智能電網與電子式互感器及電力一次設備在線監測

1.智能電網的發展

1. 1 《美國復蘇與再投資法案》

2009年2月17日美國總統奧巴馬簽署了2009年《美國復蘇與再投資法案》(American Recovery and Reinvestment Act—ARRA)。此法案規定撥款給美國能源部(Department of Energy-DOE)來支持研發智能電網(smart grid)的經費和示范工程，美國能源部即于2009年4月19日公布了《基金機遇通告》(FOA，(Funding Opportunity Announcementr))，將智能電網示范工程規定如下：①地區示范——核實智能電網技術生存能力和確認智能電網的商務模型。②電力公司電能儲存示范——測試費用和收益，檢驗各種電能儲存方法的技術性能，如新型電池、特殊電容器、飛輪、風與光電組合以及壓縮空氣能量系統等。③同步相量測量示范-建立廣域信息網絡(即相量測量裝置PMU/廣域測量系統WAMS)來調度和規劃電力系統。

美國能源部統計，通過對美國電網的智能化改造，預計未來20年內可節省投資近千億美元。智能電網技術革新將打開電信、電網、電視網等整合的通道，為全球電力、電信產業、通信產業、電視媒體等的改革提供獨特的機遇。

1.2 中國智能電網的研發

2009年5月21日舉行的“2009特高壓輸電技術國際會議”上，國家電網公司總經理劉振亞表示，積極發展智能電網已成為世界電力發展的新趨勢，到2020年，中國將全面建成統一的堅強智能電網。我國國家電網結合基本國情和特高壓實踐，確立了加快建設堅強智能電網的發展目標，即加快建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展，具有信息化、數字化、自動化、互動化特征的統一的堅強智能電網。國網公司將按照統籌規劃、統一標準、試點先行、整體推進的原則，在加快建設由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流構成的特高壓骨干網架，實現各級電網協調發展的同時，分階段推進堅強智能電網發展。

按照規劃，國家電網公司的智能電網建設將分3階段：在2010年之前完成規劃與試點工作;在2010～2015年大面積推開;到2020年，全面建成統一的堅強智能電網。

2.堅強智能電網與電子式互感器及電力一次設備在線監測

2.1自愈性智能電網(Self-Healing Smart Grid)

目前各大國都逐步建立了特大電網，為保證電網的安全運行，美國、歐盟、俄羅斯、日本、巴西等國先后都在進行智能電網的研究。

我國特高壓骨干網架將由1000kV級交流輸電網和±800kV、±1000kV直流直流系統構成。我國地域遼闊，各大區電網互聯，大量的西電東送，使國家大電網跨越了幾個時區。為保證電網的安全、穩定、可靠運行，對智能電網的研發，則是急迫和至關重要的任務。由于這種跨越幾個時區的特大電網存在大面積停電的危險，而這種危險大多涉及調度員處理是否得當的人為因素，如2003年 “8.14”美加大停電事故。為解決此問題，美國電力研究院(EPRI)最先提出以相量測量裝置PMU，Phasor Measurement Unit)/廣域測量系統(WAMS，Wide Area Measurement System)為基礎的突出自愈功能的智能電網概念。它要求對電網節點的電壓相角測量快速而準確。20世紀80年代同步相量測量的研究在美國已經開始，并成為廣域測量系統的一部分。1996年夏季美國兩次大停電事故中，WAMS進行了較全面準確的記錄。1997年法國電力公司(EDF，Electric de France)也建設了基于PMU的協調防御控制系統。但是系統動作響應時間卻很長，達到1.03s。2003年“8.14” 美加大停電事故更推進了WAMS的建設。只要在全網PMU合理化布點的基礎上(滿足可觀測性)，就可對現代化大電網進行靜態功角穩定裕度監視;在線擾動識別;分析電網的短路故障、機組振蕩與失步和系統電壓失穩等;利用實時聯絡線功率和相對相角等參量的頻譜特性(特征頻率以及對應的衰減因子)識別系統低頻振蕩;在系統發生擾動時，實時監視機組間相對功角的暫態過程;進行發電機組進相運行監測;電壓動態過程監測與動態穩定預報。以及實現暫態穩定監控等。