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配電自動化和智能電網(wǎng)的新時代挑戰(zhàn)

　　是的，您可能認(rèn)為當(dāng)今世界是智能手機(jī)/平板電腦的天下。但我們周圍的“智能”裝置比您想象的更多。比如說帶有智能電表的智能電網(wǎng)。供電公司每天都會在某個區(qū)域的住宅安裝嶄新的智能電表，并鼓勵我們掌控我們的能源未來。我們能夠通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和報告耗電量，并且簽署有利于節(jié)省電費(fèi)的合約，比如分時計價。但管理全部這些裝置、分布式“智能”數(shù)據(jù)卻是業(yè)內(nèi)面臨的最新挑戰(zhàn)之一。智能手機(jī)和平板電腦背后需要大量的計算能力，即所謂的“云”。同樣智能電表和智能電網(wǎng)背后也需要有效的基礎(chǔ)設(shè)施來訪問收集的數(shù)據(jù)，以及優(yōu)化能源供給。隨著計算機(jī)技術(shù)持續(xù)重大發(fā)展，為能源配送自動化起著作用。　　配電自動化時代的來臨　　配電自動化現(xiàn)在并不是一個新事物，自上世紀(jì)60年代以來，將計算技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的愿景曾吸引了電力行業(yè)的大量眼球。然而，直到最近，這樣做的現(xiàn)實利益還受到質(zhì)疑。發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)非常可靠，有人就問為什么要冒著系統(tǒng)可靠性的風(fēng)險添加附加控制系統(tǒng)?“智能”系統(tǒng)?現(xiàn)實利益是什么?誠然，光是理論上的好處是很難判斷投入是值得的。　　然而，在2013年，供電公司面臨的世界則完全不同。老化的電網(wǎng)及其效率(或無效率)和環(huán)境因素現(xiàn)在全部促使供電公司增強(qiáng)控制和性能，邁向配電自動化。在美國，變壓器的平均使用時間已經(jīng)達(dá)到40年，與變壓器的建議工作年限相當(dāng);電力基礎(chǔ)設(shè)施需要更新?lián)Q代。2012年7月發(fā)生在印度的大面積停電影響到6.8億居民，而當(dāng)時印度已經(jīng)不能滿足日常高峰期的用電需求，并希望在接下來5年內(nèi)將供電容量提高45%。　　全球范圍許多國家的可再生能源配額制(RPS)體現(xiàn)了高效率和分布式發(fā)電的國際驅(qū)動力?，F(xiàn)在，美國50個州中的30個州1要求可再生能源占據(jù)電力的一定百分比，例如風(fēng)力和太陽能。加利福尼亞州要求到2020年要有33%的電力來自于可再生能源2。歐盟2020年目標(biāo)3則要求到2020年有20%的電力來自于可再生能源，同時能源效率提高20%，據(jù)推測將降低總體能耗。中國2005年通過的可再生能源法也規(guī)定了類似的條款，并在中長期發(fā)展規(guī)劃中增加了相關(guān)條例。4 　　現(xiàn)在，配電自動化被認(rèn)為是“電網(wǎng)智能控制功能向配電方向的延伸和超越。。.可通過智能電網(wǎng)實現(xiàn)?！?配電自動化的優(yōu)勢被廣泛接受，但并沒有使成功實現(xiàn)或可靠性變得簡單，這些是大范圍廣泛應(yīng)用的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。　　實現(xiàn)配電自動化面臨的挑戰(zhàn) 　　過去的電力公司現(xiàn)在分成了發(fā)電和配電公司，雙方都紛紛在配電網(wǎng)上安裝智能電表，以及更改基礎(chǔ)設(shè)施。管理分布如此廣泛的設(shè)施面臨的主要挑戰(zhàn)是什么?Maxim Integrated認(rèn)為有三個關(guān)鍵領(lǐng)域需要注意，并且這些領(lǐng)域也是電網(wǎng)供應(yīng)商的機(jī)遇：資產(chǎn)保護(hù)、電網(wǎng)安全和資產(chǎn)管理。我們對這些領(lǐng)域分別進(jìn)行簡要討論。　　資產(chǎn)保護(hù) 　　資產(chǎn)保護(hù)意味著供電公司必須投入高性能元件，可靠監(jiān)測電網(wǎng)以及保護(hù)其高成本資產(chǎn)。通過保護(hù)所有資產(chǎn)，供電公司的總體投資將提供長時間有效服務(wù)。　　配電自動化設(shè)備的投資數(shù)額巨大，一個變電站的自動化升級成本為1000萬至2000萬美元。6所以，如果沒有長遠(yuǎn)的項目目標(biāo)及深入論證，現(xiàn)代化的供電公司不會開始大型升級項目，而項目的成本往往會引起費(fèi)率調(diào)整，以覆蓋項目成本。這正是高質(zhì)量半導(dǎo)體傳感器以及優(yōu)化器件如此重要的原因。這些器件將確保電網(wǎng)正常運(yùn)行，從而為供電公司的投資提供最有效的保護(hù)。　　所有并網(wǎng)裝置的核心是模擬信號鏈。配電網(wǎng)中的每個裝置都需要進(jìn)行電測量。最簡單的并網(wǎng)裝置僅測量電流，而最復(fù)雜的繼電器則執(zhí)行全部四象限測量，獲得多次諧波。該信號鏈(圖1)7通常包括電壓或電流變壓器、運(yùn)算放大器、電壓基準(zhǔn)，以及用于實際電測量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。隔離及直流/直流轉(zhuǎn)換器提供必要的保護(hù)及系統(tǒng)工作電源。　　圖1：智能電網(wǎng)方案的核心——信號鏈中的關(guān)鍵器件。　　作為信號鏈核心的ADC必須提供配電自動化所需的最佳性能。MAX11040K具有24位分辨率和高達(dá)64ksps的采樣率，具備所要求的高性能。這款4通道ADC同時采樣多個通道，防止線路之間的任何同步誤差。多片MAX11040K可級聯(lián)在一起，實現(xiàn)最高32通道采樣。　　大多數(shù)半導(dǎo)體公司采用簡單的信號鏈方框圖展示其配電自動化領(lǐng)域的知識，而這種演示是不夠的。智能電網(wǎng)所需設(shè)備的多樣性要求對每個元件及產(chǎn)品具有深入的了解。從相量測量單元到電容組控制器，每個系統(tǒng)的精度和定時要求區(qū)別很大，要求器件具有相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)。　　安全　　由于所有配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施都必須能夠預(yù)防網(wǎng)絡(luò)攻擊，所以電網(wǎng)及其數(shù)據(jù)的安全性至關(guān)重要。　　安全性是當(dāng)今先進(jìn)配電系統(tǒng)中討論最多的話題。討論往往集中在網(wǎng)絡(luò)安全和加密，盡管加密非常重要，但并不是現(xiàn)代化的靈丹妙藥。系統(tǒng)安全方案利用高級物理安全實現(xiàn)無可比擬的低成本IP保護(hù)、預(yù)防克隆以及外設(shè)安全認(rèn)證。8雙向安全認(rèn)證、多層加密和物理篡改檢測全部預(yù)防電網(wǎng)遭受網(wǎng)絡(luò)威脅：硬件、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)存儲。　　在保護(hù)硬件時，安全策略考慮從制造到安裝直至銷毀的整個產(chǎn)品生命周期。必須組合采用安全硬件和安全保護(hù)方案。防止制造合作伙伴訪問私匙或者防止開發(fā)攻擊系統(tǒng)的途徑非常重要。2012年初期波多黎各曾發(fā)生完全違反保密協(xié)議的事件，完全破壞了當(dāng)?shù)匦虏渴鸬碾娋W(wǎng)。安裝期間，必須對安全資產(chǎn)實行嚴(yán)格認(rèn)證，最好是雙向認(rèn)證，以及質(zhì)詢和應(yīng)答，以確保合法性。這樣的相互認(rèn)證將確認(rèn)無論是裝置還是軟件在制造期間未經(jīng)篡改，尤其是處在第三方承包商時。工作期間，需要采用物理安全確保系統(tǒng)不容易被篡改。為防止通過攔截、更改，或者利用能夠打開或關(guān)斷電力的通信消息進(jìn)行篡改，也必須采用多層加密。　　MAXQ1050微控制器把所有這些安全特性集成進(jìn)去以確保生命周期安全。通過了防止植入不良軟件以及防止惡意克隆和刪除已裝載的軟件等方面的安全認(rèn)證。具有多層對稱及非對稱加密數(shù)據(jù)保護(hù)，內(nèi)置密匙發(fā)生器保護(hù)密匙。防引腳篡改及其它物理層面的密匙機(jī)械保護(hù)，防止通過熱以及其它的途徑刪除安全密匙和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。　　資產(chǎn)管理　　資產(chǎn)管理包括跟蹤資產(chǎn)的簡單和復(fù)雜方法，時刻了解現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)。對于確保性能和監(jiān)測維護(hù)，這樣的管理是非常寶貴的。　　以一個簡單場景為例，很容易理解戰(zhàn)略性的資產(chǎn)管理。在一場暴風(fēng)雨中，電網(wǎng)上的許多點發(fā)生了斷電。來自于不同供電公司的人員被召集在一起，幫助維修，“點亮燈光”的精神戰(zhàn)勝了天氣。線路得到了維修，設(shè)備得到了更換，又重新恢復(fù)了供電。這一切都很快。然而，危機(jī)結(jié)束時，供電公司并不完全了解以及緊密跟蹤現(xiàn)場工作的資產(chǎn)?？紤]到設(shè)備成本以及保證分布式資源及供電安全的需求，先進(jìn)的電網(wǎng)不能容忍未知或不合適的資產(chǎn)在現(xiàn)場工作。　　戰(zhàn)略資產(chǎn)管理要求完全從上至下部署、安全認(rèn)證以及跟蹤電網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的全部過程、軟件以及系統(tǒng)。安全認(rèn)證為重中之重。嵌入式安全認(rèn)證是設(shè)備自我識別的基本過程，因此必須作為系統(tǒng)的一部分進(jìn)行了解，以便于跟蹤和管理。8對于小額投資，可使用簡單的硅器件唯一識別配電網(wǎng)上的設(shè)備，包括線傳感器到變壓器再到重合器控制器。唯一質(zhì)詢/應(yīng)答識別允許跟蹤每件設(shè)備，并通過供電公司的AMI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。在這點上，安全性與報告資產(chǎn)識別、位置、工作狀態(tài)、最新維護(hù)數(shù)據(jù)或其他各種報告功能是相一致的。　　對于我們的意義和指導(dǎo)性　　現(xiàn)代化的供電公司過去曾經(jīng)是具有豐富電力電子經(jīng)驗的發(fā)電和配電公司。現(xiàn)在，隨著供電公司將復(fù)雜的IT工作與多層復(fù)雜的設(shè)備及資源和數(shù)據(jù)管理集成在一起，情況發(fā)生了天翻地覆的變化。當(dāng)電力公司購買新設(shè)備以更新其基礎(chǔ)設(shè)施時，需要在整個電網(wǎng)內(nèi)從下至上構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施的新裝置和安全算法。這些電網(wǎng)裝置需要的不僅僅是以太網(wǎng)和簡單加密，而是必須配備可靠的保護(hù)、管理和安全功能。　　智能電網(wǎng)往往被描述為電網(wǎng)上鋪天蓋地的電能測量和通信。這種定義過于簡單。智能電網(wǎng)應(yīng)該集成安全硬件和智能電能管理軟件。電網(wǎng)需要先進(jìn)的檢測和通信能力，以形成可靠、有效、安全的供電系統(tǒng)，提高系統(tǒng)效率和支持分布式資源的能力。屆時，我們將大范圍實現(xiàn)高效率的配電自動化。

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配電網(wǎng)：電力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵和智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

　　能源是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基石。隨著新一代能源技術(shù)和新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，能源發(fā)展面臨著重要轉(zhuǎn)型，新一輪能源革命應(yīng)運(yùn)而生，即在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)清潔化，并逐步用清潔能源替代化石能源，大力推進(jìn)煤炭清潔高效利用，著力發(fā)展非煤能源，形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅(qū)動的能源供應(yīng)體系。　　能源革命的中心環(huán)節(jié)是電力，以電為中心的變革創(chuàng)新成了新一輪能源革命的關(guān)鍵。所有一次能源都可以轉(zhuǎn)化為電能，各種終端能源都可以用電能替代，未來能源系統(tǒng)的核心一定是電力系統(tǒng)，而電力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵在建設(shè)新型的配電網(wǎng)。在新一輪能源革命的大背景下，配電網(wǎng)的功能定位正在發(fā)生深刻變化。除電力輸送、分配等傳統(tǒng)功能外，配電網(wǎng)還將是資源優(yōu)化配置的載體。　　提供安全、可靠、高效、綠色、互動的電能服務(wù)是配電網(wǎng)的根本職責(zé)和目標(biāo)。長期以來，我國配電網(wǎng)受管理、投資、歷史等原因的影響，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，設(shè)備質(zhì)量較差，供電能力和可靠性不高。隨著國家新型城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)、城鄉(xiāng)一體化加快推進(jìn)，分布式電源、電動汽車快速發(fā)展，配電網(wǎng)呈現(xiàn)出多源、互聯(lián)、泛在特征，對供電安全性、可靠性、互動性和適應(yīng)性提出了更高的要求。　　配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不管國外還是國內(nèi)，智能電網(wǎng)建設(shè)的重點都在配電網(wǎng)的智能化提升。提高供電可靠性和電能質(zhì)量問題，需要配電網(wǎng)進(jìn)一步智能化;多種能源、電動汽車和充電站的接入，配電網(wǎng)需要具有更強(qiáng)的自愈能力、更高的安全性，并支持與用戶互動，電網(wǎng)需要從傳統(tǒng)的供方主導(dǎo)、單向供電、基本依賴人工管理的運(yùn)營模式向用戶參與、潮流雙向流動、高度智能化的方向轉(zhuǎn)變。　　配電網(wǎng)是能源綜合服務(wù)平臺。配網(wǎng)業(yè)務(wù)可以為綜合能源系統(tǒng)中能源的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)之間建立一種關(guān)聯(lián)。未來的城市配電網(wǎng)將逐步演變?yōu)榫C合能源服務(wù)系統(tǒng)，具有系統(tǒng)性、廣泛性、包容性、開放性、互動性。分布式能源、儲能、電動汽車、微電網(wǎng)等，可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的集成優(yōu)化。配電網(wǎng)還可以實現(xiàn)天然氣與風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等能源的協(xié)同開發(fā)利用。　　配電網(wǎng)是市場化交易的載體。配電網(wǎng)用戶側(cè)不僅可以有分布式能源、儲能、控制系統(tǒng)在內(nèi)的配(微)電網(wǎng)，配電網(wǎng)還可以調(diào)節(jié)不同用戶之間的電量余缺和峰谷差。配電網(wǎng)將成為需求側(cè)配合供給側(cè)，以更為有效地實現(xiàn)供需平衡、供需雙方互動的平臺，為分布式能源、工商業(yè)節(jié)能、居民節(jié)能、用能服務(wù)等不同用戶主體提供解決方案以及增值服務(wù)，滿足各種市場化交易需求。　　加強(qiáng)配電網(wǎng)建設(shè)是建設(shè)全國堅強(qiáng)電網(wǎng)至關(guān)重要的一環(huán)。21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，我國配電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)“加碼”。2015年，《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動計劃(2015-2020年)》、《關(guān)于加快配電網(wǎng)建設(shè)改造的指導(dǎo)意見》相繼出臺，對推進(jìn)配電自動化和智能用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)配電網(wǎng)可觀可控，滿足新能源、分布式電源及電動汽車等多元化負(fù)荷發(fā)展需求，推動智能電網(wǎng)建設(shè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合等內(nèi)容提出了明確的發(fā)展要求。　　配電網(wǎng)建設(shè)改造的持續(xù)推進(jìn)，其根本目的是為了更好地實現(xiàn)配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高效供電。　　近年來，通過城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的智能化建設(shè)，我國供電能力切實得到增強(qiáng)，變(配)電容量、線路長度同比增幅顯著，供電能力總體充裕;供電質(zhì)量持續(xù)提高;電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨完善，在國家新型城鎮(zhèn)化試點區(qū)域組織開展了新型城鎮(zhèn)配網(wǎng)示范建設(shè);裝備智能化程度顯著提升，推進(jìn)配電自動化系統(tǒng)建設(shè)，加快安裝智能電表，實現(xiàn)用電信息自動采集;投資規(guī)模不斷加大，2016年配電網(wǎng)基建投資同比增長約30%;2017年，占電網(wǎng)總投資58%的110kV及以下電網(wǎng)投資同比增長35.6%。　　《南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃(2013~2020年)》指出，將加強(qiáng)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，推廣建設(shè)智能電網(wǎng)，到2020年城市配電網(wǎng)自動化覆蓋率達(dá)到80%;國家電網(wǎng)公司也提出，2017年將加快配電網(wǎng)建設(shè)改造。　　為持續(xù)推進(jìn)智能配電網(wǎng)建設(shè)，配電網(wǎng)建設(shè)改造進(jìn)程仍有許多工作需要我們?nèi)ヒ?guī)劃、設(shè)計、倡導(dǎo)、貫徹、落實和實現(xiàn)。　　首先，要合理地改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)接線方式，利用多區(qū)域分別連接的方式，也可以用環(huán)網(wǎng)方式。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)決定了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性、靈活性。以北京為例，其高壓配電網(wǎng)以環(huán)網(wǎng)、放射狀運(yùn)行(即“手拉手”網(wǎng)格結(jié)構(gòu))為主，然而其中壓配電網(wǎng)提升空間較大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，網(wǎng)絡(luò)接線模式復(fù)雜，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化。　　此外，國外先進(jìn)水平10(20)kV城網(wǎng)架空線路絕緣化率高達(dá)80%以上，而國內(nèi)目前僅達(dá)到22.4%。中國電力科學(xué)院智能配電網(wǎng)首席專家馬釗曾指出，一線城市力爭構(gòu)建兼具可靠性和靈活性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，全面實現(xiàn)雙側(cè)電源和環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)中壓線路聯(lián)絡(luò)率，提高負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力;對于其他城市、城鎮(zhèn)，結(jié)合本地經(jīng)濟(jì)、負(fù)荷發(fā)展，首要解決高壓配網(wǎng)N-1能力不足問題、“單線單變”問題，逐步改善中壓配網(wǎng)分段不足和線路聯(lián)絡(luò)不足問題;鄉(xiāng)村地區(qū)首先改善供電半徑問題。　　其次，繼續(xù)加大新技術(shù)的應(yīng)用力度。引進(jìn)集中化管理的配電系統(tǒng)，可以利用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)，采用統(tǒng)一的平臺和模型，來實現(xiàn)包括監(jiān)視、控制、維護(hù)、能量管理(EMS)、配電管理(DMS)、市場運(yùn)營(MOS)等和其他各類信息系統(tǒng)之間的綜合集成，最終實現(xiàn)電網(wǎng)信息的高度集成化。　　同時，借助傳感技術(shù)、測量技術(shù)，對輸、配電設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實時的監(jiān)控和測量，然后把測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時有效的收集、整合、并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，更好地實現(xiàn)了配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效的目標(biāo)。　　此外，應(yīng)用高壓大功率電力電子器件和裝備，以及新型的高性能電極、儲能、電介質(zhì)和儲氫材料等的發(fā)明和使用;還有其他新材料，如納米復(fù)合材料、場(包括電場和磁場)控和溫控的非線性介質(zhì)材料、新型絕緣材料、絕緣體—金屬相變材料、新型鐵磁材料、用于高效低能耗的電力傳感器材料等。新材料和新技術(shù)的應(yīng)用將簡化電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和控制，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行，并能對電源波動和電網(wǎng)故障作出響應(yīng)。　　馬釗認(rèn)為，一線城市仍應(yīng)著力提升中、低壓光纖及其他通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè);其他地區(qū)應(yīng)增強(qiáng)高、中壓通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并配合適度發(fā)展不同程度自動化設(shè)備水平。發(fā)展具有自適應(yīng)功能的電力設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，可以顯著降低電網(wǎng)對于傳感、通訊和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)要求，這對于提高電網(wǎng)的安全可靠性和綜合效益是非常有益的。　　再次，要合理分配電網(wǎng)資源。在電網(wǎng)資源分配的過程中，重點對待電網(wǎng)初期設(shè)計階段的電網(wǎng)資源分配工作，結(jié)合國家要求和工程要求，同時根據(jù)配電網(wǎng)工程具體情況，選擇合適的電線電纜;在配網(wǎng)設(shè)計的過程中，結(jié)合線路長短不同的情況，并根據(jù)不同的季節(jié)和時間段，將電量負(fù)荷預(yù)測工作落實到位;在對材料進(jìn)行管理和使用時，要確保配電網(wǎng)運(yùn)作系統(tǒng)的完整性，在高標(biāo)準(zhǔn)管理模式的幫助下，從整體上配置資源，嚴(yán)格控制資源的使用;全面落實行之有效的驗收把關(guān)管理措施，為供電可靠性筑起最后一道“防線”。　　同時，全面系統(tǒng)地掌握現(xiàn)有配電網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的健康水平以配電網(wǎng)資產(chǎn)的精益化高效管理為出發(fā)點。針對配電設(shè)備量大面廣、單體價格相對低廉，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變等特點，馬釗指出，當(dāng)前應(yīng)盡快深化研發(fā)適應(yīng)我國國情和配網(wǎng)管控方式的資產(chǎn)管理理論/應(yīng)用體系，并深入開展試點工作，進(jìn)而對有益的方案進(jìn)行推廣應(yīng)用。　　2020年，我國將基本建成城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好，與小康社會相適應(yīng)的現(xiàn)代配電網(wǎng)。為此，智能配電網(wǎng)建設(shè)改造還須砥礪前行。

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什么叫輸電？什么叫配電？輸配電有什么區(qū)別

　　1，輸電就是電能的傳輸。它和bai變電、配電、用電一起，構(gòu)成電力系統(tǒng)的整體功能。通過輸電，把相距甚遠(yuǎn)的發(fā)電廠和負(fù)荷中心聯(lián)系起來，使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制。　　2，配電是在電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)。配電系統(tǒng)由配電變電所、高壓配電線路、配電變壓器、低壓配電線路以及相應(yīng)的控制保護(hù)設(shè)備組成。　　3，按照輸送電流的性質(zhì)，輸電分為交流輸電和直流輸電。目前廣泛應(yīng)用三相交流輸電，頻率為50Hz(或60Hz)。20世紀(jì)60年代以來直流輸電又有新發(fā)展，與交流輸電相配合，組成交直流混合的電力系統(tǒng)。

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智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

　　當(dāng)前，資源環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國共同關(guān)注的焦點，人類社會對環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的呼聲越來越高。近年來，歐美國家率先提出了”智能電網(wǎng)”并進(jìn)行了相關(guān)研究，引起了世界各國電力工業(yè)界的廣泛關(guān)注，智能電網(wǎng)也逐漸成為現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢和新潮流。根據(jù)我國宏觀政策和用戶對電能質(zhì)量的實際需要，未來的電網(wǎng)必須能夠提供更加安全、可靠、清潔、優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)。發(fā)展智能電網(wǎng)，有助于提高能源利用效率，減小環(huán)境污染，促進(jìn)節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展;同時能夠保證供電的安全性與可靠性，降低輸電網(wǎng)的電能損耗，減少用戶的電費(fèi)支出?？梢?，智能電網(wǎng)是我國國民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。目前，雖然智能電網(wǎng)的建設(shè)尚處于初期研究和規(guī)劃試點階段，但其在未來必將給電力工業(yè)的變革帶來巨大影響，因此對智能電網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)探討尤為必要。本文將從智能電網(wǎng)的定義與特點、國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景等方面進(jìn)行分析，為建設(shè)國際領(lǐng)先、中國特色的智能電網(wǎng)提出積極的建議。　　一、智能電網(wǎng)的定義與特點　　由于智能電網(wǎng)的研究利丌發(fā)尚處于起步階段，各國國情及資源分布不同，發(fā)展的方向和側(cè)重點也不盡相同，此尉際上對其還沒有達(dá)成統(tǒng)一而明確的定義。根據(jù)門前的研究情況，智能電網(wǎng)就是為電網(wǎng)注入新技術(shù)，包括先進(jìn)的通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力工程技術(shù)等，從而賦予電網(wǎng)某種人工智能，使其具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力，成為一個完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)有以下特點：　　(一)自愈。能夠自動檢測、分析故障，實現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)。　　(二)堅強(qiáng)。能夠有效抵御自然災(zāi)害或人為的外力破壞，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。　　(三)互動。用戶將和電網(wǎng)進(jìn)行自適應(yīng)交互，成為電力系統(tǒng)的完整組成部分之一。　　(四)優(yōu)質(zhì)。提供2l世紀(jì)所需要的優(yōu)質(zhì)電能，用戶的電能質(zhì)量將得到有效保證。　　(五)經(jīng)濟(jì)。實現(xiàn)資源合理配置，提高能源利用效率，減少電能損耗，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本　　(六)兼容。可以容納集中式發(fā)電、分布式發(fā)電等多種不同類型的電源，滿足用戶多樣化的電力需求　　(七)協(xié)調(diào)。實現(xiàn)電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化管理，進(jìn)一步促進(jìn)電力市場化。　　二、國內(nèi)智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀　　近年來.我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力需求同益增強(qiáng)，在電網(wǎng)建設(shè)與改造上投入了大量資金，電網(wǎng)的覆蓋面、供電能力以及設(shè)備的數(shù)字化程度都有了大幅度的提高。根據(jù)我國能源資源的分布特點和國家發(fā)展戰(zhàn)略部署，我們必須建設(shè)中國特色的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。　　目前，國內(nèi)在智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)開展了大量的研究和實踐，輸電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，配用電領(lǐng)域的智能化應(yīng)用研究也在積極探索之中。2007年，華東電網(wǎng)公司啟動了以提升大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力為目的的智能互動電網(wǎng)可行性研究項目，啟動了高級調(diào)度中心和統(tǒng)一信息平臺等智能電網(wǎng)試點工程。2008年，華北電網(wǎng)公司也開始進(jìn)行智能電網(wǎng)相關(guān)的研究和建設(shè)，致力于打造智能調(diào)度體系，搭建智能電網(wǎng)信息架構(gòu)，研發(fā)清潔能源關(guān)鍵技術(shù)，為建設(shè)智能輸電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。上海市電力公司也相繼開展了智能配電網(wǎng)研究，重點關(guān)注智能表計、配電自動化以及用戶互動等方面。同時，天津大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校也相繼成立了智能電網(wǎng)研究機(jī)構(gòu)，對相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究和探索。　　2009年初，國家電網(wǎng)公司啟動了一系列有關(guān)智能電網(wǎng)的重要課題研究，通過積極探索國內(nèi)外智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，分析建設(shè)中國特色智能電網(wǎng)的技術(shù)嬰求，調(diào)研中國智能電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，揭示了堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵與特征，制定了發(fā)展目標(biāo)、技術(shù)框架體系與實施計劃等。除此之外，家電網(wǎng)晉東南-南陽.荊門lo00kV特高壓交流試驗示范工程和南方電網(wǎng)云南.廣東±800kV特高壓直流輸電工程相繼投入運(yùn)行，實現(xiàn)了我國在具有長距離、大容量特征的特高壓核心技術(shù)上的重大突破，構(gòu)建了智能電網(wǎng)的堅強(qiáng)骨干網(wǎng)架，為中國智能電網(wǎng)的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。　　2009年5月21日，在北京召丌的”2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上，國家電網(wǎng)公司提出了發(fā)展堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵，是以堅強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺為支撐，以智能控制為手段，包括電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)”電力流、信息流、業(yè) 　　務(wù)流”的高度一體化融合，是堅強(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)代化電網(wǎng)。發(fā)展堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)是加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。與此同時，家電網(wǎng)公司公布了規(guī)劃試點、全面建設(shè)、引領(lǐng)提升三階段的建設(shè)方案，確定了智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。　　三、對發(fā)展智能電網(wǎng)的建議及前景展望　　中國智能電網(wǎng)的發(fā)展，必須結(jié)合國內(nèi)特點，兼顧當(dāng)前的實際情況和未來的發(fā)展嬰求，把握機(jī)遇，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。針對國內(nèi)智能電網(wǎng)的研究和實踐現(xiàn)狀，筆者提出以下建議：　　(一)立足國情，科學(xué)規(guī)劃。我國是世界上水電資源最豐富、水電裝機(jī)容量最大的國家，而火電資源集中在西部地區(qū)，電力負(fù)荷中心卻在中東部地區(qū)。發(fā)展智能電網(wǎng)必須正確對待電力需求快速增長和能源分布不平衡的實際情況，注重發(fā)揮水電優(yōu)勢，處理好水電、火電、核電等各類發(fā)電方式的關(guān)系。同時，必須綜合考慮可再生能源與不可再生能源、本地發(fā)電與外電輸送、電力供應(yīng)與利用、電力企業(yè)與客戶利益等各方面因素，加強(qiáng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃，實現(xiàn)又好又快的發(fā)展。　　(二)突出特色，自主創(chuàng)新。發(fā)展智能電網(wǎng)并沒有現(xiàn)成的模式可以遵循，世界各國發(fā)展側(cè)重點不同，我們必須結(jié)合自身特色，鼓勵理論和技術(shù)的創(chuàng)新與實踐。通過發(fā)展特高壓輸電技術(shù)，構(gòu)建堅強(qiáng)網(wǎng)架，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性，逐步實現(xiàn)電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動化、互動化。同時，應(yīng)該注重信息技術(shù)和電器工業(yè)的發(fā)展，大力推進(jìn)電氣設(shè)備國產(chǎn)化，為拉動國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。　　(三)規(guī)范管理，健全體系。為了保證未來的智能電網(wǎng)正常運(yùn)行，必須建立完整的一體化管理體系，以國家宏觀政策為指導(dǎo)，建立健全規(guī)范合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)智能調(diào)度和控制，提高決策效率，提升服務(wù)質(zhì)量：必須充分利用先進(jìn)的智能化技術(shù)，保障電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，努力建成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的現(xiàn)代化電網(wǎng)。　　四、結(jié)語　　中國電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)歷了從分散到統(tǒng)一、從落后到先進(jìn)的發(fā)展歷程，具有靈活、清潔、安全、經(jīng)濟(jì)、友好等性能的智能電網(wǎng)必將給世界能源革命帶來巨大影響。建設(shè)智能電網(wǎng)不僅是我國電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、構(gòu)建兩型社會的實際需要。中國的智能電網(wǎng)發(fā)展，必須突出中國特色，立足于基本國情和自身電網(wǎng)發(fā)展特點，博采眾長，吸取國外發(fā)展智能電網(wǎng)的先進(jìn)理念和技術(shù)，把握機(jī)遇和挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮自身電網(wǎng)優(yōu)勢和自主創(chuàng)新精神，建設(shè)符合我國能源戰(zhàn)略和國民需求的現(xiàn)代化電網(wǎng)。

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數(shù)據(jù)中心與智能電網(wǎng)如何協(xié)同發(fā)展

　　提到“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”中的“網(wǎng)”，人們的第一反應(yīng)一定是“通信網(wǎng)絡(luò)”，但對于數(shù)據(jù)中心這樣涉及到多種學(xué)科的大型基礎(chǔ)設(shè)施來說，“網(wǎng)”的內(nèi)涵更加豐富。數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與電力保障息息相關(guān)，所以“數(shù)據(jù)中心”與“電力網(wǎng)絡(luò)”的協(xié)同發(fā)展也非常重要，將是“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”的重要保障。　　數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)的發(fā)展相輔相成。　　一方面，數(shù)據(jù)中心在需求側(cè)對電網(wǎng)具有調(diào)節(jié)潛力：多年來國家一直加強(qiáng)落實電力需求側(cè)管理工作，落實國家節(jié)能減排戰(zhàn)略，促進(jìn)電力資源的優(yōu)化合理分配，從而降低能源消費(fèi)和用電負(fù)荷。與其他需求側(cè)的資源相比，數(shù)據(jù)中心具備電力實時響應(yīng)、可轉(zhuǎn)移及調(diào)節(jié)能力，是一種龐大的需求響應(yīng)資源，在緩解電網(wǎng)阻塞、消納新能源等方面發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢。目前，已有數(shù)百個數(shù)據(jù)中心參與緊急需求響應(yīng)成功避免整個北美的大面積停電的案例。　　另一方面，電網(wǎng)是維持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)的最重要因素：數(shù)據(jù)中心是比較龐大的電力需求主體，所以在數(shù)據(jù)中心選址、布局時會充分考慮電網(wǎng)的分布。為了保障業(yè)務(wù)的可靠性，數(shù)據(jù)中心通常會設(shè)置冗余，在設(shè)計時會為數(shù)據(jù)中心規(guī)劃充足的電力資源。同時數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模也是業(yè)界重點關(guān)注的內(nèi)容，2018年全世界數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模為205TWh，占全世界耗電規(guī)模的1%;根據(jù)測算，2019年中國數(shù)據(jù)中心的耗電規(guī)模在700多億度，占全國耗電規(guī)模的近1%。　　盡管數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)聯(lián)系緊密，但目前兩者的運(yùn)行和規(guī)劃基本是割裂的，主要存在著這樣一些問題：　　一是目前數(shù)據(jù)中心并未充分參與電網(wǎng)需求側(cè)的調(diào)度，數(shù)據(jù)中心的研究主要聚焦其自身能耗，而沒有將其作為一種需求響應(yīng)資源納入整體電網(wǎng)的大環(huán)境中。數(shù)據(jù)中心是有調(diào)節(jié)潛力的資源，若在電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮數(shù)據(jù)中心的調(diào)節(jié)作用，則會充分提高電能利用效率。　　二是數(shù)據(jù)中心為了保障高可靠性而設(shè)置的高冗余配置對電網(wǎng)資源造成了一定的閑置。通常引入的兩路市電中，一路作為備用長期閑置，而無法納入電網(wǎng)的規(guī)劃或者運(yùn)行工作中。電力部門被迫對數(shù)據(jù)中心運(yùn)營者進(jìn)行一些硬性消費(fèi)指標(biāo)的約束來彌補(bǔ)這種浪費(fèi)，而數(shù)據(jù)中心運(yùn)營者出于對用戶方或者相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的考慮，對此也無能為力。　　三是數(shù)據(jù)中心集群的概念正在逐步形成，很多地區(qū)呼吁通過發(fā)電廠的電力直送等形式來支撐數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，但是目前存在著規(guī)劃和實施層面的種種困難。　　四是數(shù)據(jù)中心自身耗電量較大，同時為了保證業(yè)務(wù)的可靠性對電網(wǎng)的質(zhì)量要求較高，這對于電力資源稀缺或電網(wǎng)質(zhì)量不佳但又想發(fā)展數(shù)據(jù)中心的地區(qū)造成了一定的壓力。　　從長遠(yuǎn)來看，數(shù)據(jù)中心和電網(wǎng)之間會依靠“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”來走向高質(zhì)量發(fā)展之路。　　首先，電網(wǎng)規(guī)劃中充分考慮數(shù)據(jù)中心的調(diào)節(jié)作用，設(shè)計適用于數(shù)據(jù)中心的模式。數(shù)據(jù)中心是一種龐大的需求響應(yīng)資源，應(yīng)深度研究其在緩解電網(wǎng)阻塞、消納新能源等方面的作用，使得“數(shù)據(jù)中心”與“電網(wǎng)”真正地協(xié)同發(fā)展起來。　　其次，針對數(shù)據(jù)中心的高冗余特性帶來的資源浪費(fèi)問題，適當(dāng)探索電網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心的新合作模式。2019年全國城市地區(qū)用戶平均停電時間4.50小時/戶，其中，上海、深圳、廈門的用戶平均停電時間低于1小時/戶，而2000年全國城市地區(qū)用戶平均停電時間為9.767小時/戶。以上數(shù)據(jù)反映電力供應(yīng)可靠性在不斷提升，當(dāng)前業(yè)內(nèi)也逐漸響起一路市電的呼聲，所以在一些電力條件優(yōu)質(zhì)的地方，數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)可根據(jù)實際情況適當(dāng)采取一些的新合作模式，解決高冗余配置帶來的資源閑置問題。　　再次，可以考慮將發(fā)電廠的電力直送數(shù)據(jù)中心集群。作為穩(wěn)定且大量消耗電力的數(shù)據(jù)中心集群來說，這種方式可以減輕電網(wǎng)的負(fù)載，也能降低一定的過網(wǎng)費(fèi)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心和電廠利益的最大化。　　最后，數(shù)據(jù)中心的綠色化發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究、測試評估、節(jié)能改造等工作。通過應(yīng)用新技術(shù)、提高管理能力，不斷降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行PUE，從而提高數(shù)據(jù)中心的能效和綠色等級，持續(xù)促進(jìn)“數(shù)網(wǎng)協(xié)同”的健康發(fā)展。