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智能电网发展综述

1、智能电网的概念

美国能源部 (DOE) 指出，智能电网是一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。美国电科院 ( EPRI) 对智能电网的定义为: 一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作; 具有自愈功能; 快速响应电力市场和企业业务需求; 具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠和经济的电力服务。

不同地区的研究现状和产业化进程来有一些差别。美国在信息推广和新材料元件方面更加侧重，许多技术在配电网重构以及分布式发电等方面已经被应用。欧洲更侧重于分布式发电控制、微电网组网及运行、需求侧管理等，中国的智能电网研究近年来也开始逐渐升温。

智能电网的内涵是区别于传统电网的内涵来定义的。所谓传统电网是指的系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享，整个电网的智能化程度较低。而智能电网则是指可及时获取完整的电网信息，优化社会能源配置，提高能源综合投资及利用效益。智能电网为何“智能”？这是因为智能电网的可观测——量测、传感技术；分布智能——嵌入式处理技术；自适应；可控制——对观测状态进行控制；高级分析——数据到信息的转换；自愈功能。

总之，智能电网建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，其核心是通过先进的传感和测量技术、先进的设备制造技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统，其覆盖范围包括从需求侧设施到分布式发电再到电力市场的整个电力系统和所有相关环节，实现电网的可靠、安全、稳定、经济与高效运行，使电力行业能够适应时代发展，面对未来挑战。

2、智能电网的特点

我国国家电网公司于 2009 年 5 月提出了发展“坚强智能电网”的构想，明确提出从我国国情的实际出发，以“智能、高效、可靠、绿色”为建设原则，以先进的信息、通信和控制技术为支撑，以特高压电网为骨干网架，以满足社

会用户需求及实现经济社会可持续发展为导向，构建包括发输电、变配电及调度在内的电网可持续发展体系，最终实现电力系统的安全稳定运行、电力资源的优化配置和高效利用、各级电网协调发展的重大目标。智能电网具有下面几个方面的特性：

1）自愈能力强

自愈能力即自我维护及保障功能，这是智能电网的重要特征。在信息技术支持下，智能电网对电网运行情况进行实时监控，以及时全面搜集异常信号并进行分析、决策及控制，也就能够在较短时间内最快发现故障并采取措施有效隔离故障点，缩小因设备故障导致供电中断的范围和时间，减少因故障所带来的经济和社会效益损失。

2）可靠性高

在提高电网中各关键设备的制造水平和工艺质量的同时，充分利用通信、计算机等技术的飞速发展，对各种一次设备实施状态监测，及早发现事故隐患。

3）资产管理优化

电力体系是技术与资产相对密集的系统。为了维持电网的运行，需要较为先进、种类繁多、数量巨大的电力技术和设备。智能电网在数字化、信息化技术的支持下，能够对这些复杂繁多的资产设备进行精细化管理，达到延长设备高效运行和使用、提高设备资源利用率的目的。

4）经济高效

智能电网的建设理念就是要提高系统和资产资源的利用效率，更为经济和高效地利用电力资源，切实提高电力投资的社会效益。如果说能够承载更多新能源发电是智能电网的外在效益，那么提高电力系统的投资效益则是其内在效益。过去那种被动满足用电需求的发电和输电模式造成了电力工业投资成本较高、投资收益低下现象，智能电网通过全面互动、智能管理的方式有力地扭转了这一局面，创造了更大的社会及经济效益。

5）与用电客户友好互动

依托通信技术的飞速发展，加强电网与电力用户之间的信息交流，实现二者的充分互动，一方面，能够使用电客户能够实时了解电价、供电等信息，提供更为优质的电力服务，并以此为依据合理安排用电计划；另一方面，电

力企业也可以根据客户的用电计划，合理优化配置发、输、配电资源，为客户提供更多可选的增值服务。通过上述策略，促成多样化、互动化、高效化的电能供应局面，促使电力企业在当前社会经济发展中发挥更大作用。

6）适应不同规模的分布式电源接入

随着分布式电源渗透率的提高，风力发电、光伏发电、储能设备等各种不同规模的小型发电、储能设备将广泛分布于用户侧，智能电网必须具备与之适应的安全、控制及保护设备。

同时为了便于电能计量计费，还需要拥有配套的双向测量和能量管理系统。

3、智能电网的研究进展

3.1国外智能电网发展情况

为保障国家能源安全，促进可再生能源发展，提高资源利用效率和应对国际金融危机，美国和欧洲等国家结合各自发展特点，积极开展智能电网研究和实践工作。

国外发展智能电网主要是利用先进的信息化和数字化技术提升电力工业技术装备水平，提高资源利用效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善社会用户的增值服务。

在发展重点上，美国在智能电网建设中更加关注对陈旧老化的电力网络基础架构的升级，以提高电网运行水平和供电可靠性，同时最大限度地利用信息技术，实现智能对人工的替代，以及电网与用户的双向互动技术; 欧洲国家主要是促进并满足风能、太阳能和生物质能等可再生能源的快速发展，把可再生能源、分布式电源的接入以及碳的零排放等环保问题作为重点，侧重在配电侧和用电侧; 日本构建智能电网以新能源为主，主要围绕大规模开发太阳能等新能源，确保电网稳定，构建智能电网，日本的政府与电力公司已经于2009 年开始在孤岛进行大规模的智能电网构建试验。

3.2国内智能电网发展情况

近年来，国家电网公司加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网。特高压交流输电技术取得重要突破，2008年特高压交流试验示范工程顺利投产，直流输电设备国产化率不断提高，坚强电网建设取得显著成效，

电网装备技术水平已处于国际先进行列。

国家电网公司高度重视智能电网技术研究和工程实践#在调度自动化、大电网安全稳定控制、广域相量测量、在线安全分析、线路状态检修、设备在线监测、继电保护、灵活交流输电、数字化变电站"配电网自动化、馈线自动化、电表智能化、SG186工程、可再生能源的接入与送出、大容量储能和电动汽车等领域开展了大量工作，通过引进、消化、吸收和再创新，以试验示范工程为实践载体，提高国产化水平，取得了一批拥有自主知识产权的重要成果，大量科研成果应用到实际工程中。

4、智能电网的关键技术和难点

目前，高级量测体系 (Advanced Metering Infrastructure,AMI)、高级输电运行（Advanced Transmission Operation,ATO)、高级配电运行(Advanced Distribution Operation,ADO) 和高级资产管理 (Advanced Asset Management,AAM)、是智能电网的四个主要技术组成部分。其中: AMI 的主要功能是授权用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行;ATO强调阻塞管理，并降低大规模停运的风险;ADO可以使电网实现自愈功能; AAM与AMI、ATO 和 ADO 的集成将大大改进电网的运行和资产使用效率。

安全可靠供电是电网运行的第一要义，对于智能电网更应如此，既要求物理结构可靠性，又要求支撑技术的先进性。智能电网需要7个主要的技术支撑来实现其功能:1、坚强而灵活的网络拓扑。2、开放标准集成的通信系统，以便实现对系统中每一个成员的实时控制和信息交换，使得系统的每一部分都可双向通信3、高级传感与计量技术，以便实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快速和准确的系统响应。4、高级电力电子设备、超导和储能技术。5、先进的系统监控方法，以便实现快速诊断和事故的准确排除。6、智能调度技术和广域防护系统。7、分布式电源的接入与并网入各种可再生能源电源和分布式能源电源也是面临的一大挑战。

坚强而灵活的电网结构是智能电网的基础，而电网所及之处均有为其服务的双向通信网。因此，应采用新型先进的发输变配电设备，构建坚强可靠的网架; 研究灵活交直流输电技术，提高电网输送能力和控制灵活性; 开展大电网安全稳