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　　編者語：傳統(tǒng)的供電方式是將大型集中的發(fā)電廠發(fā)出的電力通過穩(wěn)定的輸電網(wǎng)，逐步配送到各級配電網(wǎng)絡中去。為了滿足社會不斷變化的需要，現(xiàn)在必須要用分散發(fā)電的方式對其進行補充。利用再生資源發(fā)電以及提高電力使用效率，要求我們對傳統(tǒng)的供電機制進行重新定義。

　　平均來講，當今的多數(shù)發(fā)電和配電系統(tǒng)在將有效電能輸送到終端用戶之前，其熱能就浪費60%之多，一種有效的途徑是通過縮短供電電廠和用戶之間的距離以減少熱能損失。這使提供家庭和工業(yè)供暖的小型熱電聯(lián)供機組需求大量增加（小型熱電聯(lián)供機組－microCHP），而利用小型熱電聯(lián)供機組可以使能源利用率提高到85%的水平。

　　當?shù)厮褂玫陌l(fā)電再生能源如風力、太陽能以及微型熱電聯(lián)供機組帶來了新的挑戰(zhàn)。過去，電網(wǎng)供電電源只有從主干電網(wǎng)到用戶的單一流向，現(xiàn)在必須對雙向電源進行管理。這種新的電力要求與電網(wǎng)中由傳統(tǒng)發(fā)電廠輸送的電力進行實時的調(diào)配。過去，配電網(wǎng)運營商（DNOs）只需在輸送層面上進行管理，而現(xiàn)在將面臨這樣的挑戰(zhàn)：提供應對配電新型模式的網(wǎng)絡運營和服務。

　　動態(tài)的輸電網(wǎng)

　　為了適應配電網(wǎng)上功能的日益增加，傳統(tǒng)功能的被動配電網(wǎng)絡（即專為特殊高峰負荷而設計的，且一成不變的網(wǎng)絡）正在發(fā)展成為更加主動或動態(tài)連接的網(wǎng)絡。把許多小的發(fā)電機組聯(lián)合起來可以當作一個大型電廠，被稱為虛擬發(fā)電廠（VPP）。通過配電運營商（DNO）對當?shù)鼐W(wǎng)絡進行有功和無功載荷控制，就可以對“白色家電”（即冰箱或冰柜）的供電進行管理并能達到盡善盡美的水平。

　　能源儲存方案可以緩解電力供應的瓶頸問題，它是以動態(tài)網(wǎng)絡管理（ANM）和相關的智能自動化系統(tǒng)為基礎的，也可以看成是未來智能化輸電網(wǎng)的一部分。這樣的職能自動化系統(tǒng)也被用于輔助開發(fā)輸電網(wǎng)絡的商務和管理結(jié)構(gòu)。自由化的市場進一步細化相關企業(yè)的商業(yè)領域，這就需要企業(yè)具有不同的，更加富有彈性的管理措施，區(qū)別于以往垂直的集中控制和管理結(jié)構(gòu)。客戶要求在供應鏈的不同環(huán)節(jié)以實用的方式進行交易并予以記錄，同時要求為他們提供最具成本效應的配電服務。

未來輸電網(wǎng)示意圖。

　　利用最新的信息技術，優(yōu)化的智能化輸電網(wǎng)絡可以大規(guī)模地拓展其功能，即可以接收任何種類的電力，能夠自我診斷，甚至可以智能利用冗余進行自我修復。

　　許多政府正在采取措施加快這方面的研發(fā)工作并部署相關的項目，以實現(xiàn)網(wǎng)絡動態(tài)管理的遠景規(guī)劃，這樣的例子包括由電力研究所主導的智能化輸電網(wǎng)啟動計劃和歐盟贊助的智能化輸電網(wǎng)歐洲技術平臺項目。在這一新的技術性很強的領域里，ABB公司居于領先地位，并且一直積極參與歐洲智能化輸電網(wǎng)的建設和發(fā)展。

　　技術性挑戰(zhàn)

　　引進新型智能化輸電網(wǎng)的概念打開了前所未知的挑戰(zhàn)之門。例如，當某個區(qū)域的電力超過了當?shù)氐男枰娏骺梢赞D(zhuǎn)向并用于補充附近區(qū)域的需要，上述情況也許僅限于低壓狀態(tài)下出現(xiàn)，但也有可能在中壓狀態(tài)下發(fā)生。一旦線纜傳輸容量達到或超過極限，網(wǎng)絡堵塞的情況就有可能發(fā)上。當配電中心遠離主要用戶時，問題會更加嚴重。面對這些挑戰(zhàn)，自動化系統(tǒng)必須具有實時的動態(tài)的調(diào)配整個輸電網(wǎng)的功能。這就需要增加輔助的測量功能、狀態(tài)建模系統(tǒng)，柔性控制系統(tǒng)以及保護裝置。

　　另外，自動化系統(tǒng)應有足夠的智能適應不同的發(fā)電狀況，因為不同的狀況可能因天氣和一天的時間段的變化而變化（如風力或太陽能發(fā)電）。與當今典型的配電網(wǎng)絡中的相對穩(wěn)定的單向供電相比，新型電力的配送和流向?qū)粩嗟刈兓Ｖ挥懈鼜V泛地使用迅捷可靠的信息與通訊技術系統(tǒng)才能實現(xiàn)所有這些功能。

　　開發(fā)智能化輸電網(wǎng)絡的各種功能需要大量的、各種各樣的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來自不同的發(fā)電中心，系統(tǒng)（即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA）以及能源市場交易平臺。這些歷史的和現(xiàn)實的數(shù)據(jù)，都是根據(jù)功能的特性和通訊的要求使用不同的取樣率而采集的。在新的ITC系統(tǒng)中，新增的傳感裝置與準確的狀態(tài)估計需要達到平衡，必須能夠降低成本。

　　面臨的下一個挑戰(zhàn)是如何將新的信息與通訊技術以及電力公司已有設備整合統(tǒng)一。許多配電網(wǎng)運營商還在使用至少10年以上的電力設備和信息與通訊技術設施，已不能適應動態(tài)網(wǎng)絡管理（ANM）所需的大量的數(shù)據(jù)處理。使用不同的數(shù)據(jù)通訊標準和帶寬不足的通訊渠道已成為在不久的將來實現(xiàn)智能輸電網(wǎng)絡的障礙。

　　除了對智能化電網(wǎng)進行技術技能的管理之外，動態(tài)電網(wǎng)管理（ANM）還應有助于輸電網(wǎng)運營商完成各種各樣的行政管理工作。在智能化電網(wǎng)運營中，發(fā)電單位和配電設施供應商雖然是不同的法人，但都需要將其業(yè)務中的財務處理程序自動化。

a單向電流，b在11kV饋線中部分變向流動，c通過33kV/11kV變壓器變向流動。

　　未來之路

　　建設下一代的動態(tài)電力輸送網(wǎng)需要新技術的綜合利用，已有技術使用方法的創(chuàng)新、已有固定設施設備的合理利用以及電力公司運營程序的變更，由于涉及范圍繁雜，相關企業(yè)眾多，只有通過各方的通力合作才能取得醒目研究發(fā)展的進步。ABB公司正在積極參與如下團隊合作項目。

　　自動區(qū)域動態(tài)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)

　　自動區(qū)域動態(tài)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（AuRA-NMS）是英國工程與自然科學研究委員會（EPSRC）贊助的合作研究與發(fā)展項目，研究新型輸配電網(wǎng)絡在英國的應用。除了ABB公司，研究團隊還包括兩家輸電網(wǎng)運營商（蘇格蘭電力公司和EDF能源公司）以及倫敦皇家學院在內(nèi)的7所英國大學。

　　自動區(qū)域動態(tài)管理系統(tǒng)（AuRA-NMS）的目標就是利用新的配電架構(gòu)與現(xiàn)有的控制系統(tǒng)及設施進行合成以實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)絡管理的優(yōu)勢。這將包括利用新型電池儲備技術洞悉商機的價值，增強高架線和地下電纜的容量和控制各種類型分散式發(fā)電的電網(wǎng)絡穩(wěn)定性。這套系統(tǒng)還致力于將復雜的約束管理自動化。

　　ABB的新的電站自動化系列COM600是用于上述項目的電網(wǎng)管理系統(tǒng)控制器。這套系列是蘇格蘭電力公司和EDF能源公司研發(fā)的現(xiàn)役變電站自動化和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的補充。通過對IEC61850標準的支持，COM600系列可以增強系統(tǒng)的互操作和延伸功能，并為配電網(wǎng)運營商現(xiàn)有的饋電自動化設備所使用的傳統(tǒng)協(xié)議提供一定的支持。

　　另外，在EDF能源變電站，ABB公司正在啟用一種新的能源儲備系統(tǒng)。在這個變電站風力發(fā)電機組與弱中壓電網(wǎng)連接。新的動態(tài)電力補償裝置SVC光電儲存器是ABB公司的SVC光電靜態(tài)補償（Light STATCOM）與創(chuàng)記錄的6kV直流電電池系統(tǒng)革命性結(jié)合的產(chǎn)物。上述電池系統(tǒng)由高效環(huán)保的蓄電池組成。

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　　微型電網(wǎng)

　　這項由歐盟支持的項目目的旨在認定其發(fā)展前景，應對微型電網(wǎng)在歐洲迅速增長所帶來的挑戰(zhàn)。微型輸電網(wǎng)被非嚴格地界定為自治自足的分散式發(fā)電設施與低壓網(wǎng)路中運行的居民區(qū)和工業(yè)區(qū)使用的負荷相互連接，不必持久性地與更大、更強的輸電電網(wǎng)連接。另外，在大型輸電網(wǎng)中建立孤島式的專用微型輸電網(wǎng)可以減少串聯(lián)故障的發(fā)生，同時保證線路中的臨界荷載。

基于分散化控制的動態(tài)管理系統(tǒng)。

　　動態(tài)配電綜合技術

　　能把不同需求和分散式發(fā)電資源完全集成起來的動態(tài)配電網(wǎng)的研發(fā)（ADDRESS）是另一個志向遠大的項目，涉及眾多電力公司、多重電力系統(tǒng)、白色家電供應商、電信公司及為數(shù)眾多的大學。他們的目標就是研發(fā)一種商務和技術體系，在配置不同的電力資源中發(fā)揮動態(tài)網(wǎng)絡所有長處。

　　動態(tài)網(wǎng)絡管理

　　目前的網(wǎng)絡管理模式是以集中式的SCADA的系統(tǒng)為基礎的，SCADA系統(tǒng)從配電網(wǎng)絡的遙控監(jiān)測點位定期采集在線測量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)的通訊設備一直被設計為大約每分鐘采集數(shù)據(jù)一次或兩次并在必要時發(fā)出控制指令。目前所應用的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)不需要更高的數(shù)據(jù)采集單。但是，當必須要管理更加復雜的分散式發(fā)電網(wǎng)絡時，現(xiàn)在的較低數(shù)據(jù)采集率是遠遠不夠的。

　　解決這一問題，可以通過改進通訊設備以便取得更快的數(shù)據(jù)采集率，或者把在線測量數(shù)據(jù)儲存在當?shù)氐囊粋€變電站中，然后在各個變電站之間交換相關的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)完全的實時應用。變電站的數(shù)據(jù)儲存數(shù)量小于SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，因為每一個變電站只負責網(wǎng)絡中屬于自己的部分。因此，可以根據(jù)使用要求，以更高的頻率來儲存數(shù)據(jù)，即每秒或每毫秒一次。因為絕大多數(shù)數(shù)據(jù)可以在當?shù)貎Υ妫詮淖冸娬镜骄W(wǎng)絡控制中心的通訊需求得到緩解。

　　這一前景廣闊的方法需要分散式的算法，但是它們必須無縫地集成到現(xiàn)已簡化了的SCADA中央控制功能中去，以保證當?shù)剡\行的最佳化。當?shù)鼗目刂破饔凶銐虻哪芰κ顾鼈冎g相互合作，因此可以確保全球范圍運行的可靠性。

　　的確，某些新要求的功能與能源管理系統(tǒng)（EMS）中的有些類似，即負荷分析要與發(fā)電預測相吻合。但是，現(xiàn)在必須要把這些功能應用于地區(qū)（即當?shù)兀┮患壦缴希鼮橹匾氖牵瑒討B(tài)網(wǎng)絡已經(jīng)不再是被動地對配電網(wǎng)中的故障做出反應，而是能夠預告（基于檢測到的趨勢信息）將有可能發(fā)生的事件，并根據(jù)數(shù)據(jù)預先采取行動。這種預測不僅適用于發(fā)電，還適用于負荷。

　　動態(tài)網(wǎng)絡另一個重要特性是能夠根據(jù)電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)合理調(diào)整智能電子設備（IEDs），如保護繼電器的設定值。傳統(tǒng)的繼電器只能支持少量的設定值對電流的狀態(tài)進行自我調(diào)節(jié)，而分散式發(fā)電綜合技術需要增加大量的設定值，用于提高電網(wǎng)實時運行的效率和可靠性，這就導致了需要一種更加完備的，動態(tài)的設定功能，這種功能是以在線數(shù)據(jù)和所有相關繼電器能密切地協(xié)同作業(yè)為基礎的。

　　安裝在許多中壓變電站的智能控制器擁有網(wǎng)關功能，即可以將數(shù)據(jù)從過程通訊協(xié)議轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡控制中心通訊協(xié)議，反之亦然。另外，這些控制器擁有足夠的處理分散性的智能。

　　邁出的第一步

　　實現(xiàn)智能化輸電網(wǎng)絡需要高度集成的多方面的探索，只有通過所有相關單位的通力合作才能完成。配電網(wǎng)的智能自動化系統(tǒng)以及實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)絡管理雖然只是合作中的一小部分，但卻意義重大。對此，ABB公司對這項工作的各個方面都做出了重要的貢獻，包括提供強化區(qū)域電力供應商的新設備以及研究發(fā)展構(gòu)成智能配電系統(tǒng)基礎的通訊與控制技術。