1.智能電網的發(fā)展

　　1. 1 《美國復蘇與再投資法案》

　　2009年2月17日美國總統(tǒng)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(guī)定撥款給美國能源部(Department of Energy-DOE)來支持研發(fā)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(guī)定如下：①地區(qū)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(tǒng)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(tǒng)WAMS)來調度和規(guī)劃電力系統(tǒng)。

　　美國能源部統(tǒng)計，通過對美國電網的智能化改造，預計未來20年內可節(jié)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(yè)、通信產業(yè)、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(fā)

　　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(fā)展智能電網已成為世界電力發(fā)展的新趨勢，到2020年，中國將全面建成統(tǒng)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(fā)展目標，即加快建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協(xié)調發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網。國網公司將按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)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(xiàn)各級電網協(xié)調發(fā)展的同時，分階段推進堅強智能電網發(fā)展。

　　按照規(guī)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(guī)劃與試點工作;在2010～2015年大面積推開;到2020年，全面建成統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)構成。我國地域遼闊，各大區(qū)電網互聯(lián)，大量的西電東送，使國家大電網跨越了幾個時區(qū)。為保證電網的安全、穩(wěn)定、可靠運行，對智能電網的研發(fā)，則是急迫和至關重要的任務。由于這種跨越幾個時區(qū)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?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(tǒng)(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(jié)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(tǒng)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(xié)調防御控制系統(tǒng)。但是系統(tǒng)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(xiàn)代化大電網進行靜態(tài)功角穩(wěn)定裕度監(jiān)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(tǒng)電壓失穩(wěn)等;利用實時聯(lián)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(tǒng)低頻振蕩;在系統(tǒng)發(fā)生擾動時，實時監(jiān)視機組間相對功角的暫態(tài)過程;進行發(fā)電機組進相運行監(jiān)測;電壓動態(tài)過程監(jiān)測與動態(tài)穩(wěn)定預報。以及實現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控等。

       為此， 在PMU /WAMS的基礎上就能實現(xiàn)包括暫態(tài)穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性在內的動態(tài)安全評估。當電網出現(xiàn)危機之前就能立即提出網絡重構、調整保護定值和穩(wěn)定補救等安全對策。[1]

　　文獻[1]指出，電網自愈功能的目標是：“實時評價電力系統(tǒng)行為，應對電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種事件組合、防止大面積停電，并快速從緊急狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)。其實現(xiàn)方法，可概括為快速仿真決策、協(xié)調/自適應控制和分布能源(DER, Distributed Energy Resource)集成等3個方面。”

　　2.2電子式互感器

　　(1)自愈性智能電網對電子式互感器的要求

　　自愈性智能電網要求高速和高準確度的PMU，這樣才能高準確度進行電網運行參數(shù)(如I、δI、 U、δU、cosφ、f、P、Q )的測量, 監(jiān)控電網的運行。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，會引起電流測量極其不準確。從而使PMU/ WAMS的測量也不準確，嚴重威脅現(xiàn)代化電網的安全穩(wěn)定運行，增加了繼保裝置的復雜性;抗電磁干擾能力減弱;絕緣技術、體積、質量和價格都隨電壓等級的升高而越來越大;運輸、安裝和維護困難;量測受頻率影響;變電站占地大，成本高等。為此，有必要研發(fā)能克服上述缺點并滿足智能電網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確，并將為現(xiàn)代化大電網的安全可靠和經濟運行提供關鍵的基礎。它也是電力一次、二次設備的完美結合，解決了電網自動化發(fā)展的“瓶頸”。現(xiàn)代化大電網的安全穩(wěn)定控制技術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電磁式互感器的升級換代，而是現(xiàn)代化大電網安全穩(wěn)定運行的需求。

　　電網的安全運行要求電力設備安全可靠。而據(jù)統(tǒng)計，電網中的電力設備平均每年有1/3的事故都是因為互感器所致，如雷電季節(jié)，打雷或閃電都有可能導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一次的重要主設備，它們擔負著電網的精確“測量和計量”，以及故障“監(jiān)測”的作用。要求量測的電網運行參數(shù)高度精確;裝置本身應具有相當?shù)目煽啃浴Ｋ菫橹悄茈娋W、數(shù)字化繼電保護、電網實時PMU、WAMS、電網快速狀態(tài)估計、電網暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控、特高壓輸電線路的電暈測量、電網實時經濟調度、諧波在電網中的應用、電網輸電阻塞的緩解(美國)、解決輸電走廊問題的分相輸電技術、實現(xiàn)準確的故障測距和緊湊型一次智能設備等提供可靠保證。對現(xiàn)代電網運行和設備革命發(fā)揮重要的作用。因此，要求它必須具有高準確性、快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝阅堋?