智能電網(wǎng)技術(shù)之控制技術(shù)
先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)輸電、配電和用戶(hù)側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測(cè)基本的元件(參數(shù)量測(cè)技術(shù))，提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù);先進(jìn)設(shè)備技術(shù))并且對(duì)任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報(bào)價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。
未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預(yù)設(shè)的專(zhuān)家系統(tǒng)，在專(zhuān)家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執(zhí)行的行動(dòng)將在秒一級(jí)水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。當(dāng)然先進(jìn)控制技術(shù)需要一個(gè)集成的高速通信系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，以處理大量的數(shù)據(jù)。先進(jìn)控制技術(shù)將支持分布式智能代理軟件、分析工具以及其它應(yīng)用軟件。
(1)收集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)電網(wǎng)元件
先進(jìn)控制技術(shù)將使用智能傳感器、智能電子設(shè)備以及其他分析工具測(cè)量的系統(tǒng)和用戶(hù)參數(shù)以及電網(wǎng)元件的狀態(tài)情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，這些數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)掌握電網(wǎng)整體的運(yùn)行狀況具有重要的意義，同時(shí)還要利用向量測(cè)量單元以及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的時(shí)間信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)早期的預(yù)警。
(2)分析數(shù)據(jù)
準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)處理能力為軟件分析工具提供了快速擴(kuò)展和進(jìn)步的能力。狀態(tài)估計(jì)和應(yīng)急分析將在秒級(jí)而不是分鐘級(jí)水平上完成分析，這給先進(jìn)控制技術(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行人員足夠的時(shí)間來(lái)響應(yīng)緊急問(wèn)題;專(zhuān)家系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息用于快速?zèng)Q策;負(fù)荷預(yù)測(cè)將應(yīng)用這些準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及改進(jìn)的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷;概率風(fēng)險(xiǎn)分析將成為例行工作，確定電網(wǎng)在設(shè)備檢修期間、系統(tǒng)壓力較大期間以及不希望的供電中斷時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)的水平;電網(wǎng)建模和仿真使運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)準(zhǔn)確的電網(wǎng)可能的場(chǎng)景。
(3)診斷和解決問(wèn)題
由高速計(jì)算機(jī)處理的準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得專(zhuān)家診斷來(lái)確定現(xiàn)有的、正在發(fā)展的和潛在的問(wèn)題的解決方案，并提交給系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行判斷。
(4)執(zhí)行自動(dòng)控制的行動(dòng)
智能電網(wǎng)通過(guò)實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)和高級(jí)分析技術(shù)的結(jié)合使得執(zhí)行問(wèn)題檢測(cè)和響應(yīng)的自動(dòng)控制行動(dòng)成為可能，它還可以降低已經(jīng)存在問(wèn)題的擴(kuò)展，防止緊急問(wèn)題的發(fā)生，修改系統(tǒng)設(shè)置、狀態(tài)和潮流以防止預(yù)測(cè)問(wèn)題的發(fā)生。
(5)為運(yùn)行人員提供信息和選擇
先進(jìn)控制技術(shù)不僅給控制裝置提供動(dòng)作信號(hào)，而且也為運(yùn)行人員提供信息。控制系統(tǒng)收集的大量數(shù)據(jù)不僅對(duì)自身有用，而且對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行人員也有很大的應(yīng)用價(jià)值，而且這些數(shù)據(jù)輔助運(yùn)行人員進(jìn)行決策。
參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。
未來(lái)的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計(jì)及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶(hù)進(jìn)行雙向通信的智能固態(tài)表計(jì)。基于微處理器的智能表計(jì)將有更多的功能，除了可以計(jì)量每天不同時(shí)段電力的使用和電費(fèi)外，還有儲(chǔ)存電力公司下達(dá)的高峰電力價(jià)格信號(hào)及電費(fèi)費(fèi)率，并通知用戶(hù)實(shí)施什么樣的費(fèi)率政策。更高級(jí)的功能有用戶(hù)自行根據(jù)費(fèi)率政策，編制時(shí)間表，自動(dòng)控制用戶(hù)內(nèi)部電力使用的策略。
對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線(xiàn)路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲(chǔ)存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。
未來(lái)的數(shù)字保護(hù)將嵌入計(jì)算機(jī)代理程序，極大地提高可靠性。計(jì)算機(jī)代理程序是一個(gè)自治和交互的自適應(yīng)的軟件模塊。廣域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、保護(hù)和控制方案將集成數(shù)字保護(hù)、先進(jìn)的通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)代理程序。在這樣一個(gè)集成的分布式的保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)元件能夠自適應(yīng)地相互通信，這樣的靈活性和自適應(yīng)能力將極大地提高可靠性，因?yàn)榧词共糠窒到y(tǒng)出現(xiàn)了故障，其他的帶有計(jì)算機(jī)代理程序的保護(hù)元件仍然能夠保護(hù)系統(tǒng)。
建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶(hù)，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。下圖顯示了電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。
高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續(xù)不斷地自我監(jiān)測(cè)和校正，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測(cè)各種擾動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，重新分配潮流，避免事故的擴(kuò)大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備(IEDs)、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)以及用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。傳感器在這一技術(shù)領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面的技術(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注，其一就是開(kāi)放的通信架構(gòu)，它形成一個(gè)“即插即用”的環(huán)境，使電網(wǎng)元件之間能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信;其二是統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它能使所有的傳感器、智能電子設(shè)備(IEDs)以及應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的通信，也就是信息在所有這些設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠得到完全的理解，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間、設(shè)備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。這就需要電力公司、設(shè)備制造企業(yè)以及標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)進(jìn)行通力的合作，才能實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。
引言
電能質(zhì)量是衡量電網(wǎng)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，電能質(zhì)量問(wèn)題包含電壓凹陷(sag)、電壓隆起(swell)、尖峰脈沖(spikes)、諧波畸變(harmonic aberration)和電氣噪聲(electric yawp)等，其中對(duì)電能質(zhì)量影響最大的就是諧波畸變。因此，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是以對(duì)諧波畸變分析為主要目的。這方面的研究比較多，而且也開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的設(shè)備。以往的配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備多以51、96系列單片機(jī)為處理器，在精度和速度方面都不能滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的要求，還有就是用TI公司的DSP作為處理器，并配合ADC來(lái)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
ADI公司先后上市了ADE7753、ADE7758等電力測(cè)量專(zhuān)用芯片，并成功地將它們應(yīng)用到電網(wǎng)當(dāng)中。最近，ADI公司又推出了高性能的強(qiáng)強(qiáng)組合，即DSP+ADC的電力測(cè)量方案。此監(jiān)控系統(tǒng)就是采用這一組合實(shí)現(xiàn)的。
圖2 軟件框圖
ADC簡(jiǎn)介
AD73360是ADI公司推出的一款專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的IC，與一般ADC相比，AD73360有如下優(yōu)勢(shì)：6路獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換通道，不僅互不干擾，而且嚴(yán)格保證采樣同步;高精度，6個(gè)16位轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換通道非常適合電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的需要。采樣速率可在8KHz、16KHz、 32KHz范圍內(nèi)編程設(shè)置，適應(yīng)范圍廣。AD73360為適應(yīng)不同的場(chǎng)合提供了直流/交流、單端/差動(dòng)4種不同的輸入方式;采用串行接口，與DSP芯片的連接非常簡(jiǎn)單。
無(wú)論從精度、速度、采樣路數(shù)或者同步采樣的實(shí)現(xiàn)來(lái)考慮，在電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用AD73360都是比較理想的選擇。
DSP簡(jiǎn)介
系統(tǒng)采用的DSP處理芯片ADSP2191M是ADI公司的16位定點(diǎn)DSP。ADSP2191M處理器具有的資源概括如下：可訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)空間大小為16M words，分為256頁(yè)，每頁(yè)的大小為64K words，其中第0頁(yè)是內(nèi)部RAM，第255頁(yè)是內(nèi)部ROM，其它空間被分為4個(gè)部分，并由ms0～ms3進(jìn)行選擇。有256頁(yè)I/O存儲(chǔ)區(qū)間，每頁(yè)的大小為1K words，其中前8頁(yè)為內(nèi)部I/O存儲(chǔ)區(qū)間，其它為外部I/O存儲(chǔ)區(qū)間。處理器有一個(gè)主機(jī)接口、3個(gè)同步串行接口、兩個(gè)SPI接口、16個(gè)可編程標(biāo)志引腳、1個(gè)異步串行接口和3個(gè)32位定時(shí)器。
與AD73360連接必須采用串行總線(xiàn)方式，ADSP2191M就有3個(gè)這樣的同步串口。
硬件電路設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以ADSP2191M和AD73360為核心，再配以周邊電路完成。硬件設(shè)計(jì)的框圖如圖1所示。
由圖1可以看出，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，而且沒(méi)有最麻煩的同步保持電路和系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展。這是因?yàn)锳D73360能夠?qū)崿F(xiàn)多通道的同步轉(zhuǎn)換，免除了同步保持電路的設(shè)計(jì)、ADSP2191M內(nèi)部具有64K RAM，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，傳感器用來(lái)將配電網(wǎng)參數(shù)的電能信號(hào)轉(zhuǎn)化為ADC的輸入信號(hào)，然后送到AD73360進(jìn)行同步采樣，轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)同步串口傳入DSP處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、諧波分析和其它操作。最后，處理器將分析結(jié)果送到LCD進(jìn)行顯示，并通過(guò)串口送到PC進(jìn)行相應(yīng)的處理。Flash用來(lái)存放系統(tǒng)代碼。
整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)lash和LCD為基本的系統(tǒng)擴(kuò)展，異步串口為基本的開(kāi)發(fā)，這里只介紹一下DSP處理器與ADC的連接。它們必須通過(guò)串行接口，其中ADSP2191M為6線(xiàn)串行方式，而AD73360為5線(xiàn)的串行方式，它們的區(qū)別在于前者的串行時(shí)鐘分為串口發(fā)送時(shí)鐘和串口接收時(shí)鐘，是彼此獨(dú)立的，而后者合二為一。比較時(shí)序圖會(huì)發(fā)現(xiàn)，二者時(shí)序基本相同，但要控制AD73360，處理器還必須能夠滿(mǎn)足下面的要求：串口工作方式可設(shè)置為外部時(shí)鐘模式，串口字長(zhǎng)可達(dá)到16bit，發(fā)送和接收的每個(gè)字都有同步幀信號(hào)，對(duì)處理器而言，接收同步幀信號(hào)為輸入信號(hào)，發(fā)送同步幀信號(hào)為輸入信號(hào)，幀同步信號(hào)產(chǎn)生在串口字高位出現(xiàn)的前一個(gè)時(shí)鐘周期，幀同步信號(hào)為高有效。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，分為A/D采樣控制、LCD控制、串口傳輸、數(shù)據(jù)處理和諧波分析算法等幾個(gè)部分。整個(gè)軟件框圖如圖2所示。
其中，諧波分析算法代碼量最大，也最重要，系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析就由它來(lái)完成;Flash驅(qū)動(dòng)代碼用于對(duì)Stm29w040進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它不在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中使用，而是用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序代碼的下載。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)代碼的語(yǔ)言選擇上，采用DSP匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言相結(jié)合的方式，以C語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔。
219x_int_tab.asm文件的處理：在介紹整個(gè)系統(tǒng)流程之前，先介紹一下219x_int_tab.asm文件。當(dāng)軟件主函數(shù)存在于C文件的時(shí)候，219x_int_tab.asm 文件被系統(tǒng)默認(rèn)為項(xiàng)目的一部分，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行中斷向量初始化。當(dāng)中斷發(fā)生后，程序指針跳轉(zhuǎn)到該文件的相應(yīng)位置，通過(guò) ___lib_int_determiner函數(shù)來(lái)尋找中斷服務(wù)程序的入口，一旦找不到服務(wù)程序入口，就會(huì)造成程序死鎖，無(wú)法正常運(yùn)行，而采用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)中斷函數(shù)比較復(fù)雜。為了提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)速度，減少系統(tǒng)程序代碼，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)要先對(duì)219x_int_tab.asm中的中斷向量表進(jìn)行修改，將中斷服務(wù)程序入口直接給中斷向量表就可以完成該函數(shù)的功能。系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)工具為ViusalDSP++3.0。
在軟件設(shè)計(jì)中，最重要的是諧波分析算法的設(shè)計(jì)。因?yàn)樗擒浖O(shè)計(jì)的核心，不僅代碼量比較大，而且也是系統(tǒng)測(cè)量精度的決定性因素之一。本方案采用成熟的FFT(快速傅立葉算法)作為系統(tǒng)的諧波分析算法，同時(shí)，為了抑制FFT算法自身的柵欄效應(yīng)和頻譜泄露問(wèn)題，加入了漢寧窗和插值算法。由于代碼量較大，這里就不給出源代碼了。
在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，用到了兩個(gè)中斷：同步串口發(fā)送中斷和同步串口接收中斷。前者用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AD73360的配置，后者用來(lái)實(shí)現(xiàn)從AD73360讀取轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)。它們的代碼也不在此詳述了。
除此之外，系統(tǒng)還開(kāi)發(fā)了異步串口、可編程標(biāo)志引腳和LCD控制等待，使整個(gè)系統(tǒng)更加智能化、人性化。這里就不一一介紹了。
系統(tǒng)分析與軟件分析的比較
系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完畢后，為了對(duì)系統(tǒng)分析的結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，使用與軟件分析進(jìn)行比較的方法。將時(shí)域原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Matlab軟件，通過(guò)該軟件內(nèi)的FFT算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到一組相應(yīng)的時(shí)域波形、幅值譜和相位譜圖形。將這些圖形與系統(tǒng)硬件分析在DSP系統(tǒng)中所得到的對(duì)應(yīng)圖型進(jìn)行比較，就可以看出本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)分析與理論分析的差異。圖3就是這些圖形的對(duì)比情況。
DSP硬件系統(tǒng)與Matlab軟件所分析的原始數(shù)據(jù)是相同的，但是它們所采用的分析方法是不同的：一個(gè)是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的算法、一個(gè)是軟件自帶的工具，所以，可以通過(guò)對(duì)比來(lái)審核開(kāi)發(fā)系統(tǒng)算法的可靠性。可以看出，在對(duì)比圖中，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)得到的時(shí)域信號(hào)的波形和幅值、相位譜與Matlab軟件的分析結(jié)果具有相當(dāng)?shù)囊恢滦浴Ｏ抻谄罱K的分析數(shù)據(jù)不再詳述了。
為了比較系統(tǒng)的可信度，可采用多次分析的方法，分析比較數(shù)據(jù)可以看出，雖然采用不同的分析系統(tǒng)，但是二者結(jié)果誤差很小，基本相同，這就說(shuō)明系統(tǒng)的硬件監(jiān)測(cè)結(jié)果有相當(dāng)?shù)目煽啃浴?BR>結(jié)語(yǔ)
以AD73360和ADSP2191M處理器為系統(tǒng)硬件核心，系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
•系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，不僅容易實(shí)現(xiàn)而且成本較低。
•系統(tǒng)沒(méi)有外部擴(kuò)展SRAM，對(duì)硬件要求比較低。
•使用DSP處理器未用接口資源，系統(tǒng)軟件方便升級(jí)。
•系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編和C語(yǔ)言相結(jié)合的方法和加窗插值FFT算法，可以提高代碼的開(kāi)發(fā)速度和系統(tǒng)整體的測(cè)量精度。由比較結(jié)果來(lái)看，該方案符合電力系統(tǒng)的要求，可靠性高，而且至少可以滿(mǎn)足每周期160點(diǎn)的實(shí)時(shí)采樣
(1)智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)
"自愈"指的是把電網(wǎng)中有問(wèn)題的元件從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，并且在很少或不用人為干預(yù)的情況下，可以使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對(duì)用戶(hù)的供電服務(wù)。從本質(zhì)上講，自愈就是智能電網(wǎng)的免疫系統(tǒng)。這是智能電網(wǎng)最重要的特征。
自愈電網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)不斷地在線(xiàn)自我評(píng)估，以預(yù)測(cè)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的或正在發(fā)展的問(wèn)題，并立即采取措施加以控制或糾正。
自愈電網(wǎng)確保了電網(wǎng)的可靠性、安全性、電能質(zhì)量和效率。
自愈電網(wǎng)將盡量減少供電服務(wù)中斷，充分應(yīng)用數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，執(zhí)行決策支持算法，避免或限制電力供應(yīng)的中斷，迅速恢復(fù)供電服務(wù)。
基于實(shí)時(shí)測(cè)量的概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估將確定最有可能失敗的設(shè)備、發(fā)電廠和線(xiàn)路;實(shí)時(shí)應(yīng)急分析將確定電網(wǎng)整體的健康水平，觸發(fā)可能導(dǎo)致電網(wǎng)故障發(fā)展的早期預(yù)警，確定是否需要立即進(jìn)行檢查或采取相應(yīng)的措施;和本地和遠(yuǎn)程設(shè)備的通信將幫助分析故障、電壓降低、電能質(zhì)量差、過(guò)載和其他不希望的系統(tǒng)狀態(tài)，并于這些分析，采取適當(dāng)?shù)目刂菩袆?dòng)。
自愈電網(wǎng)經(jīng)常應(yīng)用連接多個(gè)電源的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式。
當(dāng)出現(xiàn)故障或發(fā)生其他問(wèn)題時(shí)，在電網(wǎng)設(shè)備中先進(jìn)的傳感器確定故障并和附近的設(shè)備進(jìn)行通信，以切除故障元件或?qū)⒂脩?hù)迅速地切換到另外可靠的電源上，同時(shí)傳感器還有檢測(cè)故障前兆的能力，在故障實(shí)際發(fā)生前，將設(shè)備狀況告知系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)地提出預(yù)警信息。
(2)智能電網(wǎng)激勵(lì)和包容用戶(hù)
在智能電網(wǎng)中，用戶(hù)將是電力系統(tǒng)不可分割的一部分。鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶(hù)參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理是智能電網(wǎng)的另一重要特征。
從智能電網(wǎng)的角度來(lái)看，用戶(hù)的需求完全是另一種可管理的資源，它將有助于平衡供求關(guān)系，確保系統(tǒng)的可靠性;從用戶(hù)的角度來(lái)看，電力消費(fèi)是一種經(jīng)濟(jì)的選擇，通過(guò)參與電網(wǎng)的運(yùn)行和管理，修正其使用和購(gòu)買(mǎi)電力的方式，從而獲得實(shí)實(shí)在在的好處。
在智能電網(wǎng)中，用戶(hù)將根據(jù)其電力需求和系統(tǒng)滿(mǎn)足其需求的能力，來(lái)調(diào)整、平衡其消費(fèi)。
同時(shí)將滿(mǎn)足用戶(hù)在能源購(gòu)買(mǎi)中有更多選擇的基本需求，減少或轉(zhuǎn)移高峰電力需求的能力，通過(guò)降低線(xiàn)損和減少效率低下的調(diào)峰電廠的運(yùn)營(yíng)，使電力公司盡量減少資本開(kāi)支和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，同時(shí)也提供了大量的環(huán)境效益。
在智能電網(wǎng)中，與用戶(hù)建立雙向?qū)崟r(shí)的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶(hù)積極參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理的基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)通知用戶(hù)其電力消費(fèi)的成本、實(shí)時(shí)電價(jià)、電網(wǎng)目前的狀況、計(jì)劃停電信息，同時(shí)用戶(hù)也可以根據(jù)這些信息制自己的電力使用的方案。
(3)智能電網(wǎng)具有抵御攻擊的能力
電網(wǎng)安全性的全系統(tǒng)解決方案，擬在增強(qiáng)電網(wǎng)的抗攻擊能力。電網(wǎng)經(jīng)常受到物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊，該方案要求電網(wǎng)能夠從供電中斷故障中快速恢復(fù)供電。智能電網(wǎng)將展示被攻擊后快速恢復(fù)的能力，甚至是對(duì)那些決心堅(jiān)定和裝備精良的攻擊者發(fā)起反擊。
電網(wǎng)安全性的全系統(tǒng)解決方案使智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有阻止攻擊的能力，最大限度地降低損失和快速恢復(fù)供電服務(wù)。智能電網(wǎng)也能同時(shí)承受對(duì)電力系統(tǒng)幾個(gè)部分的攻擊和在一段時(shí)間內(nèi)多重協(xié)調(diào)的攻擊。
智能電網(wǎng)的安全策略包含威懾、預(yù)防、檢測(cè)、反應(yīng)，以盡量減少和減輕對(duì)電網(wǎng)的影響。面對(duì)重大威脅信息，不管是物理攻擊還是網(wǎng)絡(luò)攻擊，智能電網(wǎng)都能通過(guò)加強(qiáng)電力企業(yè)與政府之間的密切溝通，在電網(wǎng)規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)安全風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全，提高智能電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。
(4)智能電網(wǎng)提供滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量
電能質(zhì)量指標(biāo)包括電壓偏移、頻率偏移、三相不平衡、諧波、閃變、電壓驟降和突升等。
用電設(shè)備的數(shù)字化對(duì)電能質(zhì)量越來(lái)越敏感，電能質(zhì)量問(wèn)題可以導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)的停產(chǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成重大的損失;因此，提供能滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量，是智能電網(wǎng)的又一重要特征。
但是電能質(zhì)量問(wèn)題又不是電力公司一家的問(wèn)題，因此需要制定新的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，因?yàn)椴⒎撬械纳虡I(yè)企業(yè)用戶(hù)和居民用戶(hù)都需要相同的電能質(zhì)量。
電能質(zhì)量可以從"標(biāo)準(zhǔn)"到"優(yōu)質(zhì)"進(jìn)行分級(jí)，這取決于消費(fèi)者的需求。它將在一個(gè)合理的價(jià)格水平上平衡負(fù)載的敏感度與供電的電能質(zhì)量。
智能電網(wǎng)將以不同的價(jià)格水平提供不同等級(jí)的電能質(zhì)量，以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)不同電能質(zhì)量水平的需求，同時(shí)要將優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)寫(xiě)入電力服務(wù)的合同中。
智能電網(wǎng)將減輕來(lái)自輸電和配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量事件。通過(guò)先進(jìn)的監(jiān)控電網(wǎng)基本元件，快速診斷并準(zhǔn)確地提出解決任何電能質(zhì)量事件的方案。
此外，智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)還要考慮減少由于閃電、開(kāi)關(guān)涌流、線(xiàn)路故障和諧波源引起的電能質(zhì)量的擾動(dòng)，同時(shí)應(yīng)用超導(dǎo)材料、儲(chǔ)能以及改善電能質(zhì)量的電力電子技術(shù)的最新研究成果來(lái)解決電能質(zhì)量的問(wèn)題。
另外，智能電網(wǎng)將采取技術(shù)和管理手段，使電網(wǎng)免受由用戶(hù)的電子負(fù)載所造成的電能質(zhì)量的影響，將通過(guò)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，限制用戶(hù)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)。除此之外，智能電網(wǎng)將采用適當(dāng)?shù)臑V波器，以防止諧波污染送入電網(wǎng)，惡化電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
(5)智能電網(wǎng)容許各種不同類(lèi)型發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)接入
智能電網(wǎng)將安全、無(wú)縫地容許各種不同類(lèi)型的發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)接入系統(tǒng)，簡(jiǎn)化聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程，類(lèi)似于"即插即用"，這一特征對(duì)電網(wǎng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。改進(jìn)的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)將使各種各樣的發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)容易接入。
各種不同容量的發(fā)電和儲(chǔ)能在所有的電壓等級(jí)上都可以互聯(lián)，包括分布式電源如光伏發(fā)電、風(fēng)電、先進(jìn)的電池系統(tǒng)、即插式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池。
商業(yè)用戶(hù)安裝自己的發(fā)電設(shè)備(包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)裝置)和電力儲(chǔ)能設(shè)施將變得更加容易和更加有利可圖。在智能電網(wǎng)中，大型集中式發(fā)電廠(包括環(huán)境友好型電源，如風(fēng)電、大型太陽(yáng)能電廠和先進(jìn)的核電廠)將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。
加強(qiáng)輸電系統(tǒng)的建設(shè)，使這些大型電廠仍然能夠遠(yuǎn)距離輸送電力。同時(shí)各種各樣的分布式電源的接入一方面減少對(duì)外來(lái)能源的依賴(lài)，另一方面提高供電可靠性和電能質(zhì)量，特別是對(duì)應(yīng)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)和恐怖襲擊具有重要的意義。
(6)智能電網(wǎng)會(huì)促使電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展
在智能電網(wǎng)中，先進(jìn)的設(shè)備和廣泛的通信系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)支持市場(chǎng)的運(yùn)作，并為市場(chǎng)參與者提供了充分的數(shù)據(jù)，因此電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施及其技術(shù)支持系統(tǒng)是電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵因素。
智能電網(wǎng)通過(guò)市場(chǎng)上供給和需求的互動(dòng)，可以最有效地管理如能源、容量、容量變化率、潮流阻塞等參量，降低潮流阻塞，擴(kuò)大市場(chǎng)，匯集更多的買(mǎi)家和賣(mài)家。
用戶(hù)通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)來(lái)感受到價(jià)格的增長(zhǎng)從而將降低電力需求，推動(dòng)成本更低的解決方案以及新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，新型潔凈的能源產(chǎn)品也將給市場(chǎng)提供更多選擇的機(jī)會(huì)。
(7)智能電網(wǎng)使運(yùn)行更加高效
智能電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整其電網(wǎng)資產(chǎn)的管理和運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)用最低的成本提供所期望的功能。這并不意味著資產(chǎn)將被連續(xù)不斷地用到極限，而是有效地管理需要什么資產(chǎn)以及何時(shí)需要，每個(gè)資產(chǎn)將和所有其他資產(chǎn)進(jìn)行很好的整合，以最大限度地發(fā)揮其功能，同時(shí)降低成本。
智能電網(wǎng)將應(yīng)用最新技術(shù)以?xún)?yōu)化其資產(chǎn)的應(yīng)用。例如，通過(guò)動(dòng)態(tài)評(píng)估技術(shù)使資產(chǎn)發(fā)揮其最佳的能力，通過(guò)連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)其能力，使資產(chǎn)能夠在更大的負(fù)荷下使用。
(8)智能電網(wǎng)高速通信在線(xiàn)監(jiān)測(cè)
智能電網(wǎng)通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間給出需要維修設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)的控制裝置可以被調(diào)整到降低損耗和消除阻塞的狀態(tài)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制裝置的調(diào)整，選擇最小成本的能源輸送系統(tǒng)，可以提高運(yùn)行的效率。最佳的容量、最佳的狀態(tài)和最佳的運(yùn)行將大大降低電網(wǎng)運(yùn)行的費(fèi)用。
此外，先進(jìn)的信息技術(shù)將提供大量的數(shù)據(jù)和資料，并將集成到現(xiàn)有的企業(yè)范圍的系統(tǒng)中，大大加強(qiáng)其能力，以?xún)?yōu)化運(yùn)行和維修過(guò)程。這些信息將為設(shè)計(jì)人員提供更好的工具，創(chuàng)造出最佳的設(shè)計(jì)，為規(guī)劃人員提供所需的數(shù)據(jù)，從而提高其電網(wǎng)規(guī)劃的能力和水平。
| 【上一個(gè)】 探究掌控電力信息化新的趨勢(shì) | 【下一個(gè)】 從智能微網(wǎng)到智能配電網(wǎng)的分析 |
| ^ 智能電網(wǎng)技術(shù)之控制技術(shù) |