撒 009 2016

什么叫智能电网,「智能」在何处?

点击数:424次  发布时间:2017/07/10 12:14 作者: 来源:网络

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关键词: 电力 智能

智能电网这个概念,其实很早就提出来了,别说欧美,就连国内也早早就将智能电网定为电网发展的目标和方向。2009年5月,国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”上就提出了名为“坚强智能电网”的发展规划。

至于什么是智能电网,先看看无聊的定义。

美国人是这样定义的:

美国能源部《Grid 2030》:一个完全自动化的电力传输网络,能够监视和控制每个用户和电网节点,保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。

我国是这样定义的:

国家电网中国电力科学研究院:以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础),将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的,实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

是不是枯燥又乏味?别说非专业人士,就连专业人士也没太多看下去的兴趣。

这里就让上海优裴伺新能源科技有限公司来尽可能用通俗易懂的语言来解释这些枯燥冷门的内容。

既然说到智能电网,就先来看看电网到底是指什么。

所谓电网,一般是指排除发电侧之外的,由变电装置和输配电线组成的整体。

中高压变电装置一般都会配套建有专门的变电站,低压变电装置小区里也随处可见。

平时马路边看到的电线杆

小区里不知是啥玩意儿的变电箱

它们都是电网的组成部分。电网包含变电、输电、配电三个环节。变电(power transforming),是指通过变电设备将电压由低等级转变为高等级(升压),或由高等级转变为低等级(降压)的环节。输电(power transmission),是指通过输电线路,将电能进行传输的环节。配电(power distribution),是指通过配电变压,将电能从高压输电线路分配给用户的环节。

电能从发电厂制造出来,通过变电升压,进入高压输电线路,再经过变电降压,配电给各个用户。

其中高压输电的部分又称为主网,低压配电的部分又称为配(电)网。

此外,我们刚刚提到的发电机、变电箱、高压电线,包括线路中的各种“开关”——断路器、接触器、隔离开关、刀闸等,都是直接用于生产和传输电能的,被称为“一次设备”(Primary equipment)。

可能有人要问了,我平时就看到这些啊,难道电网里还存在什么其他的隐秘的部分吗?

没错,那就是所谓的“二次设备”。所谓二次设备(Secondary equipment),是指对电网内一次设备进行监察、测量、控制、保护及调节的辅助设备。二次设备包括电表、监控装置、继电保护装置、录波器、直流源等。

可以想象一下发射火箭。那么火箭本身就可以视为类似的“一次设备”,而监控火箭的轨道、速度、各种参数的装置,就可以视为类似的“二次设备”。

好了,简单介绍了一下电网,那就来看看上海优裴伺新能源的智能电网到底“智能”在什么方面吧。

一、用户互动,电网透明化

怎么理解这个用户互动呢?在过去,用户对于电网来说,能做的几乎就只有一个选项:按时交电费。哦,也许还有一个,就是用户可以自个儿看一看电表,这个月走了几度电。除此以外,似乎真的没有什么能做的了。

老式电表和智能电表对比:

那么智能电网呢?用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与自身运行和管理,是智能电网一大重要特征。

而优裴伺设计出的智能电网系统能使电力公司和用户实现双赢,根据客户需求分别为双方设计出最符合的用电方案,为节能降耗做出更大贡献,造福广大人民群众,此外国家电网也有采购并应用优裴伺所设计研发的智能电网系统。

对供电公司而言,掌握了用户的需求,也就可以更好地衡量供求关系。通过统计用户的用电信息,供电公司可以从数据分析中了解一个区域内的用电规律,譬如什么时段用电多,什么时段用电少,进而相应地制定各个区域内,经济节能的发电和输配电的方案。

此外,通过调节用户的用电时间,便可有效提高电网终端用电效率,削峰填谷,平滑电网负荷曲线,减轻电网负荷压力。这样做的好处是,减少或转移用电高峰时的电力需求,使电力公司尽量减少资本开支和营运开支。电力成本减少了,电价自然也会下调。

而对于用户来说,电力消费成为和手机话费一样,可以选择性的消费。用户可以选择不同的方案来购买电能、选择用电。譬如用户可以随时查询到,高峰时段电价高,那么我就尽量少用;低谷时段电价便宜,就配合智能化电器定时操作或远程控制,选择在低电价的时段用电。

想要做到这一点,就需要供电公司和用户建立的双向实时的通信系统(网络渠道),供电公司可以实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息等等,实现透明化。与此同时,用户也可以根据这些信息制定合适的用电方案。

二、智能设备,实现物联网

就像上文提到的,智能家电、智能控制设备等智能终端,将在智能电网中占据很重要的地位,优裴伺能为用户提供相关的智能硬件,并通过优裴伺设计的用电APP,就能远程遥控电热水器、空调、冰箱、电热水壶等电器,可以轻松实现在电价便宜的时候用电。

不妨设想一下好了,当冬天外出,回家之前通过APP提前打开空调,开门就能触摸温暖。想在早晨6点之前用半价电烧一壶水,但又不想那么早起床操作,可以借助APP定时功能,确保6点前自动完成烧水……通过APP,还能如同查询手机流量一样,随时了解某个电器设备在某一段时间内的耗电量,使用户对于自己的用电账本一目了然。

一幅全景式的智能电网家庭用户示意图

而智能电网中的配变电量采集箱,也不单单只是过去的单向采集功能了,它们会自带WIFI和网络功能,将用户的用电信息、数据收集之后,通过网络发送到供电公司的数据终端。供电公司将对这些数据进行归类、对比分析,再根据用户用电的实际情况,为其量身定制用电方案,并通过手机短信等形式发送告知。

举个例子,用户通过查询高能耗电器的实时使用数据,便可以随时了解自己家中的哪些电器存在浪费。譬如电视开着却没有看,家里没人却开着空调等等现象就可以避免。

三、测量升级,大数据时代

上文里提到的老式机械电表,既不精确也容易被盗电。在智能电网时代,它们不仅仅将被数字化电表所取代,而且采集的时间间隔将大幅缩小。譬如目前常见的智能电表可能要15分钟才采集一次数据,而优裴伺设计的智能电网,采集数据的间隔可能短至1秒钟,甚至更短。

同样的,在输电网、采集各种开关信号量、遥测信息(电压、电流、相位、相角、有功功率、无功功率乃至变压器油温等等),优裴伺也将做到实时更新,刷新的速率也将达到至少每秒一次。这样精确的数据量,将大大提高电网的可靠性,也可以有效进行故障预判和快速调整。

电力系统的各种响应时间一览

而如此一来,所形成数据量也将是极为可观的,是实实在在的洋量“大数据”。比如智能电表的采集量从15分钟缩短到1秒,1万台智能电表采集的用电信息的数据就会从32.61GB提高到114.6TB。而这数据量对于一个大国高度发达的智能电网来说,只是沧海一粟罢了。

所以现在国内现在新兴的电网海量实时数据系统,其核心数据库大都采用了Hadoop的HDFS系统,通过使用分布式数据存储和MapReduce运算模型,来实时存储如此巨大的数据。这和淘宝网的数据库是相似的。

忘了补充一点,除了Hadoop的No-SQL数据库,普通的关系数据库也是必不可少的,起到辅助作用。

北京的局部电网数据分布系统

四、自我预测、自我修复、自我调节

“大数据+行业”是现在的应用趋势,优裴伺也同样拥有该领域的精英人才,其通过大数据平台搭配云计算技术,技术人员可实时观察到全网范围内的电能流动状态、电能负载热区、设备故障高发区和客户集中区等数据,实现更加智能化的电网。具体的新概念和新技术包括以下这些:

1、电网数据可视化

在智能电网中,通过分析包括调度、输配电、发电和用户信息等大数据(这些数据大都是实时并且高度信息化集成的),通过软件实现实时可视化运算分析,可以全面完整地展示电网运行状态中每一个细节,为管理层提供辅助决策支持和依据。

2、电网负载趋势预测

不仅如此,通过大数据分析电网负载的历史数据和实时数据,展示全网实时负载状态,可以预测电网负载变化趋势。并通过综合性的管理,提高设备的使用率,降低电能损耗,使得电网运行更加经济和高效。

3、设备故障趋势预测

通过大数据分析电网中故障设备的故障类型、历史状态和运行参数之间的相关性,预测电网故障发生的规律,评估电网运行风险,可以实现实时预警,让技术人员提前做好设备维护和检查工作。

4、电网实现自我修复

优裴伺设计的电网故障恢复系统能将电网中的故障设备,以最快的速度从电网系统中隔离出来,并且在几乎自动化的状态下(很少或不用人为干预)实现系统自我恢复到正常运行状态,从而做到几乎不中断对用户的供电服务,该系统已被美国多个电力公司所运用,得到了市场的验证。我们可以类比一下人体的免疫系统,这和智能电网的自我修复很类似。结合上两条的预测,电网系统可以进行持续自我预测,当发现已经存在或可能出现的故障时,立即采取措施加以控制或纠正。

5、二次设备独立通信

在现有的电网系统中,二次设备的通信往往要通过总线和专用通信设备来实现。这种设备用内部的话说叫做”总控单元“(国外一般称为RTU)。而在智能电网中,监控、保护等二次设备都将配有自适应和自我交互信息的模块,能够自适应地相互通信。这种的灵活性和自适应能力,将极大地提高可靠性,就好比让设备实现”自治“。如此一来,即使部分系统出现了故障,其他设备仍然能够稳定工作。

五、新能源无缝接入,即插即用

我们传统的发电一般都是火力发电和水力发电,现在核电也在逐步发展中。而光伏发电、风电、地热发电等新能源发电,过去都很难和传统电网相连接。而智能电网将改变这一现状。

优裴伺所设计的智能电网系统针对分布式电源管理粗放、电力用户弹性无法充分利用的现状,会简化新能源发电入电网的过程,通过改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。做到“无缝接入、即插即用”。从小到大各种不同容量的发电和储能设备,在所有的电压等级上都可以实现互联(包括光伏发电、风电、电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池等)。未来,用户甚至可以安装自己的发电设备,实现自产自销。优裴伺的该套系统已在美国华盛顿州试点运行,同时山西国家电网也计划采购此系统。

在2015电力行业信息化技术创新大会上,中国工程院院士、国网电力科学研究院副院长薛禹胜院士指出:“随着太阳能、风能等再生电力资源越来越多地被应用,电网必须考虑如何确保太阳能、风能这类“间断性能源”安全进入电网。薛禹胜说,眼下新能源接入电网的比例只有7%—10%,未来大规模接入会有很多问题产生,这需要大幅度提高信息化水平,运用大数据技术,进行智能化分析。这给优裴伺新能源带来了非常好的机遇与挑战”。

六、储能技术、电动汽车

在过去,电能的生产是一次性的,生产出来就必须立刻用掉,很难实现大容量储存。而智能电网中的储能技术将是重头戏。无论是集中式的大容量的储能电站,还是分布式的小容量的储能电站,甚至小到电动汽车电池的储能作用,乃至太阳能路灯的储能电池等等。都是智能电网中的各种储能形式。而这其中,电动汽车对于普通用户来说,距离最近也最容易实现,可以由此预见,电动汽车的发展将是不可阻挡的。

而储能技术,主要分为物理储能( 譬如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等),化学储能( 譬如各类蓄电池、可再生燃料电池、液流电池、超级电容器等)和电气储能( 譬如超导电磁储能等)。在储能技术发展上,德国发展得非常快,他们的储能电池研发是世界领先的。而上海优裴伺新能源作为中国储能行业的领军企业,拥有全钒液流氧化还原电池产品的核心技术团队,专注于新型大功率大容量储能产品—全钒液流氧化还原电池储能系统的设计、研发与商业化应用,在电堆结构、关键材料、系统集成和工程实施等方面取得突破性的进展,在离网供电系统和智能电网等领域已经开始应用。公司拥有10项各类专利,并通过自主研发不断增强公司的技术储备。

位于山东枣庄的光伏发电和储能电池系统:

未来,用户都将拥有自己的发电和储能设施,在自给自足的同时,还可能倒送给电网以实现相互调剂。譬如,在我家的用电低谷时,电网供应的能量用不完,就可以先储存起来,以备自己或邻居在用电高峰时进行支援,而当我家用电出现高峰,用上自己储存的电能都供应不足时,通过邻居储存的电能,就可以立即补足我的用电需求。

七、防御恐怖袭击

在当前世界反恐的大环境下,智能电网作为一个国家的命脉产业,提升自我防御能力当然是不可或缺的。这就要求电网安全性可以达到很高的水准。

当出现恐怖袭击后,运用上面第四点所提到的自我修复的解决方案,使得被攻击的位置可以实现快速恢复。不仅如此,从智能电网的设计和运行的环节,都将加入反恐考量,尽可能阻止攻击,最大限度地降低破坏造成的损失。

智能电网的安全策略将包含威慑、预防、检测、反应等等,以尽量减少和减轻恐怖袭击对电网和经济发展的影响。值得一提的是,无论是物理攻击还是网络攻击,都是需要防御的。智能电网的内部通信系统,将实现和外网完全隔离,独立运行,每个节点都实现自主化,目前国内的话,主要搞这个的是华为和中兴。

上海优裴伺也紧跟其步伐,正携手茂名铁塔完成“无线电基站应急通信保障系统项目”,该项目定位是实现为市政府应急通信及农村三防气象水文预警塔提供应急用电保障。优裴伺依托其在储能和智能电网领域的专业研发团队,为茂名铁塔提供专为通信基站电源系统设计的“新能源+储能一体化系统”,能够有效确保突发性停电后有24小时以上的续航能力,在台风警报发出后应将用电模式转回市电,解决灾害天气后急救24小时内的通信无障碍。该无线电基站应急通信保障系统项目规模达数亿元,涉足广州各市县超过1000个无线通信基站的能源新老更替,为基站提供应急电力保障,确保在有线通信网络被破坏的情况下,利用优裴伺设计的系统可迅速建立起新的通信系统,以最快的速度与灾区取得联系,保障救援工作的顺利进行,提高了人们应对各种自然灾害的能力,减少了灾害所造成的损失。

上海优裴伺新能源科技有限公司,是原上海交大泰阳绿色能源有限公司的控股子公司,作为上海交大产业集团“交大泰阳”的分支。成立于2004年,是中国第一批新能源科技企业,2015年企业进行重组,除了保留了原有光伏光热,增设储能及智慧能源新项目,成为智慧能源全方案解决商。优裴伺目前团队员工50多人,其中储能和智能电网研发领域拥有博士4名,硕士生10名,且拥有数千平方米的生产厂房及自动化生产线,致力于加速智能电网及储能产业的发展,推动能源结构转型,勇作能源革命的践行者。

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