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智能电网用户端系统开发发展必将迅猛

供稿:办公室(网络中心) 编辑部  发布时间:2015-05-08  阅读:

智能电网用户端系统开发发展必将迅猛

这是一个充满智慧的时代。

当您想回家时,您可以先在办公室通过远程操作调节家里的空调温度和开启其它家电迎候您的回家;当用电低谷时把廉价的电能储备起来,也可以给电动汽车充电。家中的智能电表不仅可以双向计量(记录生产的电能与消耗的电能),又能通过嵌入式电能管理系统帮您省电与省钱。太阳能等绿色能源的利用既能减少化石能源的消耗,又能大大减少碳排放以保护环境。

“聪明的电网”——智能电网时代已离普罗大众的生活渐行渐近。

智能电网为人们串起了一条从发电、输电、变电、配电到用电的电能生产与消费的产业链。而这条链的价值实现最终主要体现在终端用户,80%以上的电能是通过用户端配电网络传输到用户并在终端用电设备上消耗。如果智能电网是一条“高速公路”,那么用户端系统就是最后的“一公里”。
尹天文先生作为长期从事低压电器、智能电器、雷电防护和现场总线技术的研究与产品设计的专家,可谓低压电器行业声名赫赫的领军人物。也是我国新一代智能低压电器、智能网络通信和雷电防护技术领域的学科带头人。

近年来他带领研究团队深入智能电网用户端领域的研究,已初步梳理出智能电网用户端系统整体技术架构、实施路线图、关键技术、标准体系架构等。并且负责建立了“上海市智能电网用户终端设备工程技术中心”和“上海市智能电网用户端产业创新战略联盟”。近期,又在国家能源局的支持下,负责开展“智能化低压配电装置关键设备研制与产业化示范”和“智能电网用户端电器设备研发(实验)中心”建设任务。
近日,记者专访了尹天文先生。刚逾不惑之年的尹总颇有学者风范,言谈间表现出对科学研究一丝不苟的态度。我们也有幸聆听了这位国内智能电网用户端研究的先导者,是怎样看待我国用户端系统的近况及未来的发展。

记者:尹总,您作为国内最早提出智能电网用户端的专家之一,请您介绍下什么是智能电网用户端,它在智能电网中的地位和作用如何?
尹天文:智能电网用户端是指从电力变压器到用电设备之间,对电能进行传输、分配、控制、保护和能源管理的所有设备及系统,主要有用户端智能电器与系统、用户端能源管理系统、智能楼宇系统和双向互动系统,是构建坚强智能电网的重要组成部分。

作为智能电网“高速公路”的最后“一公里”,智能电网用户端是智能电网能否取得广泛成效的关键。在国内,我们因此也率先提出了智能电网用户端的概念。它的总体目标是极大地满足智能电网对用户端电器设备的要求,实现用户端系统的双向互动、安全可靠、兼容集成、绿色环保,构成安全、节能、智能和舒适的智能用户端系统,为智能电网的建设奠定坚实的基础。

记者:您认为智能电网用户端与新能源以及节能减排之间存在怎样的关系?
尹天文:智能电网用户端系统集成了当今能源利用领域的一系列先进技术,符合低碳经济高效率、低排放、无污染的要求。它与用户息息相关,大量的分布式可再生能源发电系统、分布式储能系统接入电网需要智能化的用户端系统对其管理,用户对电能使用的高效节能、环境友好等特殊需求,必须有智能化的用户端系统全面解决方案。

智能电网用户端的发展可推动分布式可再生能源的发展,实现绿色环保,实现智能化电能管理,减少电能损耗,促进节能减排,打破传统生产—消费模式,形成双向互动服务体系,推动多种系统的兼容和集成,实现系统互联和信息共享,形成系统全面解决方案,让广大用户真正感知智能电网所带来的成效和收益。

记者:国外以及中国智能电网用户端经过这些年的发展,现状如何?我国与西方发达国家在其发展战略方面存在哪些差异?

尹天文:智能电网用户端的发展是伴随着智能电网的发展而发展,而这又与各国制定的智能电网战略规划密切相关。

首先我们看看大洋彼岸的美国。2010年初,美国国家标准与技术研究院(NIST)颁布了含有75项标准、规范和指导文件的《智能电网互操作标准框架和技术路线图v1.0》。2011年11月,NIST颁布了《智能电网互操作标准框架和技术路线图v2.0》。其核心思想是先期突破智能电网用户端和低压配网智能化,之后推行可再生能源和分布式电源系统集成技术与电力储能技术,最终发展高温超导电网。

其次我们把目光投向欧洲。2009年10月,欧盟公布了战略能源技术计划(SET-Plan)路线图,提出了2010~2030年智能电网技术发展路线。2010年至今,欧洲国家通过国际组织IEC战略委员会、各个TC/SC等推动智能电网标准的制订。提高运营效率、降低电力价格、加强与客户互动是欧洲智能电网建设的重点。

日本则主要围绕大规模开发分布式太阳能等新能源,确保电网系统稳定运行,从而构建智能电网。其智能电网开发计划的核心是“与太阳能发电时代相应的输电网”。

2009年5月,中国国家电网公司发布了建设以信息化、自动化、互动化为特征的“坚强智能电网”的中国智能电网的概念和发展思路。其战略规划是以特高压骨干电网为核心,构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网,在此基础上兼顾各级电网的协调发展,通过试点和示范逐步向低压配电网与用户端展开,促进电网的安全、高效与环保。

2010年6月,国家电网公司编制的拥有自主知识产权的《智能电网技术标准体系规划》和《智能电网关键设备(系统)研制规划》正式发布。7月,国家电网公司向国际电工委员会(IEC)提出了包括用户侧接口、电动汽车充放电、智能调度等方面在内的18项标准提案,标志着中国正式启动了智能电网标准国际化进程。

2011年3月,我国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要颁布,国家“十二五规划”纲要提到,加快现代电网体系建设,依托信息、控制和储能等先进技术,推进智能电网建设。标志着我国智能电网进入全面建设阶段。

从上述我们可以看到,各国对智能电网规划的侧重点不同,其发展战略也有差异。

记者:那么,我国以及贵所在智能电网用户端的前期研发工作方面,做了哪些基础工作,目前进展如何?

尹天文:大力发展智能电网用户端及其相关产业,是我国电工行业实现产业转型升级的一个重大机遇。为此,国家和地方政府都加大在这方面的投入和扶持力度。目前,国家及上海市在上海电器科学研究所(集团)有限公司(上海电科所)建立了相应的产业联盟和研发中心,包括:国家能源智能电网用户端电气设备研发(实验)中心、国家智能电网用户端产品(系统)质量监督检验中心、上海智能电网终端用户设备产业技术创新战略联盟。

与此同时,上海电科所将分三个阶段分步实施智能电网用户端整体解决方案:首先,将按规划搭建一个试验与演示平台。该平台不仅可检验研发的产品是否能满足智能电网的要求,同时具有对智能电网理解的演示功能,引导其技术发展和推广;第二阶段将完善整个系统,使智能配电系统等的主要产品与系统全面满足智能电网要求;第三阶段将是智能电网用户端整体解决方案的完善与应用。

为了实现上述目标,,上海电科所目前开展了大量的智能电网用户端前期基础工作。

首先,在智能配电和控制系统方面,正在实施的研究项目有智能电网用户端智能化开关电器关键技术研究与应用,智能电器产品数字化创新设计研发。

其次,在用户端电能管理系统方面,正在实施主要研究项目有工业网络化集成控制系统,智能电网用户端模拟实验环境研究及应用示范,智能电网用户端电能管理系统关键技术研究。

另外,在标准研究方面,分析美国智能电网标准化框架、优先行动计划以及信息安全NISTIR7628指南,跟踪和分析IEC智能电网技术标准新进展,参与中电协智能电网设备专家组工作,参与制定我国智能电网技术标准体系,组织制定智能电网用户端基础标准。

记者:在当前智能电网用户端的研发工作中,主要涉及到哪些关键技术?

尹天文:在智能电网用户端系统的研发工作中,需要研究、开发和应用一系列关键技术,攻克众多技术难关和解决大量技术难题。这既是一项基础工作,也是决定建设智能电网用户端系统的水平和质量的关键。从智能电网用户端子系统的角度来看,这些关键技术可归纳为共性技术、智能电器与系统、电能管理系统、智能楼宇电气设备与控制系统、双向互动服务系统五个技术领域。

现仅就其中智能电网用户端系统共性关键技术的一个领域来看,它就包括了网络安全技术、通信技术、局域测控技术、逆变控制技术、智能计量技术和自愈恢复技术等多项技术,涉及到多个学科和领域。

由此可见,智能电网用户端系统涉及的关键技术是一个庞大的系统工程,系统地、深入地开展这些关键技术研究将是一场巨大的攻坚战。

记者:开展智能电网用户端的研发工作,如何引领我国智能电器及低压电器设备新的发展方向?

尹天文:智能电网用户端的研发工作需引进创新思维,智能电网用户端技术涉及的领域广、学科多,研发面临巨大的挑战,我们要发挥在我国智能电器及低压电器领域中的优势,研究突破智能电器的核心关键技术,研发智能电器及低压电器设备的重点产品,形成智能电网用户端系统解决方案。

为满足智能电网发展的需求,结合关键技术的突破,我们将首先开展标准研究,新一代智能低压电器的研发将在我国智能电网技术标准的统一平台与标准指导下开发与应用;其次将开展预警和自愈关键技术的研究,智能电网发展所要求的坚强、自愈、互动、优化等需求将极大地促进具有早期预警与快速安全恢复和自愈等功能的新一代智能低压电器的开发与应用;第三,是系统安全、可靠性研究,要求新一代智能低压电器能实现全电流范围的控制与保护功能;第四,是新能源的接入,研究分布式可再生能源发电系统接入、电能质量控制和节能环保等方面对低压电器提出新的要求;第五,为了实现节约资源和保护环境的目标,将大力推动新一代智能电器对新材料、可再生资源的利用,同时仿真技术、数字技术和信息技术的应用,将引领低压电器向网络化方向发展。

记者:您怎样看待智能电网用户端系统的发展前景?

尹天文:智能电网已经成为国际上众多国家关注的重点领域和争相发展的目标,必将掀起改变人类生活的又一次技术进步浪潮。作为智能电网重要组成部分的用户端系统的发展也将伴随着智能电网的发展而发展。

从智能电网用户端的电气设备和系统来看:

一方面,智能电网在可再生能源发电、提高电能效率和质量、储能等方面对用户端电气设备提出新的要求,这将给智能电网用户端电气设备和系统带来新的发展机遇。智能电网坚强、自愈、互动、优化等要求将极大地促进具有早期预警与快速安全恢复和自愈等功能的新一代智能电器与系统的开发与应用。

另一方面,智能电网采用统一平台与标准,便于新一代智能电网用户端电气设备与系统的开发与应用。为了实现节约资源和保护环境的目标,智能电网建设将大力推动分布式可再生能源的利用和电能供求的管理,这也将促进用户端系统向网络化方向发展。

与此同时,智能电网用户端将全面提升综合服务能力,最大限度满足用户多元化需求。因此,借助双向供电技术,实现双向互动营销;智能楼宇、智能家电、智能交通等建设的推动;以及大幅提高电能在终端消费中的比重等,所有这些,都将促进智能电网用户端的发展。

从智能电网用户端的应用来看:

面对全球性能源短缺、全球气候变暖、环境保护、可持续发展等问题,作为用户端系统发电环节的分布式光伏发电系统因资源丰富、空间巨大,将成为我国发展最快的新能源产业之一。鉴此,智能电网用户端系统将解决分布式光伏发电的间歇性和随机性(可预测)、大规模分布式光伏发电系统组群并网的协调和控制、电能质量问题和用户端用电调度等许多问题,这些问题的解决有利于分布式光伏发电系统的推广和应用。智能电网的生产者与消费者的双向互动服务体系和灵活的电力交易机制,也将进一步推动分布式光伏发电市场的发展。

同时,智能电网中大量的分布式可再生能源发电系统要求先进的分布式储能技术作为支撑,这将推动电池储能、抽水储能、飞轮储能、超导储能等技术的开发与应用。智能电网用户端双向通信、双向信息交互等将推动分布式储能系统的接入技术和保护技术的智能化、网络化。智能电网灵活的服务体系和电力交易机制,也将推动分布式储能系统市场的发展;

另外,智能电网中可再生能源的接入和电动汽车的推广,推动了位于智能电网用户端的充放电技术,尤其是快速充电技术的开发与应用;也将促进与智能化充放电技术相配套的多媒体软件的开发与应用,推进新型充放电服务体系的建立。

我国在“十二五”规划中已将智能电网建设作为国家重大能源建设的重点和发展目标,我们完全有理由相信,智能电网用户端系统的发展必将具有非常广阔的发展前景。

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