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1、电气工程新技术导论考试答案1智能电网的内涵及其作用1.1智能电网的内涵中国能源供给及能源消费结构的不平衡，大型煤炭能源基地与能源消费地之间的输送距离越来越远，催生智能电网的发展。智能电网是2003年由美国作为对未来电网的构想而提出的，此后通过一些国家和企业的研究，不断得到丰富和完善。目前对智能电网虽然还没有形成统一的定义，各国的提法也不尽相同，但有一点是一致的，即智能电网是采用先进的数字和通信技术对传统电网的各个环节进行升级改造，使之更加安全、可靠、环保、经济、高效，电网能灵活地接纳更多的可再生能源，并可与用户之间进行电能、信息的双向流动。有的将智能电网描述为：在物理的电网之上，建立基础信息交
2、流平台，将相关设备、装置、系统、用户、员工、电能等互动起来。通过对用户侧和需求侧的随需访问和智能分析，实现更智慧、更科学、更优化的电网运营管理，达到更高的安全保障、可控的节能减排和可持续发展的目标。国家电网公司则从我国电网较为薄弱的实际情况及其承担的跨区资源优化配置功能出发，提出智能电网首先应当是坚强的电网。坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。坚强是智能电网的基础，智能是坚
3、强电网充分发挥作用的关键，两者相辅相成、协调统一。图1 坚强智能电网体系架构图综合各方面说法，可以认为智能电网是建立在先进的数字和通信技术基础之上的，实现可靠、安全、经济、高效、环境友好的电网。它具有高效、清洁、灵活、坚强四大特征。高效，是指提高能源使用效率；清洁，是指减少污染物排放对环境的影响；灵活，是指多种有利于节能减排的技术都可灵活接入电网；坚强，是指在各种扰动下，电网都能安全可靠地运行。智能电网涉及的主要产业可分为新能源发电并网、复合材料、电线电缆、变配电、计量检测、电力系统自动化、储能、电动汽车接入、通信、信息10大类。其特点是传统电力装备产业与新兴产业的高度融合，产品高度集成，技术
4、含量和附加值高，产业链长，经济带动作用强。通过智能电网产业的发展，还能相应促进风力发电、太阳能发电、生物质发电等新能源产业的规模化发展和电动汽车的普及。鉴于对能源生产和使用方式的革命性影响，及其对相关产业的拉动作用，智能电网已成为我国实施能源发展战略、把握全球产业调整机遇、抢占新一轮发展制高点的重要产业之一。1.2智能电网的作用与传统电网相比，智能电网具有以下特点：智能电网改变传统电网单向输送的模式，每一个终端用户都成为电网上活跃的结点，形成一个整体的智能化高效率的电网。智能电网通过密布各个环节的传感器，实现电网与用户的互动，是电力网和信息技术的融合。智能电网将利用分散式计算系统来提供实时分析
5、，其目的是在提高效率的同时，有效地利用电力供需系统，达到节省电力资源的目的。智能电网在发电、输电、配电及用电四大主要环节中都解决了传统电网难以解决的问题。在发电领域，首先，智能电网能逐步解决风能、太阳能等可再生能源的并网接入问题，打破目前新能源应用的瓶颈；其次，智能电网将要求更丰富的电厂数据，进而对建设数字化电厂提出更多要求；再次，智能电网建设将促进绿色发电技术和节能调度的应用，因此电厂对机组耗能与节能控制水平的提升也迫在眉睫。在输电领域，特高压技术将解决我国能源结构不匹配的问题，将电力从发电资源充沛的西北地区输送到电力需求密集的东南地区。此外，特高压技术还能解决长距离输电损耗的难题，提高整体
6、用电效率。在配电领域，智能电网通过IT技术，统筹安排配电，提高整体电网的能源利用效率，高效的配电技术将提高整体电网安全性、稳定性与效率。在用电领域，智能电网的建设可以很方便的帮助终端消费者区分电力消耗的高峰值和波谷值，当征收差别电价后，会激励消费者规避高峰时段用电，将耗电的工作尽量排在价格较低的波谷时段，如此，可起到分散电力消耗的作用，有效分配生产的电力。智能电网的建设可以带来巨大的社会效益。首先，智能电网具有强大的兼容功能，有利于促进清洁能源的开发利用，优化电源结构，减少温室气体排放；其次，智能电网将提高中国电网大范围配置能源资源的能力，优化能源输送方式，提高能源供应的能力和灵活性。建设智能
7、电网对于我国的最大意义在于其能够有效推动我国新能源产业的发展以及应用的推广。目前，煤炭在我国一次性能源消费中占比高达70%，远高于29%的世界平均水平。而中国政府又向世界承诺，为应对气候变化，到2020 年中国单位GDP二氧化碳排放比2005 年下降40%-45%，在当前日益严峻的环保和减排压力下，加快发展水电、核电、风电、太阳能等清洁能源，改变以煤为主的能源结构已成为目前中国最需要解决的问题。所以新能源的发展是中国的必由之路。目前中国新能源的发展主要瓶颈有两点。第一、风电、太阳能等新能源发电的间歇性、随机性、可调度性低的特点，大规模接入后对电网运行会产生较大的影响。调峰能力不足一直是中国电力
8、系统长期存在的问题，而新能源大规模开发进一步增加了调峰难度；第二、中国风电资源集中于西北地区 与集中在东部的电力市场逆向分布，需解决远距离大规模输送问题。而智能电网的建设将成为推动新能源发展的唯一途径。一方面，智能电网能够最大限度地将新能源的发电量吸纳、送出，并保证接入后电网的安全运行和调度；另一方面，智能电网的智能调度将更为合理的配送电力，大大提高用电效率。2智能电网的发展现状2.1国外智能电网发展现状世界范围内智能电网的建设进程已经全面启动，许多国家都确立了智能电网建设目标、行动路线及投资计划，同时结合各自地区的监管机制、电网基础设施现状和社会发展情况，有针对性地拟定了不同的智能电网战略。
9、美国的智能电网计划致力于在基础设施老化背景下，建设安全、可靠的现代化电网，并提高用电侧效率、降低用电成本。美国智能电网的四个孪生兄弟分别是：高温超导电网、电力储能技术、可再生能源与分布式系统集成(RDSI)和实现传输可靠性及安全控制系统，其战略的核心是先期突破智能电网，之后营建可再生能源和分布式系统集成(RDSI)与电力储能技术，最终集成发展高温超导电网。美国智能电网建设的主要发展战略为：政府直接投资政府推进基础研究尽快制定基础标准，并推广为世界范围内的通用标准相关企业的快速介入；欧盟的超级智能电网计划以分布式电源和可再生能源的大规模利用为主要目标，同时注重能源效率的改善和提高，欧洲各国结合各
10、自的科技优势和电力发展特点，开展了各具特色的智能电网研究和试点项目，英法德等国家着重发展泛欧洲电网互联，意大利着重发展智能表计及互动化的配电网，而丹麦则着重发展风力发电及其控制技术；加拿大由于其分省管理的电力体制，目前暂无全国性的智能电网计划，由国家自然资源署进行全国智能电网建设工作的协调，重点放在如何提升电网对大规模可再生能源的接入能力和传输能力；日本智能电网的核心是建设与太阳能发电大规模推广开发相适应的电网，解决国土面积狭小、能源资源短缺与社会经济发展的矛盾；韩国的智能电网研究重点放在智能绿色城市建设上，目前已经在济州岛建设综合性的智能城市示范工程；澳大利亚智能电网建设的目标是发展可再生能
11、源和提高能量利用效率，主要工作集中在智能表计的实施及其相关的需求侧管理方面。综合世界各地区建设智能电网的进程来看，智能电网的关注热点包括：（1）大规模可再生能源发电的接入技术及其与大规模储能联合运行技术；（2）大电网互联、远距离输电及其相关控制技术；（3）配电自动化和微网；（4）用户侧的智能表计及需求响应技术。2.2中国智能电网发展现状近年来，我国深入开展电网现代化建设和运行管理技术的相关研究和实践工作，部分项目已进入试点阶段，大量科研成果已转化并广泛应用到实际工程中，部分电网技术和装备已处于国际领先水平，为建设坚强智能电网提供了坚实的技术支撑和设备保障，并积累了较丰富的工程实践经验。在大电网
12、运行控制方面，我国具有“统一调度”的体制优势和深厚的运行技术积累，调度技术装备水平达到国际一流，自主研发的调度自动化系统和继电保护装置广泛应用；广域相量测量、在线安全稳定分析等新技术的研究与应用居世界领先地位。在通信信息平台建设方面，我国建成“三纵四横”的电力通信主干网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局；以“SG186”工程为代表的国家电网信息系统集成开发整合工作已于2009 年底基本完成，各项功能得到广泛应用。在研究能力方面，我国形成了目前世界上试验能力最强、技术水平最高的特高压试验研究体系，具备了世界上最高参数的高电压、强电流试验条件，特高压试验研究能力达
13、到国际领先水平。同时，电网防灾减灾、输电线路状态检修及在线监测、超导输电技术、数字化变电站、配电自动化等领域的试验研究能力已达到国际先进水平。在关键设备研制和技术标准体系建设方面，国家电网公司组织力量针对智能电网建设内容和技术领域需求，分别制定了智能电网关键设备（系统）研制规划和智能电网技术标准体系研究及制定规划。设备研制规划提出了关键设备的研制目标，并制定了关键设备的研制计划和实施方案；制定的技术标准体系用于指导智能电网标准的制定和实施，增强我国在智能电网国际标准制定中的话语权，为加快建设坚强智能电网提供强有力的技术支撑。在清洁能源并网及大容量储能方面，我国深入开展了风电、光伏发电监控及并网
14、控制等关键技术研究，建立了风电接入电网仿真分析平台，制定了风电场接入电网技术规定、光伏电站接入电网技术规定等相关标准，开展了大容量电化学储能等前沿课题基础性研究工作。2.3国内外发展智能电网的对比分析从发展阶段来看，国内外的智能电网发展都处于起步阶段。国外发达国家对智能电网的研究起步时间相对稍早，但是真正开展实质性的大规模投资和建设也只是近一两年的事情，因此，在以智能电网为核心的新一代电网技术革命中，我国和国外发达国家处于同一起跑线上。这将有助于我国电网实现跨越式发展，建成有世界一流电网。从发展动因来看，我国和国外发达国家存在显著的不同，主要表现在：一是我国能源资源与需求逆向分布的国情要求显著
15、提高电网大范围资源优化配置能力，必须建设以特高压为骨干网架的坚强电网；二是我国以煤为主的能源结构与清洁发展之间的矛盾；三是我国电力需求的快速增长要求电力企业高效运营和创新发展；四是电网自身发展要求处理好网架等基础设施建设与信息化、自动化、互动化等先进技术应用之间的关系。因此，我国的智能电网建设任务更加艰巨，面临的技术、经济、政策问题也更为复杂。从推进方式来看，国外发达国家主要是采用政府为主导的推进方式，部分国家已经形成了较为系统的政策和法规框架，并通过政府投资和补助等方式激励有关行业积极参与智能电网建设。截至2009 年底，我国以政府为主导的智能电网推进方式尚未形成，有关政策和法规框架尚未有效
16、建立，对有关行业参与智能电网建设的激励政策和配套措施尚未出台。因此，尽快研究适合中国国情的智能电网推进方式，从政府层面出台有关政策和法规，制定相关激励政策和配套措施是我国目前亟待解决的问题。3智能电网建设中的关键技术在发电、输电、变电、配电、用电和调度六个建设环节中涉及到的关键技术列举如下。（1）智能电网发电技术节能减排技术、机网协调控制技术、大规模可再生能源并网技术、水电跨区域、跨流域综合优化调节和机组快速调节与深度调峰技术。（2）智能电网输电技术智能电网下的电网规划技术、智能电网下大型可再生能源的接入技术、大电网安全稳定运行控制技术、未来电网控制中心建设技术、具备分布决策功能的智能变电站技术、输变电设备智能管理技术、智能电网下的电力市场技术以及智能电网下的现代企业管理技术。（3）智能变电技术海量实时信息应用及信息体系架构技术、变电站广域关联、配合、交互技术、广域信息交互及信息安全防护技
