智能電網帶動儀器儀表技術
http://m.sharifulalam.com 2012-05-22 10:01 來源：中國低壓電器網
5月9日至11日在上海新國際博覽中心舉行的智能電網產業發展論壇上，上海交大電力設備智能化技術研究所副所長盛戈皞教授向與會人士做題為《智能電網發展及其產業鏈》演講。
盛教授表示，智能電網建設可帶動包括風力發電產業群、電動汽車產業群、光伏發電產業群、綠色節能建筑和智能家電等。而新材料產業，如光電轉換材料、儲能材料、絕緣材料、超導材料、納米材料等也將得到長足發展。此外，受智能電網建設拉動的技術還包括為智能電網創建平臺的技術，綜合通信技術、儀器儀表、傳感和測量技術、高級應用軟件、應用超導技術、診斷技術等。
從智能電網內涵、國網規劃及國家科技部關鍵技術出發，智能電網新增產業主要集中在以下五個方面(新增產業及設備)，每個方面都是一個大的產業群：
1、電網消納間歇式能源方面
2、電網信息與通信方面
3、電網與充放電設施互動方面
4、智能配用電方面
5、柔性輸變電技術及關鍵器件和設備方面
常規產業升級主要集中在超高壓領域
從國家規劃及技術狀態看產業規模
針對上述五個新增產業，從我國目前技術現狀、十一五末國際先進指標、十二五末國際先進指標以及我國十二五發展目標4個方面進行縱、橫向比較，可以看到我國與國際技術水平差距，差距就是產業機會。
1、電網消納間歇式能源方面，第一個是仿真分析方法，前期電力系統模型很少甚至沒有；第二個是功率預測，能夠預測到未來一天甚至幾天風力光照的大小，第三個是運行控制，第四個是直流送出，現階段在這幾個部分我國技術水平還是與歐美國家喲一定的差距；最后是儲能應用，一方面要將白天的光能儲存起來供夜晚使用，另一方面也要通過儲能消除電力波動。直到十一五末，我國在這一方面的技術還是與國際先進指標有一定差距的。但是我們希望，到了十二五末，我國各個方面的技術都能夠達到國際先進水平。
2、電網信息與通信方面，主要技術是信息平臺，通信平臺，信息安全，通信部件，信息處理、存儲及應用，在這些部分，我國與國際技術的差距是很大的，我們的目標也是到十二五末能夠達到國際先進水平。
3、電網與充放電設施互動方面，我們主要是要做一些技術的升級，從成本上來說我國已達到國際先進水平，其它部分如可靠性、耐久性、工程化、產業化水平等與國際先進水平還有一定差距。
4、智能配用電方面包含關鍵7個部分：配電自動化、配電裝備、智能電表、用戶雙向互動、分布式電源接入、配用電通信和分布式功能，這7個技術就是智能配用電產業主要的發展方向。
5、柔性輸變電技術及關鍵器件和設備方面包含6個部分：SiC器件及應用技術、高壓大容量電力電子裝置監測技術、電網潮流控制與故障抑制技術、故障電流限制技術、直流斷路器、多端直流輸電技術。我國電力電子技術在應用上與國際技術水平相差較小，但在器件方面差距還是很大的，直流斷路器，尤其是高壓方面，與國外技術差距非常大。
我國智能電網技術路線
專項目標：1、提升輸電能力，協調控制和智能調度2、解決風電、光伏發電等可再生能源的大規模接入3、信息和通信技術能夠得到充分利用
技術目標：1、電力電子技術2、儲能技術3、信息與通信技術4、互動化、智能化技術(信息分析處理及應用)
從國網規劃看智能電網產業規模
1、電網總投資與智能化投資(單位：億元)第一階段是2009-2010年，實際投資要高于第一階段規劃；第二階段是"十二五"。在"十二五"期間，國網公司將投資1.5-1.7萬億元，初步建設成世界一流的堅強智能電網；第三階段是"十三五"。
2、分環節電網智能化投資
用電環節比重最高，達到31%，主要是用電信息采集等項目的建設規模大。其次是配電環節占據32.2%，變電環節占19.5%，主要由于配電自動化、智能變電站新建和改造等項目的建設規模大，發電環節、輸電環節、調度環節以及通信信息平臺占據17.3%。
3、分區域智能化投資
華東、華中、華北智能化投資占電網總投資的比例較高，"十二五"期間超過22%，東北、西北的智能化投資分別為12.5%和16.8%，其中華北、華東、華中智能化投資占國網智能化投資的80%以上。
智能電網新增、升級產業舉例
1、新增產業舉例——智能配用電方面
智能電網早期實踐：智能電表
美國：XcelEnergy公司在Boulder建設全美第一個"智能電網"城市，主要安裝智能電表；意大利：安裝和改造了3000萬臺智能電表，建立起了智能化計量網絡，每年大約節省5億里拉；法國：已將2700萬只普通電表更新為"智能電表"；中國：國網已完成招標和安裝上億塊智能電表。
智能配用電七方面需要的裝備和技術【相對落后，亟需開發】
分布式供能與接入(含微網系統)
風電、太陽能、生物質能、燃氣輪機發電以及儲能等分布式電源；分布式電源和微網的控制和并網接入裝置；分布式電源和微網保護裝置，防孤島(主動、被動)裝置；微網電能質量監測和治理設備；微網及微網設備監測系統；微網通訊系統等
配電自動化
有源配電網保護與控制設備；配電網廣域測量，智能控制設備；故障自愈控制設備；海量數據存儲、處理與集成設備(云存儲)；配變等設備狀態監測系統；配電網智能分析與智能調度(主站)；配電的調控一體化支持系統
配電裝備
節能配電變壓器(非晶合金)；各類電力電子(固態開關)【將來更多】、機械開關設備【現在使用】；基于物聯網的故障識別、隔離設備；新型在線監測設備；環境、設備狀態參數等；電能質量監測和控制設備；DFACTS設備；智能故障電流限流器(固態、超導)；控制、調度軟件。
用戶雙向互動
智能電表；戶內網絡支撐設備；數據管理、用戶能效管理系統；智能家電(可平移負荷)；電動車充放電設備；電動汽車充放電管理系統；電動汽車充放電與電網控制和調度交互設備。
配用電通訊
智能信息傳輸設備；光纖、無線、PLC等；智能電網通信網絡及通信協議；通信接入網；智能家居通信網絡設備；ZIGBEE、四合一插座等；智能電網通信網絡的管理系統；手持終端等
配電環節
發展目標：1、建成高效、靈活、合理的配電網絡，配電網舉辦靈活重構、潮流優化能力和可再生能源接納能力，在發生緊急狀況時支撐主網安全穩定運行。2、實現集中/分散儲能裝置及分布式電源的兼容接入與統一控制。3、供電可靠性和電能質量顯著提高。4、完成配電自動化系統和配電調控一體化智能技術支持系統的全面建設，主要技術裝備達到國際領先水平。
重點工作：1、配電網堅強網架建設、研究制定配電網堅強網架建設的規劃，按步驟、分區域實施配電網堅強網架建設。2、智能電網配電環節技術架構體系及技術標準體系研究。3、實用配電自動化系統推廣建設，配電自動化技術研究與推廣。4、配電調控一體化智能技術支持系統研究與推廣。
用電環節
發展目標：1、全面開展智能用電服務，推廣應用智能電表。1、構建智能化雙向互動體系，實現電網與用戶的雙向互動，提升用戶服務質量，提高供電可靠率。3、推動智能樓宇、智能家電、智能交通等領域技術創新，改變終端用戶用能模式，提高用電效率。
重點工作：1、智能用電小區/樓宇建設；2、用戶管理與服務互動系統建設；3、用電信息采集系統建設；4、高級計量管理體系建設；5、智能化需求側管理系統建設；6、電動汽車充換電站試點建設。
最重要的三個工作基本情況
配電自動化
建設內容：針對不同可靠性需求，采用合理的配電自動化技術配置方案，建設具備系統自愈、用戶互動、高效運行、定制電力和分布式電源靈活接入等特征的智能配電網。
進展情況：配電自動化先期實施31個重點一、二線城市改造推廣，目前已經完成23個城市的試點招標，其中2011年招標19個，預計今年將進行剩余8個城市招標并在全國推廣。
用電信息采集
建設內容：建設用電信息采集系統，有效提高電能計量、自動抄表、預付費等業務的自動化程度，為電力用戶提供用電信息查詢和電費交納服務，為開展其他增值服務奠定基礎。
進展情況：目前已完成36項主要標準。國家電網公司2009年開始5年內投資600億完成27個省市建設用電信息采集系統，2016年進行下一個輪換周期。
充放電站
建設內容：建設充放電站和充電樁，研究充放電站關鍵技術，研發接網、監控和計費設備。
進展情況：2012年3月、4月，科技部和工信部兩個電動汽車發展規劃先后出臺，中國電動汽車產業發展技術路線進一步明確，純電動汽車成為電動汽車產業發展重點。
國家電網和南方電網制定了在全國大規模建設電動汽車充電站和充電樁的試點計劃。至2011年，國網已在北京、蘇滬杭、青島、濟南等多個城市建成了243座充換電站和13283個充電樁，南網在廣東建成了14座充換電站和2901個充電樁。
十二五完成4000座充換電站。
2、常規產品智能升級舉例——智能輸變電設備
國家科技部重點科技產業工程十二五專項規劃，主要通過863、973、科技支撐計劃實施
重點任務：
(一)大規模間歇式新能源并網技術；(二)支撐電動汽車發展的電網技術；(三)大規模儲能系統；(四)智能配用電技術；(五)大電網智能運行與控制；(六)智能輸變電技術與裝備；(七)電網信息與通信技術；(八)柔性輸變電技術與裝備；(九)智能電網集成綜合示范。
"國家電網也制定了一系列規章制度和導則，從2009年開始，不斷推出一些新的標準出來，推動智能電網的推廣。從我國科技部對智能電網發展的部署來看，需要對傳統輸變電設備進行升級和改造。"
智能電網需要升級傳統是變電設備：
智能變電站用智能電力設備(智能組件)輸電線路智能化關鍵設備。
"在線監測、智能組件成為標配"，盛教授表示。
高壓設備——智能組件
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智能組件以測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、功能一體化、信息互動化為特征，具備測量、控制、保護、計量、檢測中全部或部分功能。高壓設備與相關智能組件的有機結合構成了智能設備：—可以是獨立運行的高壓設備加上外置的智能組件；—也可以是高壓設備加上內嵌的包含狀態檢測單元的智能組件，再加上外置的一個或多個智能組件；—也可以是高壓設備加上內嵌的智能組件。"高壓設備 傳感器/控制單元 智能組件=身體 神經 大腦"，盛教授形象的解說道。
盛教授向我們展示了一份國家電網公司的部門文件，文件顯示國網規劃如下：
十二五期間6100個智能變電站十三五再建7700個智能變電站智能輸電線路也開始逐步推進
智能輸電設備(輸電線路監測裝置和系統)智能輸電線路是國家電網公司較先計劃大規模實施的一項智能電網產品。原因：線路數量大、運行環境復雜、智能化水平低、管理落后。建立通用技術條件，便于全國推廣。
智能輸電環節發展部署
國家電網公司
2010年發布《智能電網關鍵設備(系統)研制規劃》《智能電網技術標準體系研發及制定規劃》，其中智能電網輸電環節主要規劃建設的兩個部分：1柔性交流(直流)輸電；2輸電線路環境與運行狀態監測。
孟教授重點向我們介紹了輸電線路狀態監測。
國網規劃未來幾年重點研制的裝備：輸電線路導線運行狀態集成監測、輸電線路氣象在線監測裝置、輸電線路視頻/圖像監控裝置、輸電線路桿塔集成監測裝置、電纜狀態監測裝置、輸電線路電磁環境智能監測系統、輸電線路狀態監測中心。
2011年3月，國家電網公司輸變電設備狀態監測技術實驗室(輸電分部)正式投運，對輸電線路狀態監測裝置進行入網檢測、試驗、研究的基地，將為輸變電設備狀態監測裝置提供質量檢驗平臺(電科院)。
根據孟教授的講解，我國輸電線路狀態監測基本情況如下：
輸電線路狀態監測中心試點工程
建設內容：在有關網省公司建設輸電線路狀態監測中心，根據各網省的具體情況，建設雷電、特高壓線路、大跨越、微氣象等監測系統。
進展情況：2009年開始，國際電網華北、山西、華東、浙江、福建、湖北、陜西、華中、江蘇、河南、湖南、安徽、四川、上海、北京、重慶公司及中國電科院17個試點單位網、省、市開始啟動建設輸電線路監測中心示范工程。2010年、2011年多個狀態監測中心逐步投入試運行。
中國電力工程顧問集團公司
2010-2011電力工程顧問集團公司組織六大電力設計院也在起草智能輸電線路的設計技術導則，未來目標形成國家標準。
智能輸電線路設計原則在線監測的實施方案數據傳輸技術監測裝置供電技術安裝與防護技術智能評估診斷技術
"智能輸電線路設計標準我也參與了一部分"，介紹過程中孟教授說道。
之后孟教授又指出了輸電線路在線監測裝置應用中有待改進的一些問題：
系統(傳感器)長期運行的穩定性和可靠性。電源問題(目前主要方式：電池、太陽能 蓄電池、感應取電 蓄電池；其它方式：架設低壓供電線路、小型風力發電)通信問題(如何實現高效、穩定、低能耗)
"智能變電站與傳統變電站不同的關鍵設備包括電力設備智能組件(在線監測系統)、電子式互感器、數字化保護等。智能電力設備將成為我國一二次變電設備產業融合的契機，有利于電工裝備制造業升級。"
智能變電站試點工程
建設內容：在數字化變電站的基礎上，新建與改造具有全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化特征的智能變電站。
進展情況：國家電網第一階段建成和在建110kv及以上智能變電站74座。在"十二五"期間準備再新建110kv以上智能變電站5100座，智能變電站改造1000座，合計6100座。受到技術標準不完善等原因，2010-2011年智能變電站實際建設投運低于預期，2012年隨著標準的完成，造價的降低，建設速度將加快；2012年以后所有新建變電站全面按照智能變電站技術標準建設，并且對重點對樞紐及中心變電站進行智能化改造。
智能電力設備核心技術和部件
1、傳感器：電量(電壓、電流、局放)、非電量(溫度、物質成分(SF6雜質、油中氣體)、微水、視頻)、震動、超聲波等；2、電子測量元件；高可靠性的電子元器件；放大、濾波硬件；抗干擾軟硬件等；3、高級應用(智能)分析軟件；信號處理、狀態評估、壽命預測、圖像識別、基于云(計算)的軟件等；4、基于物聯網的無線通訊模塊、物聯網傳感器等
"智能電力設備產業發展前景廣闊"。
"十二五"期間新建智能變電站7000多億新增投資，500kv和750kv變電站智能化投資約占10%，220kv智能化投資約占10%，110kv智能化投資約占20%。
至2020年，智能變壓器將新增總投資3500億元，智能開關新增總投資2800億元，電子式互感器新增總投資900億元。
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