缩小了与国际先进水平的差距，并形成生产能力。自主开发的主要产品包括中小型DCS、现场总线智能仪表、总线式测试系统、汽车专用检测试验设备、超声诊断仪器、微波等离子光谱、新型扩散硅敏感元件等，引进技术国产化的主要产品有记录仪、精小型调节阀、新型变送器、光谱、色谱、扫描电镜、水质
19、分析仪、专用复合材料等；合资合作的主要产品有大型 DCS、EJA 、流量计、电子经纬仪、动平衡试验机、高低温试验仪器等。数字化变电站。随着经济高速发展，我国电网规模不断扩大，复杂度越来越高。为了保证电网安全、稳定运行，需要以信息化推动生产自动化和管理现代化，建立数字化电网和信息化电力企业势在必行。变电站是电网的主要信息源和最终执行点，因此实现数字化变电站是实现数字化电网的必要条件，有利于实现电网的科学化管理与决策，有助于改善系统的安全稳定性。数字化变电站的主要特征是“一次设备智能化，二次设备网络化”。在数字化变电站中，一次设备的信号输出和控制输入均被数字化，利用网络通信技术进行传输，变电站二次
20、回路设计中常规的继电器及其逻辑回路被可编程软件代替，常规的模拟信号被数字信号代替，常规的控制电缆被光缆代替，节约了大量资源，简洁的二次回路设计使变电站自动化系统的可靠性得到进一步提高。数字化变电站中信息统一建模，实现了信息共享，可以是变电站控制功能更加优化。一次设备智能化也节约了大量变电站建设用地。因此，建设数字化变电站无论从技术上还是经济上都很有意义。数字化变电站是变电站自动化技术发展方向，是目前国内外研究的热点技术。网络通信技术是实现数字化变电站的关键技术，IEC61850 为数字化变电站提供了完整的网络通信解决方案。目前国内外数字化变电站都是遵循 IEC61850 标准进行设计的，IEC
21、61850 标准将变电站从网络通信角度分为三层：变电站层、间隔层和过程层。IEC61850 标准是数字化变电站的核心技术，通过这个标准使不同厂家的一次、二次设备具有互操作性，能够被集成为一个系统。参考文献:1 建筑物防雷设计规范 （GB 5005794） 、中国计划出版社2 民用建筑电气规范 （JGJ/T16-2008） 中国计划出版社,3 建筑电气设计手册 中国建筑工业出版社,19914 电能质量 公用电网谐波 （GB/T 14549-1993）中国计划出版社5 电能质量 电压允许波动和闪变 （GB12326-1990） 中国计划出版社,6.电能质量 供电电压允许偏差（GB12325-199
22、0）中国计划出版社,作者 姓名：刘阳；性别：女；职称：副教授；职务：主任；工作单位：沈阳建筑大学材料学院；邮编：110168；地址：沈阳市浑南新区浑南东路 9 号；电话：13066686010；电子邮件地址：LYLNNU;专业：建筑材料；个人简历：2003-今，沈阳建筑大学材料学院。姓名：王忠言；性别：男；职称：注册电气工程师、高级工程师、；职务：主任工程师；工作单位：沈阳万宸建筑规划设计公司；邮编：110005；地址：沈阳市和平南大街 88 号；电话：13898802142；电子邮件地址：WZY;专业：电气技术；个人简历：1996-2003 丹东市规划设计院，2003-2006 沈阳华新设计公司，2006-2007，辽宁省建设科学研究院，,2007-今，沈阳万宸建筑规划设计公司。
