PDF《1 智能电网》

1 智能电网 由于环境与社会问题,发电和配电系统正在经历前所未有的转变.

一方面, 通过在发电和配电中使用先进的传感器,电网运行商可以监控系统的健康状况, 检测故障并更快地恢复电力传输;

另一方面,来自电网的最新数据能够使操作人 员更深入了解电力设施的性能, 使其能够基于发电组合、极端天气或安全问题更 快地给予响应. 智能电网的四个关键要素: (1) 数字化,特别是在电网中广泛部署的智能电表、传感器和设备节点;

(2) 用于管理各种分布式能源的通信和控制技术;

(3) 电动汽车的影响及其充电基础设施;

(4) 用于增强保护和控制的实时数据管理. 图1智能电网的核心组成要素 智能电网的技术驱动因素包括: (1) 将电子技术和半导体器件用于电网边缘的仪表中;

(2) 整合分布式可再生发电资源;

(3) 适应电力运输系统及其充电基础设施;

(4) 改进电网监测、保护和控制. 1.1 互连的燃气表和水表 发电厂与工厂、企业、家庭相连的配电网络正在进行设计升级,仪表的互连 最初始于电力, 采用自动仪表读数和智能仪表已经成为当前的一种趋势.为了减 少机器故障,提高仪表的精确度并使其智能化,其技术支持主要有三方面: (1) 超声波流量检测,精度高,能耗低;

(2) 无线通信,支持长距离以确保连通性;

(3) 智能电表管理,以最大限度提高效率,并提供至少

10 年的电池寿命. 1.2 分布式能源 传统电网是一条 单行道 , 电力单向从发电、 输电和配电线路流向消费者. 随着太阳能和风能开始在电网中占据更大的份额, 电网的动态管理也变得更加普 遍. 智能电网是一个相互连接的网络,使用小型分布式系统发电的消费者数量一 直在递增,换言之,住宅将不仅是消费单元,也可作为发电单元. 1.3 智能电动汽车充电 在不久的将来,电动汽车(包括轿车、公交、货车)将代替化石燃料驱动的 车辆.目前性能最好的电动汽车车载充电器功率在 10kW 内,未来为了减少充电 时间,其功率将达到 15kW 或20kW.另外,双向充电器使得电动汽车作为电力 存储元件成为可能. 假设车库中的电动汽车一次充电可行驶

400 英里, 通过通信、 云计算和智能电网,汽车 知道 车主明天开车不会超过

50 英里,从技术角度 来看,电池不必一次充满电,可能在夜间用电高峰期将自身电力供本地消耗.通 过使用具有较低开关损耗的 SiC MOSFET 可确保提供 1000V 的高直流电压和 99% 的峰值效率[1] . 1.4 实时数据管理 过去电力公司将电网部署在地面以上,通过相当简单的方法来检测电力故障: 派出维修车沿着电力线行驶, 当发现故障时, 断电维修. 智能电网需要实时通信、 检测和监控,但其电力线部署在地下,无法直观看到其故障,实时数据管理系统 在连接电网时变得尤其重要, 现代移动设备是智能电网以及包括构成微电网的太 阳能等能源数据传送和控制的一个平台.通过多种通信方式(包括 WiFi、蓝牙 等)来实现实时数据的管理,包括: (1) 实时资产健康监控(包括电容、电压、温度) ;

(2) 为关键应用增加额外的、可变的数据传输能力;

(3) 变电站内有线通信的备份;

(4) 提高检测故障的响应时间;

(5) 较少断电时间. 综上,随着电网现代化水平的日益提高,智能电网中末端传感设备的部署会 越来越广泛和密集,分布式能源对于智能电网的管控、快速响应提出了更为严苛 的同步实时性要求.对未来传输网络提出了更高的要求[2] : ? 每户家庭电网传输带宽大于 1Mbps,连接密度大于 1000/ km2 . ? 主变电站与控制中心之间端到端时延上界小于 1ms (亚毫秒级) , 支持无缝故 障转移,即在保持信息的实时传送(毫秒级)的同时不会丢失信息. ? 包含设备在内的端到端丢包低于 10-9 . ? 高可用性要求, 可靠性要求大于 99.999%, 相当于每年停机时间小于