智能电网开启生活的智能时代

　　电能是人类使用最普遍、最直接的能源形式，电网为人类社会各种生产、生活活动提供动力。随着全球对节能减排需求的日益凸显以及人们对电能的依赖性不断提高，更加可靠、安全、经济、高效和环境友好的智能电网就应时而生。

　　一 智能电网的起源与发展

　　进入21世纪，特别是近几年来随着全球节能减排的需求日益增长，新能源新技术的应用得到大力推广，美国、欧洲、日本、中国等相继启动了名为“智能电网”的电网建设升级计划，在发电、输电、变电、配电、用电等环节应用大量的信息感知、数据交互、反馈控制等新技术，最终实现用电优化配置和节能减排。

　　１电力系统和电力网络概览
　　电力系统式有发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经过输电、变电和配电过程将电能供应到各用户。

　　而电力网络则定义为电力系统中除发电设备和用电设备以外的部分，主要包括输电、变电和配电三个环节。它把分布在广阔地域内的发电厂和用电户连成一体，吧集中生产的电能送到分散用电的千家万户。具体就结构而言，电力网络主要由电力线路、变电所和换流站组成。按功能则可分为输电线路、区域电网、联路线和配电网路。

　　电力系统和电力网络的出现，使电能得到了广泛的应用，推动了社会生产各个领域的变革，开创了电力新时代。电能的应用不仅深刻地影响着社会生产的各个方面，也越来越广泛地渗透到日常生活的各个层面。电力系统的发展程度和技术水准已经成为各国经济发展水平的重要标志。

　　２智能电网简介

　　1）智能电网的驱动因素

　　随着经济的日益发展，对电力的需求日益增强，人们对电力的依赖程度越来越高。但是，自20世纪诞生以来，电网就没有发生太大的变化，以单向通信、辐射式拓扑网络为主。然而随着用电负荷的不断增长，电力网络的日渐复杂，美加大停电、欧洲大停电等电网安全事故频频出现，电网安全问题日渐突出，与用户的交互以及网络的智能化成为电力系统建设亟待解决的问题。特别是近年来，在全球气候不断恶化和国际金融危机的大背景下，世界各国均投入巨资发展各种新能源技术和节能技术，由于绿色能源来源分散且缺乏连续性，新技术的发展为电网建设提出了更高的要求，传统电网已难以支撑现代社会的发展。由此，“智能电网”的概念孕育而生，世界各国纷纷出台规划政策以推动“智能电网”的建设工作。

　　2）智能电网的定义与特征

　　智能电网作为新兴概念，行业对于其定义和标准尚未形成共识。可以认为智能电网是对电网未来发展方向的精辟总结，是以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间的交互为手段，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目的的先进现代化电力系统。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化。

　　智能电网是新技术在电网行业应用的产物，涉及通信、传感器、信息等技术，这些技术是智能电网建设的基础，也是智能电网能够实现新应用的保证。智能电网的数据获取、保护和控制都需要通信系统的支持，因此建立通信系统是迈向智能电网的第一步；通过传感器可以对整个电网系统进行测量并传输数据，获取实时数据，并提供各种信息交互；信息技术的发展是智能电网的直接推动力，通过信息技术能够实现高级应用，并在合适的时机催生出新的应用模式。

　　具体而言，智能电网主要具备以下几大主要特征，这些特征从功能上描述了电网的特性，而不是最终应用的具体技术，它们形成了智能电网完整的景象。

　　智能电网是自愈电网

　　“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”，是智能电网的最重要特征。自愈电网进行连续不断的在线自我评估以预测电网可能出现的问题，发现已存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。自愈电网确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。

　　智能电网激励和促进用户交互

　　在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统地可靠性；从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。

　　智能电网允许设备兼容

　　智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于“即插即用”，这一特征对电网提出了严峻的挑战。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源，如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户安装自己的发电设备和电力储能设施将更容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂包括环境友好型电源，如风电和大型太阳能电厂和先进的核电厂将继续发挥重要的作用。加强输电系统的建设使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入，一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应战争和恐怖袭击具有重要的意义。

　　智能电网抵御攻击能力强

　　智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是从那些决心坚定和装备精良的攻击者发起的攻击。智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低其后果和快速恢复供电服务。智能电网也能同时承受对电力系统的几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。

　　智能电网可提供高质量电能

　　电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。由于用电设备的数字化，对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展造成重大的损失，因此提供能满足21世纪用户需求的电能质量是智能电网的又一重要特征。但是电能质量问题不是电力公司一家的问题，因此需要制定新的电能质量标准，对电能质量进行分级，因为并非所有的商业企业用户和居民用户都需要相同的电能质量。电能质量的分级可以从“标准”到“优质，取决于消费者的需求，它将在一个合理的价格水平上平衡负载的敏感度与供电的电能质量。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，敏感度与供电的电能质量。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不公电能质量水平的需求。

　　智能电网优化资产运行

　　智能电网优化调整其电网资产的管理和运行以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到其极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。

　　智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，再最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行再最佳状态。系统的控制装置可以被调整道降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料，并将其集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具，创造出最佳的设计来，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。这样，运行和维护费用以及电网建设投资将得到更为有效的管理。

　　3）智能电网中的二次设备

　　传统电力系统的一次设备主要包括变压器、开关、互感器等，二次设备则是指对一次设备进行监察、测量、控制和保护的辅助设备。而在智能电网中，一次设备和二次设备的界限不再分明，一次设备将升级为智能电力设备，二次设备则转变为智能控制单元。

　　具体而言智能电网中的二次设备主要包括智能电表、储能电池、电动汽车充电柜、变压器在线监测装置、智能调度系统、柔性输电系统、配电自动化管理系统以及数字化变电站系统。

　　３智能电网的发展和前景

　　1）国际智能电网的最新应用进展

　　美国的智能电网主要在配网层，特别强调的是用电智能化，智能电表系统地构建是重中之重。美国的智能电网计划叫做“Unified National Smart Grid”，译为“统一智能电网”。通过该计划将分散在美国国内各区域的电网结合形成全国性的网络体系，实现风能、太阳能灯可再生能源电力的远距离、大规模传输，实现美国跨州及全国范围内可再生能源电力的远距离、大规模传输，实现美国全国范围的电力需求管理。“统一智能电网”具有众多开放节点的拓扑结构，每个节点都是一个小型智能电网。该计划也考虑了加拿大、墨西哥等地电力整合的需求。

　　2008年，美国科罗拉多州博尔德市已经建设形成了全美第一个智能电网城市。与此同时，美国十多个州也正在推行智能电网法制计划。经济危机后，美国进一步加快了智能电网得建设速度，在2009年1月美国总统奥巴马发布的《经济复兴计划进度报告》中宣布，美国讲铺设或更新3000英里输电线路，并在未来三年内为美国家庭安装4000万个智能电表。2009年4月，奥巴马政府宣布了一项约40亿美元的用于开发新电力传输技术的计划。此后，政府有进一步宣布想美国企业提供24亿美元，用于制造混合动力车和车用电池。

　　欧洲则主要强调分布式能源的接入，包括新能源和储能系统地使用，电力电子技术的发展是关键。欧洲智能电网计划名为“Super Smart Grid”，译为“超级智能电网”。该计划利用瑞士等欧洲大陆国家的抽水储能电站储存太阳能和风能发电的电力，在更大范围内平衡风电和太阳能发电，从而提升系统稳定性并减少储能需求。“超级智能电网”将新建密集的高压直流线路与目前已有的各国交流电网进行融合，讲松散联系的欧洲电力市场构建成欧洲统一的电力市场，实现北非与欧洲电网的互联，提高电力系统地可靠性、减低电价。

　　目前，英国、法国、意大利等国家都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利的局部电网在2001年已经率先实现了智能化。20096年初，欧盟圆桌会议进一步明确要依靠智能电网技术将北海和大西洋海上的风电、欧洲南部和非洲的太阳能融入欧洲电网，以实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。

　　其他国家也纷纷启动智能电网相关研究和建设规划。日本政府计划在与电力公司协商后，于2010年开始进行大规模的构建智能电网试验；韩国计划再2011年前建立一个“智能电网”综合试点项目，届时能提高环保能源的能力；澳大利亚政府再最新的预算案中Ⅰ划拨1亿澳元用于智能电网建设。

　　2） 我国智能电网的发展

　　智能电网是最先进的通讯、IT、新能源、新材料、新设备等产业的集成，它将浓缩世界技术革命的精华于一身而直接为社会服务，开辟电力行业管理的新时代，推动电力基础设施的革命性升级。再电源侧，智能电网可以支持多样化的电源，方便各类电网并入，实现可靠消纳；在电网侧，电网运行将实现可视化、数字化、智能化，电网企业的综合业务水平能够得到大幅提升，并实现有效集成，形成智能网络；再用电侧，用户能够与电网进行双向通信，根据电网运行信息和用户需求实时调整，提供高效优质的服务。

　　由于国情和电网发展阶段不同，我国发展智能电网的思路和重点与欧美等发达国家有所不同。欧美国家发展智能电网重在配电、用电环节以及电网的技术改造上。我们提出的坚强智能电网，突出强调了坚强网架与智能化的有机统一。其中，坚强网架是基础，特高压电网是坚强网架的核心，智能化是提高电网安全性、可控性、适应性和互动性的关键。这一理念正日益得到权威机构和电力领域专家的认可。我国正逐步成为世界智能电网理论和实践的引领者。

　　中国的智能电网计划覆盖面则更为全面，是调度、发电、输电、变电、配电、用电六大环节的整体升级。目前中国数字化电网建设可算作是智能电网的雏形，涵盖了发电、跳读、输变电、配电和用户等多个环节，主要组成部分包括信息化平台、调度自动化系统、温度控制系统、柔性交流输电、变电站自动化系统、微机继电保护、配网自动化系统以及用电管理采集系统等。

　　国家电网公司在2009年进一步提出了建设坚强智能电网的规划，明确了在2020年全面建成智能电网的目标。依据规划具体可分为三个发展阶段。

　　第一阶段：2009-2010年为规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发、设备研制及各环节的试点工作，主要对特高压与智能变电站进行试点。

　　第二阶段：2011-2015年味全面建设阶段，讲加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

　　第三阶段：2016-2020年味引领提升阶段，全面建设统一的坚强智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平，清洁能源装机比例极大提高，分布式电源实现即插即用。