1.智能電網(wǎng)的發(fā)展

　　1. 1 《美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》

　　2009年2月17日美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬簽署了2009年《美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》(American Recovery and Reinvestment Act—ARRA)。此法案規(guī)定撥款給美國(guó)能源部(Department of Energy-DOE)來支持研發(fā)智能電網(wǎng)(smart grid)的經(jīng)費(fèi)和示范工程，美國(guó)能源部即于2009年4月19日公布了《基金機(jī)遇通告》(FOA，(Funding Opportunity Announcementr))，將智能電網(wǎng)示范工程規(guī)定如下：①地區(qū)示范——核實(shí)智能電網(wǎng)技術(shù)生存能力和確認(rèn)智能電網(wǎng)的商務(wù)模型。②電力公司電能儲(chǔ)存示范——測(cè)試費(fèi)用和收益，檢驗(yàn)各種電能儲(chǔ)存方法的技術(shù)性能，如新型電池、特殊電容器、飛輪、風(fēng)與光電組合以及壓縮空氣能量系統(tǒng)等。③同步相量測(cè)量示范-建立廣域信息網(wǎng)絡(luò)(即相量測(cè)量裝置PMU/廣域測(cè)量系統(tǒng)WAMS)來調(diào)度和規(guī)劃電力系統(tǒng)。

　　美國(guó)能源部統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)美國(guó)電網(wǎng)的智能化改造，預(yù)計(jì)未來20年內(nèi)可節(jié)省投資近千億美元。智能電網(wǎng)技術(shù)革新將打開電信、電網(wǎng)、電視網(wǎng)等整合的通道，為全球電力、電信產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、電視媒體等的改革提供獨(dú)特的機(jī)遇。

　　1.2 中國(guó)智能電網(wǎng)的研發(fā)

　　2009年5月21日舉行的“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上，國(guó)家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞表示，積極發(fā)展智能電網(wǎng)已成為世界電力發(fā)展的新趨勢(shì)，到2020年，中國(guó)將全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)結(jié)合基本國(guó)情和特高壓實(shí)踐，確立了加快建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，即加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。國(guó)網(wǎng)公司將按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)的原則，在加快建設(shè)由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流構(gòu)成的特高壓骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，分階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展。

　　按照規(guī)劃，國(guó)家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)建設(shè)將分3階段：在2010年之前完成規(guī)劃與試點(diǎn)工作;在2010～2015年大面積推開;到2020年，全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

　　2.堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與電子式互感器及電力一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)

　　2.1自愈性智能電網(wǎng)(Self-Healing Smart Grid)

　　目前各大國(guó)都逐步建立了特大電網(wǎng)，為保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，美國(guó)、歐盟、俄羅斯、日本、巴西等國(guó)先后都在進(jìn)行智能電網(wǎng)的研究。

　　我國(guó)特高壓骨干網(wǎng)架將由1000kV級(jí)交流輸電網(wǎng)和±800kV、±1000kV直流直流系統(tǒng)構(gòu)成。我國(guó)地域遼闊，各大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，大量的西電東送，使國(guó)家大電網(wǎng)跨越了幾個(gè)時(shí)區(qū)。為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對(duì)智能電網(wǎng)的研發(fā)，則是急迫和至關(guān)重要的任務(wù)。由于這種跨越幾個(gè)時(shí)區(qū)的特大電網(wǎng)存在大面積停電的危險(xiǎn)，而這種危險(xiǎn)大多涉及調(diào)度員處理是否得當(dāng)?shù)娜藶橐蛩兀?003年 “8.14”美加大停電事故。為解決此問題，美國(guó)電力研究院(EPRI)最先提出以相量測(cè)量裝置PMU，Phasor Measurement Unit)/廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS，Wide Area Measurement System)為基礎(chǔ)的突出自愈功能的智能電網(wǎng)概念。它要求對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓相角測(cè)量快速而準(zhǔn)確。20世紀(jì)80年代同步相量測(cè)量的研究在美國(guó)已經(jīng)開始，并成為廣域測(cè)量系統(tǒng)的一部分。1996年夏季美國(guó)兩次大停電事故中，WAMS進(jìn)行了較全面準(zhǔn)確的記錄。1997年法國(guó)電力公司(EDF，Electric de France)也建設(shè)了基于PMU的協(xié)調(diào)防御控制系統(tǒng)。但是系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間卻很長(zhǎng)，達(dá)到1.03s。2003年“8.14” 美加大停電事故更推進(jìn)了WAMS的建設(shè)。只要在全網(wǎng)PMU合理化布點(diǎn)的基礎(chǔ)上(滿足可觀測(cè)性)，就可對(duì)現(xiàn)代化大電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)功角穩(wěn)定裕度監(jiān)視;在線擾動(dòng)識(shí)別;分析電網(wǎng)的短路故障、機(jī)組振蕩與失步和系統(tǒng)電壓失穩(wěn)等;利用實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)線功率和相對(duì)相角等參量的頻譜特性(特征頻率以及對(duì)應(yīng)的衰減因子)識(shí)別系統(tǒng)低頻振蕩;在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)組間相對(duì)功角的暫態(tài)過程;進(jìn)行發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行監(jiān)測(cè);電壓動(dòng)態(tài)過程監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定預(yù)報(bào)。以及實(shí)現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控等。

       為此， 在PMU /WAMS的基礎(chǔ)上就能實(shí)現(xiàn)包括暫態(tài)穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性在內(nèi)的動(dòng)態(tài)安全評(píng)估。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)危機(jī)之前就能立即提出網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、調(diào)整保護(hù)定值和穩(wěn)定補(bǔ)救等安全對(duì)策。[1]

　　文獻(xiàn)[1]指出，電網(wǎng)自愈功能的目標(biāo)是：“實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)行為，應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種事件組合、防止大面積停電，并快速?gòu)木o急狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。其實(shí)現(xiàn)方法，可概括為快速仿真決策、協(xié)調(diào)/自適應(yīng)控制和分布能源(DER, Distributed Energy Resource)集成等3個(gè)方面。”

　　2.2電子式互感器

　　(1)自愈性智能電網(wǎng)對(duì)電子式互感器的要求

　　自愈性智能電網(wǎng)要求高速和高準(zhǔn)確度的PMU，這樣才能高準(zhǔn)確度進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)(如I、δI、 U、δU、cosφ、f、P、Q )的測(cè)量, 監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行。目前常規(guī)電磁式電流互感器鐵芯在電力系統(tǒng)故障狀態(tài)下的鐵芯飽和及磁滯回線，會(huì)引起電流測(cè)量極其不準(zhǔn)確。從而使PMU/ WAMS的測(cè)量也不準(zhǔn)確，嚴(yán)重威脅現(xiàn)代化電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，增加了繼保裝置的復(fù)雜性;抗電磁干擾能力減弱;絕緣技術(shù)、體積、質(zhì)量和價(jià)格都隨電壓等級(jí)的升高而越來越大;運(yùn)輸、安裝和維護(hù)困難;量測(cè)受頻率影響;變電站占地大，成本高等。為此，有必要研發(fā)能克服上述缺點(diǎn)并滿足智能電網(wǎng)要求的新型電子式電流互感器。

　　這種新型電子式電流互感器要求既快速又高度準(zhǔn)確，并將為現(xiàn)代化大電網(wǎng)的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供關(guān)鍵的基礎(chǔ)。它也是電力一次、二次設(shè)備的完美結(jié)合，解決了電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的“瓶頸”。現(xiàn)代化大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制技術(shù)也急需滿足要求的電子式互感器的出現(xiàn)。因此電子式互感器不是一般的對(duì)電磁式互感器的升級(jí)換代，而是現(xiàn)代化大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

　　電網(wǎng)的安全運(yùn)行要求電力設(shè)備安全可靠。而據(jù)統(tǒng)計(jì)，電網(wǎng)中的電力設(shè)備平均每年有1/3的事故都是因?yàn)榛ジ衅魉拢缋纂娂竟?jié)，打雷或閃電都有可能導(dǎo)致互感器爆炸或燃燒。電子式互感器的使用將大大減少這方面的事故。

　　電子式互感器是電網(wǎng)一次的重要主設(shè)備，它們擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)的精確“測(cè)量和計(jì)量”，以及故障“監(jiān)測(cè)”的作用。要求量測(cè)的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)高度精確;裝置本身應(yīng)具有相當(dāng)?shù)目煽啃浴Ｋ菫橹悄茈娋W(wǎng)、數(shù)字化繼電保護(hù)、電網(wǎng)實(shí)時(shí)PMU、WAMS、電網(wǎng)快速狀態(tài)估計(jì)、電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控、特高壓輸電線路的電暈測(cè)量、電網(wǎng)實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度、諧波在電網(wǎng)中的應(yīng)用、電網(wǎng)輸電阻塞的緩解(美國(guó))、解決輸電走廊問題的分相輸電技術(shù)、實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障測(cè)距和緊湊型一次智能設(shè)備等提供可靠保證。對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備革命發(fā)揮重要的作用。因此，要求它必須具有高準(zhǔn)確性、快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅堋?