智能电网与电子式互感器及电力一次设备在线监测

　　1．智能电网的发展

　　1.1 《美国复苏与再投资法案》

　　2009 年 2 月 17 日 美国总统奥巴马签署了2009年《美国复苏与再投资法案》（ American Recovery and Reinvestment Act—ARRA ）。此法案规定拨款给美国能源部 （Department of Energy-DOE） 来支持研发智能电网 （smart grid） 的经费和示范工程，美国能源部即于 2009 年 4 月 19 日 公布了《基金机遇通告》（ FOA ， （Funding Opportunity Announcementr） ），将智能电网示范工程规定如下 ：① 地区示范——核实智能电网技术生存能力和确认智能电网的商务模型 。② 电力公司电能储存示范——测试费用和收益，检验各种电能储存方法的技术性能，如新型电池、特殊电容器、飞轮、风与光电组合以及压缩空气能量系统等 。③ 同步相量测量示范－建立广域信息网络（即相量测量装置 PMU/ 广域测量系统 WAMS ）来调度和规划电力系统。

　　美国能源部统计，通过对美国电网的智能化改造，预计未来 20 年内可节省投资近千亿美元 。智能电网技术革新将打开电信、电网、电视网等整合的通道，为全球电力、电信产业、通信产业、电视媒体等的改革提供独特的机遇。

　　1.2 中国智能电网的研发

　　2009 年 5 月 21 日 举行的 “2009 特高压输电技术国际会议 ” 上，国家电网公司总经理刘振亚表示，积极发展智能电网已成为世界电力发展的新趋势，到 2020 年，中国将全面建成统一的坚强智能电网。我国国家电网结合基本国情和特高压实践，确立了加快建设坚强智能电网的发展目标，即加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。国网公司将按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，在加快建设由 1000kV 交流和 ±800kV 、 ±1000kV 直流构成的特高压骨干网架，实现各级电网协调发展的同时，分阶段推进坚强智能电网发展。

　　按照规划，国家电网公司的智能电网建设将分3阶段：在 2010 年之前完成规划与试点工作；在 2010 ～ 2015 年大面积推开；到 2020 年，全面建成统一的坚强智能电网。

　　2．坚强智能电网与电子式互感器及电力一次设备在线监测

　　2.1 自愈性智能电网（ Self-Healing Smart Grid ）

　　目前各大国都逐步建立了特大电网，为保证电网的安全运行，美国、俄罗斯、日本、巴西等国先后都在进行智能电网的研究。

　　我国特高压骨干网架将由 1000kV 级交流输电网和 ±800kV 、 ±1000kV 直流 直流系统构成。我国地域辽阔，各大区电网互联，大量的西电东送，使国家大电网跨越了几个时区。为保证电网的安全、稳定、可靠运行，对智能电网的研发，则是急迫和至关重要的任务。由于这种跨越几个时区的特大电网存在大面积停电的危险，而这种危险大多涉及调度员处理是否得当的人为因素，如 2003 年“ 8.14” 美加大停电事故。为解决此问题，美国电力研究院（ EPRI ）最先提出以相量测量装置 PMU ， Phasor Measurement Unit ） / 广域测量系统（ WAMS ， Wide Area Measurement System ）为基础的突出自愈功能的智能电网概念。它要求对电网节点的电压相角测量快速而准确。 20 世纪 80 年代同步相量测量的研究在美国已经开始，并成为广域测量系统的一部分。 1996 年夏季美国两次大停电事故中， WAMS 进行了较全面准确的记录。 1997 年法国电力公司（ EDF ， Electric de France ）也建设了基于 PMU 的协调防御控制系统。但是系统动作响应时间却很慢，长达 1.03s 。 2003 年“ 8.14 ” 美加大停电事故更推进了 WAMS 的建设。只要在全网 PMU 合理化布点的基础上（满足可观测性），就可对现代化大电网进行静态功角稳定裕度监视；在线扰动识别；分析电网的短路故障、机组振荡与失步和系统电压失稳等；利用实时联络线功率和相对相角等参量的频谱特性（特征频率以及对应的衰减因子）识别系统低频振荡；在系统发生扰动时，实时监视机组间相对功角的暂态过程；进行发电机组进相运行监测；电压动态过程监测与动态稳定预报。以及实现暂态稳定监控等。

　　为此， 在 PMU / WAMS 的基础上就能实现包括暂态稳定性、电压稳定性和频率稳定性在内的动态安全评估。当电网出现危机之前就能立即提出网络重构、调整保护定值和稳定补救等安全对策。 ［1］

　　文献 ［1］ 指出，电网自愈功能的目标是：“实时评价电力系统行为，应对电力系统可能发生的各种事件组合、防止大面积停电，并快速从紧急状态恢复到正常状态。其实现方法，可概括为快速仿真决策、协调 / 自适应控制和分布能源（ DER， Distributed Energy Resource ）集成等 3 个方面。”