张洋
（国网天津城东供电公司）
摘要：该文概述了智能电网技术和新能源的基本情况，包括智能电网特征、新能源特征、在智能电网环境下新能源并网技术的分析，最后研究了具体形式的新能源技术发展状况。
关键词：智能电网；新能源；技术
1引言
近年来，随着化石能源危机、环境污染和温室效应等问题的日益加剧，发展新能源已成为世界各国的共同选择。大力发展新能源势必给当前电网的正常运行带来巨大的挑战。多数新能源的输出功率具有较强的随机性和间歇性。大规模新电源的并入会导致电网电压水平变动、线路传输功率超出极限、系统短路容量增加和系统暂态稳定性改变等一系列问题。
智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术，具有自我管理与恢复、兼容性强等特点，其快速发展为新能源的无缝并网提供了良好的技术保障。通过合理利用各类高级控制技术，能推动各类新能源与现有电力系统的有机融合，实现“即插即用”、实时互动和协调运行。
2智能电网特征
智能电网有别于常规电网的几个主要特征如下：
（1）自愈。具有灵活网络拓扑结构的智能电网，当电网发生故障时，由事件启动的快速仿真决策实现故障隔离，避免停电或缩小停电范围。
（2）供需互动。通过供需关口、上下双向通信、提供用电和市场信息、并可和用户住宅内的室内网络相连的智能电表，实现供需双方互动，促使所有大中小用户通过需求响应改变自己的用电方式、主动参与电网管理和市场竞争，并可获取相应的经济利益。
（3）推动节能减排发展。为了应对能源和环境的挑战，配电领域的风能、太阳能、地热能等可再生能源，相应的分布储能和插入式电动汽车等发展很快，电网结点和不确定因素大幅度增加。
（4）协调与自适应控制。智能电网环境下，分属于发输配用各个环节、无论是正常状态下的集中/分散发电优化、市场运作，或是紧急状态下的故障隔离网络重构，都涉及到集中控制系统的相互协调和分布控制系统（继电保护、就地无功补偿、稳定补救装置等）的自适应问题，而不仅是集中控制系统“各司其职”、分布控制系统“离线整定、实时动作”。
（5）资产优化管理。智能电网实现对资产规划、建设、运行维护等的全生命周期优化管理，并运用市场机制，通过供需互动、推动节能减排等，提高发电效率、降低网损、解决负荷率不高、设备闲置等问题，有效提高资产利用率，降低运行成本、减少或推迟投资。
3新能源技术发展详述
相对传统能源而言，新能源一般具有以下特征：第一，尚未大规模作为能源开发利用，有的甚至还处于初期研发阶段；第二，资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别；第三，开发利用技术复杂，成本较高；第四，新环保，可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放；第五，资源量大、分布广泛，且大多具有能量密度低的缺点。新能源的具体技术发展情况如下：
（1）太阳能光伏发电。太阳能的转换和利用方式有光热转换、光电转换和光化学转换等。目前，技术比较成熟的、应用广泛的是太阳能光伏发电技术，即光电转换。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点，而发展的主要制约因素是成本较高，是常规发电上网电价的10倍多。但随着光伏发电技术发展、成本下降和能源资源形势及价格形成机制的变化，太阳能发电最终将成为具有明显竞争力的发电技术。
（2）风能发电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于风能的不可控性，功率调节是风机的关键技术之一，变速恒频风力发电机组已成为MW级风力发电机组的主流机型。由于风电机组特殊的稳态与暂态特性，在风电穿透功率较大的电网时，会对原有电网带来一定的冲击，包括电压的波动和闪变、接入点短路电流的改变，对频率的影响等；同时，也将改变原有电网的潮流分布、线路传输功率甚至整个系统的惯量，增大了电网控制的难度。
（3）生物质能发电。生物质能来源于生物质。生物质能发电是首先将其转化为可驱动发电机的能量形式（如燃气、燃油、酒精等），再按照通常用的发电技术发电。我国生物质能资源主要有农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作物（植物）、工业有机废水、城市生活污水和垃圾等。
（4）地热能发电。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要具有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料。
（5）海洋能发电。目前，海洋能发电多数处在实验阶段比较成熟的是潮汐能发电技术。潮汐能发电和水力发电厂相似，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮机带动发电机来发电。
4智能电网环境下新能源技术发展
4.1构建基于新能源的微网
微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微网内部的电源主要是由电力电子装置负责能量转换，并提供必须的控制；微网相对外部大电网表现为单一的可控单元，同时满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求。
微网中的分布式新能源供电与大电网集中供电相互补充，是综合利用现有资源和设备，为用户提供可靠和优质电能的理想方式。但由于微网中分布式新能源的多样性及其组合的灵活性，使得整个系统的运行和控制变得复杂。其主要控制方式有以下几种：恒功率注入/输出控制模式、变功率注入/输出控制模式和联合最优功率控制模式。
4.2基于电力电子技术的控制方法
风机、光伏电池、燃料电池、储能组件等都需要通过电力电子变换器才能与电网系统相连接。变换器由于其响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性，使得其能量管理的控制理念将与常规系统有很大的不同。同时，适用于新能源并网中的逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行之外，还需要根据新能源的特殊需求具备一些控制功能，例如电压/频率控制和有功无功控制。基于下垂特性的电压/频率控制能实现负荷功率变化时不同新电源间变化功率的共享，且在新能源发电单元孤岛运行时为智能电网系统提供频率支撑；有功无功控制可根据实际运行情况实现新能源有功和无功功率的指定控制。
4.3智能电网高级故障管理技术
燃料电池、光伏电池等新电源要求能实现在并网发电和独立运行两种运行模式的快速切换，以保证敏感负荷的供电连续性和供电质量。智能电网高级故障管理为实现这一目标提供了契机。高级故障管理是基于智能控制中心的局部电网自动化、智能控制开关和继电保护装置的管理措施。为提高发电单元的稳定性，须事先提供孤岛运行的所有预处理条件，并根据其容量调整孤岛运行的供电量。在运行方式切换前，检查并确定发电单元的电力电子耦合设备、静态无功补偿设备和微处理器处于正常工作状态，以保证能够重启发电单元孤岛运行方式下的保护装置。同时，监测重要节点电压和线路潮流，保证切换方式后重要用户的用电需求。在此控制中，利用智能断路器和智能重合闸，在故障发生后即刻动作，但此时发电单元仍可不间断工作，直至其完全切换至孤岛模式，该法可有效避免发电单元运行方式切换时对重要用户暂时断电所产生的危害。
5结论
智能电网不仅能获得高安全、高可靠、高质量、高效率和价格合理的电力供应，提高国家的能源安全、改善环境、推动可持续发展，同时能够激励市场与创新，从而提高国家的国际经济竞争力。因而在我国需要实施智能电网发展战略。智能电网将把一个集中式的、生产者控制的电网，转变成大量新辅助较少集中式的和与更多的消费者互动的电网。其变迁的过程，必将改变行业的整个业务模型，且对所有利益相关者都有利。智能电网程序性的和技术性的挑战是巨大的。
论文作者:张洋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/19
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