邱宇晟

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 江蘇 宿遷 223900

引言

智能電網(wǎng)的建設始終離不開發(fā)電、輸電、用電、系統(tǒng)檢修、故障排查等關鍵環(huán)節(jié)，而這些管理工作都離不開傳統(tǒng)電力工程技術的支持。因此，在建設智能電網(wǎng)的過程中要積極利用電力工程技術來提升系統(tǒng)性能。例如，現(xiàn)階段廣泛使用的高壓直流輸電技術、柔性輸電技術以及能源轉換技術等都可用于智能電網(wǎng)的建設。

1 智能電網(wǎng)建設方向及特點

1.1 建設方向

智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)的技術路線上廣泛應用人工智能、先進傳感器以及清潔能源等技術所形成的產物，現(xiàn)階段國內的電力能源供應正在逐漸減少火力發(fā)電的占比，同時不斷提升水力發(fā)電、風力發(fā)電等清潔能源比例。而光伏發(fā)電、風力發(fā)電等具有不穩(wěn)定的特點，電網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中必須借助更加先進的控制方式來全面提升其整體的穩(wěn)定性和節(jié)能性，智能電網(wǎng)更加符合新時代的技術需求，根據(jù)現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢開看，智能電網(wǎng)在未來的主要建設方向可參考表1。

表1 智能電網(wǎng)主要建設方向

續(xù)表

1.2 智能電網(wǎng)的技術特點

1.2.1 較強的兼容性。傳統(tǒng)電網(wǎng)技術的形成基礎是火力發(fā)電，并且火電主要利用鍋爐燃燒煤粉、產生熱能、形成高壓水蒸氣、驅動蒸汽輪機，火電的特點是功率非常穩(wěn)定，電網(wǎng)應對電能和峰值波動性的能力較差。但是這種情況正在發(fā)生改變，根據(jù)2020年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，國內的水電、風電、太陽能發(fā)電以及核電等清潔能源的占比已經達到31.13%，未來還具有進一步上升的趨勢[1]。而這些新能源往往具有發(fā)電不穩(wěn)定的特點，與傳統(tǒng)的電力電網(wǎng)技術在兼容性方面存在一定的難度。智能電網(wǎng)利用更加先進的控制技術來提升電網(wǎng)系統(tǒng)的實時監(jiān)控能力、調峰能力以及穩(wěn)定性，因為其對新能源的兼容性更加突出，要更符合未來的技術需求。

1.2.2 可自愈。電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性對工業(yè)企業(yè)運行、社會商業(yè)活動以及人民群眾的生活具有非常重要的作用，但是電力系統(tǒng)在運行的過程中經常因為線路故障、設備故障而產生電力中斷，傳統(tǒng)的電力技術在定位故障信息、解決電網(wǎng)運行異常方面都存在效率低下、能力薄弱的問題。而智能電網(wǎng)中應用了較多的先進傳感器和人工智能等新技術，使其具備了較高的故障自動定位以及故障自愈能力。

1.2.3 節(jié)能環(huán)保。智能電網(wǎng)技術正在廣泛應用特高壓輸電、清潔能源以及智能化電力控制等技術來全面提升整個電網(wǎng)系統(tǒng)的能源利用效率，降低設備本身的能耗以及線損，這種技術在未來的發(fā)展中將會產生更加深遠的意義。

2 電力工程技術應用分析

2.1 應用于智能電源的電力工程技術

智能電網(wǎng)是各種終端用電設備的主要能源供應形式，而用電終端實際上具有直流和交流兩大類型，而用電設備的負載情況也對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性具有顯著的影響力。具備智能化管理能力的電網(wǎng)系統(tǒng)可根據(jù)設備的實際情況實時匹配合理的電源供應形式。這種智能化的電源供應形式在滿足各類設備運行需求的同時也提高了能源利用利率，優(yōu)化了電力能源的供應和分配。這方面當前最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g路線是分布式發(fā)電。

2.2 應用于智能輸電過程的電力工程技術

理想化的電力系統(tǒng)應該將所有的電力能源應用于各種終端電氣設備，然而實際情況是電力系統(tǒng)中的電容器、電磁元件以及電力輸送線路都會消耗一定的電力能源。例如，電容器建立電廠時就會占用一定的電力能源。而電力線路本身也具有一定的電阻值，電流從中通過時也會產生熱量，進而將電能轉變?yōu)闊崮?，這就是所謂的線損，實際上線損造成的能源損失還是比較大的。在智能電網(wǎng)的建設中可利用無功補償?shù)碾娏こ碳夹g來全面提高有功功率的比例常數(shù)，也就是將更多的電力能源用于終端用戶，而不是消耗在無功功率中。這一點也是電力工程技術在智能電網(wǎng)電力輸送中應用價值的體現(xiàn)[2]。

2.3 應用于智能發(fā)電過程的電力工程技術

發(fā)電廠中具有眾多的發(fā)電設備、系統(tǒng)運行監(jiān)控設備、電力輸送監(jiān)控設備，并且在日常管理中還要根據(jù)電力系統(tǒng)的運行特點和特定的工作場景制定出管理決策。智能發(fā)電站的概念應運而生，其主要的功能特點可參考表2。事實上智能發(fā)電廠中的很多技術都是將傳統(tǒng)的電力工程技術和現(xiàn)代化的信息技術相結合所形成的產物。例如，智能診斷技術就涉及發(fā)電機機組運行狀態(tài)的檢測，傳統(tǒng)技術模式下由工程技術人員憑借經驗和現(xiàn)場情況來確定機組運行狀態(tài)，而智能技術下則是依靠先進的傳感器以及軟件模擬等來完成這一功能，但是電力設備的運行原理依然起到了非常根本性的作用，因而電力工程技術在智慧發(fā)電中也具有重要的應用價值。

表2 智能發(fā)電站的功能特點

3 智慧電網(wǎng)中應用電力工程技術的主要途徑

3.1 改善電能質量

智慧電網(wǎng)建設對發(fā)電、輸電以及用電三個核心環(huán)節(jié)都具有節(jié)能環(huán)保、提升效率方面的要求。但是國內的發(fā)電企業(yè)和輸電線路存在建造年代不一、技術路線差異大、能效利用水平參差不齊的情況。原則上來講規(guī)模大、技術先進、集成度高的大型發(fā)電廠往往具有更高的能效水平。但國內現(xiàn)存的小型劣質發(fā)電資源還不少，并且承擔著一定的發(fā)電、送電功能，暫時還不能完全被棄用或者替代。這種客觀情況制約了智慧電網(wǎng)的建設效果。因而在智慧電網(wǎng)的建設中還應該借助電力工程技術對這些小型、劣質、高能耗、低效率的電能資源進行優(yōu)化、整合或者改造升級。所改善電力能源的質量是電力工程技術的重要應用途徑，并且這些技術對智能電網(wǎng)的建設也具有顯著的作用[3]。

3.2 高壓直流輸電

我國在電力輸送中主要采用交流電的技術路線，不過交流電在某些特定的輸送場景下并不具備良好的適應能力。智能電網(wǎng)中有大量的用電終端設備采用了高壓直流輸電的技術路線，其實現(xiàn)原理為利用換流站將高壓三相交流電直接轉化成直流電，并且再由直流輸電線路將這種經過轉化的電力能源輸送到另外一個換流站，使其變成三相交流電。當然，如果用電終端設備本身就使用直流電，也可不做交流轉換。高壓直流輸電技術的優(yōu)點可參考表3。在智能電網(wǎng)的建設中要根據(jù)終端用電設備的特點積極廣泛地采用高壓直流輸電技術。

表3 高壓直流輸電技術的優(yōu)勢（相對于交流電）

3.3 能源轉換

當前使用的電力能源實際上都是將自然界產生的一次能源（化石燃料、太陽能、地熱能等）轉化成人類所需的二次能源（電能、熱能、化學能等），能源轉化也具有環(huán)保性和非環(huán)保性之分。如何將不同類型的一次能源轉化成人類社會所需的二次能源，這是技術層面必須解決好的問題。當前已經發(fā)展出多種技術路徑。例如，在發(fā)電過程中可利用熱泵技術將蘊藏在地下的地熱能轉化成電力能源，而熱電聯(lián)產技術在發(fā)電的同時還會產生大量可用于城市集中供暖的熱力能源，進而提高了發(fā)電過程中的能源利用率[4]。

在實施能源轉換的過程中要按照國家“碳達峰”、“碳中和”的發(fā)展戰(zhàn)略，逐步降低煤炭等化石燃料在發(fā)電工程中的應用，轉而大幅提高太陽能、風能等潛力巨大的清潔可再生能源的利用率。清潔能源發(fā)電不同于火力發(fā)電，受到環(huán)境因素的制約，其穩(wěn)定性較差，這種情況與電力供應的實際需求存在較大的差距。因此，在智能電網(wǎng)的建設中要加強電力調峰技術和能量儲存技術的應用。在清潔能源發(fā)電量相對充裕的時段，借助能量儲存技術將不能使用的能量收集起來，當電力負荷處于低谷時，可將多余的電力能源轉化成易于存儲的化學能、熱能或者重力勢能。電力調峰的主要策略是削峰填谷。所謂削峰是將電力負荷分散在不同的時段，避免其在特定時間段內的集中，這樣就能有效控制其峰值。所謂填谷是在電力能源供應不足的情況下，將前期存儲下來的能源釋放到供電系統(tǒng)中，彌補電能的低谷。智能電網(wǎng)具備強大的數(shù)據(jù)監(jiān)測能力，可通過電力大數(shù)據(jù)來科學的預測電力負荷的變化規(guī)律，進而制定出合理的調峰策略。

圖1 智能電網(wǎng)電力調峰系統(tǒng)的示意圖

3.4 柔性輸電技術

電網(wǎng)的負荷、電壓需求、電流需求會隨著終端用戶及設備的變化而處在動態(tài)變化的過程中，如果采用固定電壓、固定電流來分配電力能源，顯然會存在電力能源分配不均勻以及應用效率低下的問題。所謂柔性輸電技術就是根據(jù)用電需求靈活地、自適應的調節(jié)電壓以及電網(wǎng)的潮流，其優(yōu)點在于電網(wǎng)的運行方式將會更好地滿足特定的運行目標。無論在直流輸電技術中，還是在交流輸電技術中，柔性輸電都具有良好的實踐應用效果，在智能電網(wǎng)的建設中也脫離不了這種電力工程技術的運用。

4 結束語

建設智能電網(wǎng)是提升電能利用效率、降低線路損失、加強電力系統(tǒng)運維監(jiān)控水平的技術方向。傳統(tǒng)的電力技術在智能電網(wǎng)的建設中也發(fā)揮著不可替代的作用，在發(fā)電方面要積極使用能源轉換技術，在輸電方面則要運用高壓直流輸電技術、柔性輸電技術等。將這些傳統(tǒng)的電力工程技術和5G、人工智能等結合在一起，這就形成了更加先進的智慧電網(wǎng)。