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》（AmericanRecoveryandReinvestmentAct—ARRA）。此法案規(guī)定撥款給美國能源部(DepartmentofEnergy-DOE)來支持研發(fā)智能電網(wǎng)(smartgrid)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，(FundingOpportunityAnnouncementr)），將智能電網(wǎng)示范工程規(guī)定如下：①地區(qū)示范——核實智能電網(wǎng)技術生存能力和確認智能電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)技術革新將打開電信、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(wǎng)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(wǎng)公司總經理劉振亞表示，積極發(fā)展智能電網(wǎng)已成為世界電力發(fā)展的新趨勢，到2020年，中國將全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)。我國國家電網(wǎng)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(wǎng)的發(fā)展目標，即加快建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)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(wǎng)。國網(wǎng)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(wǎng)架，實現(xiàn)各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的同時，分階段推進堅強智能電網(wǎng)發(fā)展。
按照規(guī)劃，國家電網(wǎng)公司的智能電網(wǎng)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(wǎng)。
2．堅強智能電網(wǎng)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(wǎng)（Self-HealingSmartGrid）
目前各大國都逐步建立了特大電網(wǎng)，為保證電網(wǎng)的安全運行，美國、俄羅斯、日本、巴西等國先后都在進行智能電網(wǎng)的研究。
我國特高壓骨干網(wǎng)架將由1000kV級交流輸電網(wǎng)和±800kV、±1000kV直流直流系統(tǒng)構成。我國地域遼闊，各大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，大量的西電東送，使國家大電網(wǎng)跨越了幾個時區(qū)。為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行，對智能電網(wǎng)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(wǎng)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�，�?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，PhasorMeasurementUnit）/廣域測量系統(tǒng)（WAMS，WideAreaMeasurementSystem）為基礎的突出自愈功能的智能電網(wǎng)概念。它要求對電網(wǎng)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，ElectricdeFrance）也建設了基于PMU的協(xié)調防御控制系統(tǒng)。但是系統(tǒng)動作響應時間卻很慢，長達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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)出現(xiàn)危機之前就能立即提出網(wǎng)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(wǎng)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,DistributedEnergyResource）集成等3個方面�！�
2.2對電子式互感器
（1）自愈性智能電網(wǎng)對電子式互感器的要求
自愈性智能電網(wǎng)要求高速和高準確度的PMU，這樣才能高準確度進行電網(wǎng)運行參數(shù)（如I、δI、U、δU、cosφ、f、P、Q）的測量,監(jiān)控電網(wǎng)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(wǎng)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(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確，并將為現(xiàn)代化大電網(wǎng)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(wǎng)自動化發(fā)展的“瓶頸”�，F(xiàn)代化大電網(wǎng)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需求。
電網(wǎng)的安全運行要求電力設備安全可靠。而據(jù)統(tǒng)計，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(wǎng)一次的重要主設備，它們擔負著電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)、數(shù)字化繼電保護、電網(wǎng)實時PMU、WAMS、電網(wǎng)快速狀態(tài)估計、電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控、特高壓輸電線路的電暈測量、電網(wǎng)實時經濟調度、諧波在電網(wǎng)中的應用、電網(wǎng)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(wǎng)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?/P>
（2）電子式互感器的國際標準和國家標準
國際電工委員會和國內標準化組織近年來也相應頒布了有關協(xié)議和標準以作為指導。IEC61850協(xié)議是變電站自動化系統(tǒng)建設的依據(jù)。完全符合IEC61850協(xié)議的一次和二次數(shù)字化設備的研制和產品化是建設智能電網(wǎng)的堅實基礎。IEC61850-5-13規(guī)定了變電站內智能電子設備（IED，IntelligentElectronicDevice）的同步標準以及電力系統(tǒng)有關參數(shù)值的指標，是變電站自動化系統(tǒng)的設計，電子式互感器及IED的性能研制和生產以及電力部門招標必須依據(jù)的標準。IEC60044-7/8標準也是電子式互感器制造檢測和招標應遵循的標準。我國于2007年1月正式頒布等同于IEC60044-7/8的國家標準GT20840-7/8，并于2007年8月1日起實施。[3]
1）根據(jù)國際標準IEC61850-5-13的要求，電子式互感器需為各種智能IED提供高準確度的電流I和電壓U，其數(shù)據(jù)采樣率必須≥12000次/s，三相同步時間應為±1μs。[3]，[4]
2）PMU與WAMS的連接應滿足IEEE37.118的準確性標準（1級）并對數(shù)據(jù)傳輸使用IEEE37.118標準。要求PMU的數(shù)據(jù)采樣率≥12000次/s，測量頻率的絕對準確度為±1mHz，絕對相角準確度為±0.02度，時間準確度為±1μs。數(shù)據(jù)傳輸率為50/60Hz。要達到此要求，提供給PMU和WAMS原始數(shù)據(jù)的電子式互感器對I、U的測量準確度應小于0.2%,三相同步時間為±1μs，相位移應滿足IEC60044－7/8的要求。[3]
3）IEC61850-9-1對以太網(wǎng)物理層傳輸速率的要求
電子式互感器的綜合單元對保護、測量等IED的輸出傳輸速率應與IED的采樣率匹配。根據(jù)IEC61850-5-13的規(guī)定：保護裝置IED的采樣率為480、960和1920次/s；測量儀表的IED采樣率為1500、4000和12000次/s。
IEC61850-9-1規(guī)定：電子式電流/電壓互感器的綜合單元對保護、測量等IED的輸出傳輸速率應與IED的采樣率匹配。[3]，[5]
2.3電力一次設備在線監(jiān)測對堅強智能電網(wǎng)的作用
目前，大電網(wǎng)的安全防護已與涉及自然和社會因素的災害防護緊密相連，因此大電網(wǎng)的安全防護受到了美國白宮科技政策辦公室和美國國內安全部的重視。美國政府已于2007年通過了《能源獨立和安全法規(guī)（EnergyIndependenceandSecurityAct）》,有專門一章就是智能電網(wǎng)。[2]
參考文獻[2]在解釋智能電網(wǎng)的具體內容時指出：“在輸電的每個元件（如開關、變壓器等）、每個變電站和發(fā)電廠中皆設置一個具有堅強的操作系統(tǒng)獨立的處理器（processor），也可用作獨立的代理器（agent），在這些處理器或代理器之間能進行雙向快速通信，從而形成一個巨大的分布式平臺。每個代理器必須與相應元部件的傳感器連接，以評估其運行狀況，并用高速寬帶光纖通信系統(tǒng)將傳感器的數(shù)據(jù)傳送到其它處理器（代理器），各處的代理器既是獨立動作的，又是彼此通信互連的，可以進行協(xié)調控制。”
智能電網(wǎng)的自愈控制是在事故影響電網(wǎng)之前就從本地或局部地區(qū)對事故進行處理后，從而達到自愈的效果。由此可見，電力一次設備的在線安全監(jiān)測裝置就是智能電網(wǎng)實現(xiàn)自愈控制的智能代理器最基礎部分。電力一次設備的在線安全監(jiān)測裝置最初是為了對一次設備進行常規(guī)診斷，后來實現(xiàn)狀態(tài)檢修，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計劃檢修。當然，目前的在線安全監(jiān)測，還不是實時的在線監(jiān)測。在此基礎上，若狀態(tài)監(jiān)測的可信度大大提高，并加快對設備狀態(tài)的監(jiān)測頻率，就可逐步成為自愈智能電網(wǎng)的智能代理器。這樣，當新型的傳感器、在線監(jiān)測裝置和執(zhí)行機構研制出來后就可形成智能代理器，從而加強電網(wǎng)的自適應和重組控制能力。
智能電網(wǎng)的智能代理器要求新型傳感器對電網(wǎng)運行參數(shù)的測量速度和高準確度與對電子式互感器的要求應是一致的，甚至對某些數(shù)據(jù)的測量準確度的要求更高，如對電暈損失的測量,其采樣率最好采用250k次/s，相當每周期（50Hz）采樣5000次。
在線監(jiān)測裝置主要是監(jiān)測電容型設備的介質損耗，電容及其變化量，泄漏電流及其變化量，不平衡電壓，避雷器的全電流和阻性電流，變壓器套管的介損和油中氫氣含量，變壓器的局部放電、油中色譜，少油開關的泄漏電流及其他設備（如發(fā)電機放電）等。對變電站關鍵電力設備的電氣絕緣綜合在線監(jiān)測研究具有重要的意義，并要加強在線監(jiān)測裝置的防干擾措施。
3 結論
①隨著特高壓、大容量、超大規(guī)模電網(wǎng)的逐步形成，為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行，研發(fā)智能電網(wǎng)和進行示范工程是急迫及至關重要的任務。
②為保證智能電網(wǎng)實現(xiàn)自愈性，要求研制和生產高速及高準確度的電子式互感器。
③研制新型的傳感器、在線檢測裝置是實現(xiàn)智能電網(wǎng)所需的智能代理器的基礎。
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