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盛戈皞:智能电网带动仪器仪表技术

行业聚焦点中国仪表网2012年05月21日 16:02人气:11723

  导读:盛教授表示,智能电网建设可带动包括风力发电产业群、电动汽车产业群、光伏发电产业群、绿色节能建筑和智能家电等。而新材料产业,如光电转换材料、储能材料、绝缘材料、超导材料、纳米材料等也将得到长足发展。此外,受智能电网建设拉动的技术还包括为智能电网创建平台的技术,综合通信技术、仪器仪表、传感和测量技术、高级应用软件、应用超导技术、诊断技术等。
  
  5月9日至11日在上海新国际博览中心举行的智能电网产业发展论坛上,上海交大电力设备智能化技术研究所副所长盛戈皞教授向与会人士做题为《智能电网发展及其产业链》演讲。
  
  盛教授表示,智能电网建设可带动包括风力发电产业群、电动汽车产业群、光伏发电产业群、绿色节能建筑和智能家电等。而新材料产业,如光电转换材料、储能材料、绝缘材料、超导材料、纳米材料等也将得到长足发展。此外,受智能电网建设拉动的技术还包括为智能电网创建平台的技术,综合通信技术、仪器仪表、传感和测量技术、高级应用软件、应用超导技术、诊断技术等。
  
  演讲记录摘要如下:
  
  从智能电网内涵、国网规划及国家科技部关键技术出发,智能电网新增产业主要集中在以下五个方面(新增产业及设备),每个方面都是一个大的产业群:
  
  1、电网消纳间歇式能源方面2、电网信息与通信方面3、电网与充放电设施互动方面4、智能配用电方面5、柔性输变电技术及关键器件和设备方面
  
  常规产业升级主要集中在超高压领域
  
  从国家规划及技术状态看产业规模
  
  针对上述五个新增产业,从我国目前技术现状、十一五末国际先进指标、十二五末国际先进指标以及我国十二五发展目标4个方面进行纵、横向比较,可以看到我国与国际技术水平差距,差距就是产业机会。
  
  1、电网消纳间歇式能源方面,第一个是仿真分析方法,前期电力系统模型很少甚至没有;第二个是功率预测,能够预测到未来一天甚至几天风力光照的大小,第三个是运行控制,第四个是直流送出,现阶段在这几个部分我国技术水平还是与欧美国家哟一定的差距;最后是储能应用,一方面要将白天的光能储存起来供夜晚使用,另一方面也要通过储能消除电力波动。直到十一五末,我国在这一方面的技术还是与国际先进指标有一定差距的。但是我们希望,到了十二五末,我国各个方面的技术都能够达到国际先进水平。
  
  2、电网信息与通信方面,主要技术是信息平台,通信平台,信息安全,通信部件,信息处理、存储及应用,在这些部分,我国与国际技术的差距是很大的,我们的目标也是到十二五末能够达到国际先进水平。
  
  3、电网与充放电设施互动方面,我们主要是要做一些技术的升级,从成本上来说我国已达到国际先进水平,其它部分如可靠性、耐久性、工程化、产业化水平等与国际先进水平还有一定差距。
  
  4、智能配用电方面包含关键7个部分:配电自动化、配电装备、智能电表、用户双向互动、分布式电源接入、配用电通信和分布式功能,这7个技术就是智能配用电产业主要的发展方向。
  
  5、柔性输变电技术及关键器件和设备方面包含6个部分:SiC器件及应用技术、高压大容量电力电子装置监测技术、电网潮流控制与故障抑制技术、故障电流限制技术、直流断路器、多端直流输电技术。我国电力电子技术在应用上与国际技术水平相差较小,但在器件方面差距还是很大的,直流断路器,尤其是高压方面,与国外技术差距非常大。
  
  我国智能电网技术路线
  
  专项目标:1、提升输电能力,协调控制和智能调度2、解决风电、光伏发电等可再生能源的大规模接入3、信息和通信技术能够得到充分利用
  
  技术目标:1、电力电子技术2、储能技术3、信息与通信技术4、互动化、智能化技术(信息分析处理及应用)
  
  从国网规划看智能电网产业规模
  
  1、电网总投资与智能化投资(单位:亿元)第一阶段是2009-2010年,实际投资要高于第一阶段规划;第二阶段是"十二五"。在"十二五"期间,国网公司将投资1.5-1.7万亿元,初步建设成世界一流的坚强智能电网;第三阶段是"十三五"。2、分环节电网智能化投资
  
  用电环节比重最高,达到31%,主要是用电信息采集等项目的建设规模大。其次是配电环节占据32.2%,变电环节占19.5%,主要由于配电自动化、智能变电站新建和改造等项目的建设规模大,发电环节、输电环节、调度环节以及通信信息平台占据17.3%。
  
  3、分区域智能化投资
  
  华东、华中、华北智能化投资占电网总投资的比例较高,"十二五"期间超过22%,东北、西北的智能化投资分别为12.5%和16.8%,其中华北、华东、华中智能化投资占国网智能化投资的80%以上。
  
  智能电网新增、升级产业举例
  
  1、新增产业举例——智能配用电方面
  
  智能电网早期实践:智能电表
  
  美国:XcelEnergy公司在Boulder建设全美第一个"智能电网"城市,主要安装智能电表;意大利:安装和改造了3000万台智能电表,建立起了智能化计量网络,每年大约节省5亿里拉;法国:已将2700万只普通电表更新为"智能电表";中国:国网已完成招标和安装上亿块智能电表。
  
  智能配用电七方面需要的装备和技术【相对落后,亟需开发】
  
  分布式供能与接入(含微网系统)
  
  风电、太阳能、生物质能、燃气轮机发电以及储能等分布式电源;分布式电源和微网的控制和并网接入装置;分布式电源和微网保护装置,防孤岛(主动、被动)装置;微网电能质量监测和治理设备;微网及微网设备监测系统;微网通讯系统等
  
  配电自动化
  
  有源配电网保护与控制设备;配电网广域测量,智能控制设备;故障自愈控制设备;海量数据存储、处理与集成设备(云存储);配变等设备状态监测系统;配电网智能分析与智能调度(主站);配电的调控一体化支持系统
  
  配电装备
  
  节能配电变压器(非晶合金);各类电力电子(固态开关)【将来更多】、机械开关设备【现在使用】;基于物联网的故障识别、隔离设备;新型在线监测设备;环境、设备状态参数等;电能质量监测和控制设备;DFACTS设备;智能故障电流限流器(固态、超导);控制、调度软件。
  
  用户双向互动
  
  智能电表;户内网络支撑设备;数据管理、用户能效管理系统;智能家电(可平移负荷);电动车充放电设备;电动汽车充放电管理系统;电动汽车充放电与电网控制和调度交互设备。
  
  配用电通讯
  
  智能信息传输设备;光纤、无线、PLC等;智能电网通信网络及通信协议;通信接入网;智能家居通信网络设备;ZIGBEE、四合一插座等;智能电网通信网络的管理系统;手持终端等
  
  配电环节
  
  发展目标:1、建成高效、灵活、合理的配电网络,配电网举办灵活重构、潮流优化能力和可再生能源接纳能力,在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行。2、实现集中/分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制。3、供电可靠性和电能质量显著提高。4、完成配电自动化系统和配电调控一体化智能技术支持系统的全面建设,主要技术装备达到国际领先水平。
  
  重点工作:1、配电网坚强网架建设、研究制定配电网坚强网架建设的规划,按步骤、分区域实施配电网坚强网架建设。2、智能电网配电环节技术架构体系及技术标准体系研究。3、实用配电自动化系统推广建设,配电自动化技术研究与推广。4、配电调控一体化智能技术支持系统研究与推广。
  
  用电环节
  
  发展目标:1、全面开展智能用电服务,推广应用智能电表。1、构建智能化双向互动体系,实现电网与用户的双向互动,提升用户服务质量,提高供电可靠率。3、推动智能楼宇、智能家电、智能交通等领域技术创新,改变终端用户用能模式,提高用电效率。
  
  重点工作:1、智能用电小区/楼宇建设;2、用户管理与服务互动系统建设;3、用电信息采集系统建设;4、高级计量管理体系建设;5、智能化需求侧管理系统建设;6、电动汽车充换电站试点建设。
  
  最重要的三个工作基本情况
  
  配电自动化
  
  建设内容:针对不同可靠性需求,采用合理的配电自动化技术配置方案,建设具备系统自愈、用户互动、高效运行、定制电力和分布式电源灵活接入等特征的智能配电网。
  
  进展情况:配电自动化先期实施31个重点一、二线城市改造推广,目前已经完成23个城市的试点招标,其中2011年招标19个,预计今年将进行剩余8个城市招标并在全国推广。
  
  用电信息采集
  
  建设内容:建设用电信息采集系统,有效提高电能计量、自动抄表、预付费等业务的自动化程度,为电力用户提供用电信息查询和电费交纳服务,为开展其他增值服务奠定基础。
  
  进展情况:目前已完成36项主要标准。国家电网公司2009年开始5年内投资600亿完成27个省市建设用电信息采集系统,2016年进行下一个轮换周期。
  
  充放电站
  
  建设内容:建设充放电站和充电桩,研究充放电站关键技术,研发接网、监控和计费设备。
  
  进展情况:2012年3月、4月,科技部和工信部两个电动汽车发展规划先后出台,中国电动汽车产业发展技术路线进一步明确,纯电动汽车成为电动汽车产业发展重点。
  
  国家电网和南方电网制定了在全国大规模建设电动汽车充电站和充电桩的试点计划。至2011年,国网已在北京、苏沪杭、青岛、济南等多个城市建成了243座充换电站和13283个充电桩,南网在广东建成了14座充换电站和2901个充电桩。
  
  十二五完成4000座充换电站。
  
  2、常规产品智能升级举例——智能输变电设备
  
  国家科技部重点科技产业工程十二五专项规划,主要通过863、973、科技支撑计划实施
  
  重点任务:
  
  (一)大规模间歇式新能源并网技术;(二)支撑电动汽车发展的电网技术;(三)大规模储能系统;(四)智能配用电技术;(五)大电网智能运行与控制;(六)智能输变电技术与装备;(七)电网信息与通信技术;(八)柔性输变电技术与装备;(九)智能电网集成综合示范。
  
  "国家电网也制定了一系列规章制度和导则,从2009年开始,不断推出一些新的标准出来,推动智能电网的推广。从我国科技部对智能电网发展的部署来看,需要对传统输变电设备进行升级和改造。"
  
  智能电网需要升级传统是变电设备:
  
  智能变电站用智能电力设备(智能组件)输电线路智能化关键设备。
  
  "在线监测、智能组件成为标配",盛教授表示。
  
  高压设备——智能组件
  
  智能组件以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征,具备测量、控制、保护、计量、检测中全部或部分功能。高压设备与相关智能组件的有机结合构成了智能设备:—可以是独立运行的高压设备加上外置的智能组件;—也可以是高压设备加上内嵌的包含状态检测单元的智能组件,再加上外置的一个或多个智能组件;—也可以是高压设备加上内嵌的智能组件。"高压设备 传感器/控制单元 智能组件=身体 神经 大脑",盛教授形象的解说道。
  
  盛教授向我们展示了一份国家电网公司的部门文件,文件显示国网规划如下:
  
  十二五期间6100个智能变电站十三五再建7700个智能变电站智能输电线路也开始逐步推进
  
  智能输电设备(输电线路监测装置和系统)智能输电线路是国家电网公司较先计划大规模实施的一项智能电网产品。原因:线路数量大、运行环境复杂、智能化水平低、管理落后。建立通用技术条件,便于全国推广。
  
  智能输电环节发展部署
  
  国家电网公司
  
  2010年发布《智能电网关键设备(系统)研制规划》《智能电网技术标准体系研发及制定规划》,其中智能电网输电环节主要规划建设的两个部分:1柔性交流(直流)输电;2输电线路环境与运行状态监测。
  
  孟教授重点向我们介绍了输电线路状态监测。
  
  国网规划未来几年重点研制的装备:输电线路导线运行状态集成监测、输电线路气象在线监测装置、输电线路视频/图像监控装置、输电线路杆塔集成监测装置、电缆状态监测装置、输电线路电磁环境智能监测系统、输电线路状态监测中心。
  
  2011年3月,国家电网公司输变电设备状态监测技术实验室(输电分部)正式投运,对输电线路状态监测装置进行入网检测、试验、研究的基地,将为输变电设备状态监测装置提供质量检验平台(电科院)。
  
  根据孟教授的讲解,我国输电线路状态监测基本情况如下:
  
  输电线路状态监测中心试点工程
  
  建设内容:在有关网省公司建设输电线路状态监测中心,根据各网省的具体情况,建设雷电、特高压线路、大跨越、微气象等监测系统。
  
  进展情况:2009年开始,国际电网华北、山西、华东、浙江、福建、湖北、陕西、华中、江苏、河南、湖南、安徽、四川、上海、北京、重庆公司及中国电科院17个试点单位网、省、市开始启动建设输电线路监测中心示范工程。2010年、2011年多个状态监测中心逐步投入试运行。
  
  中国电力工程顾问集团公司
  
  2010-2011电力工程顾问集团公司组织六大电力设计院也在起草智能输电线路的设计技术导则,未来目标形成国家标准。
  
  智能输电线路设计原则在线监测的实施方案数据传输技术监测装置供电技术安装与防护技术智能评估诊断技术
  
  "智能输电线路设计标准我也参与了一部分",介绍过程中孟教授说道。
  
  之后孟教授又指出了输电线路在线监测装置应用中有待改进的一些问题:
  
  系统(传感器)长期运行的稳定性和可靠性。电源问题(目前主要方式:电池、太阳能 蓄电池、感应取电 蓄电池;其它方式:架设低压供电线路、小型风力发电)通信问题(如何实现高效、稳定、低能耗)
  
  "智能变电站与传统变电站不同的关键设备包括电力设备智能组件(在线监测系统)、电子式互感器、数字化保护等。智能电力设备将成为我国一二次变电设备产业融合的契机,有利于电工装备制造业升级。"
  
  智能变电站试点工程
  
  建设内容:在数字化变电站的基础上,新建与改造具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化特征的智能变电站。
  
  进展情况:国家电网第一阶段建成和在建110kv及以上智能变电站74座。在"十二五"期间准备再新建110kv以上智能变电站5100座,智能变电站改造1000座,合计6100座。受到技术标准不完善等原因,2010-2011年智能变电站实际建设投运低于预期,2012年随着标准的完成,造价的降低,建设速度将加快;2012年以后所有新建变电站全面按照智能变电站技术标准建设,并且对重点对枢纽及中心变电站进行智能化改造。
  
  智能电力设备核心技术和部件
  
  1、传感器:电量(电压、电流、局放)、非电量(温度、物质成分(SF6杂质、油中气体)、微水、视频)、震动、超声波等;2、电子测量元件;高可靠性的电子元器件;放大、滤波硬件;抗干扰软硬件等;3、高级应用(智能)分析软件;信号处理、状态评估、寿命预测、图像识别、基于云(计算)的软件等;4、基于物联网的无线通讯模块、物联网传感器等
  
  "智能电力设备产业发展前景广阔"。
  
  "十二五"期间新建智能变电站7000多亿新增投资,500kv和750kv变电站智能化投资约占10%,220kv智能化投资约占10%,110kv智能化投资约占20%。
  
  至2020年,智能变压器将新增总投资3500亿元,智能开关新增总投资2800亿元,电子式互感器新增总投资900亿元
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