智能电网文献综述

智能电网综述

摘要：智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。目前，以美国、英国、法国、德国为代表的欧美国家，己经纷纷加入到研究和发展智能电网的行列中来，将智能电网(Smart Grid )作为末来电网发展的远景目标之一，建立一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。具有对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务的智能电网是未来电网的发展方向。本文阐述了智能电网的内涵和特点，分析了国内外智能电网的研究进展和我国发展智能电网的条件，对一些现有的研究行进了分析和讨论。

关键词：智能电网；智能化；信息化；节能减排；

1 智能电网的概念

随着一些国家对电网的环境影响、可靠性和服务质量的关注，电网朝着更经济、稳定、安全和灵活的方向发展，因此提出了“智能电网”的概念。智能电网是以通信网络为基础，通过传感和测量技术、电力电子技术、控制方法以及决策支持系统技术，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和高服务质量的目标，其主要特征包括自愈、引导用户、抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、电力市场以及资产的优化高效运行。

目前，全世界智能电网的发展还处在起步阶段，没有一个共同的精确定义。对于智能电网，各个国家的定义有所不同。美国能源部在《Grid 2030》中将智能电网定义为: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。中国物联网校企联盟将智能电网更具体的定义为:智能电网由:智能配电网、智能电能表、智能发电系统、新型储能等系统组成。欧洲技术论坛把智能电网定义为:一个可整合所有连接到电网用户所有行为的电力传输网络，以有效提供持续、经济和安全的电力。而国家电网中国电力科学研究院将智能电网定义为:以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充

分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。虽然各个国家或组织对智能电网的定义有所不同，但总的来说，他们一致认为智能电网应以信息技术为手段，提高系统的可靠性、安全性、经济性。

同时智能电网是信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)的重要应用。CPS可以理解为基于嵌入式设备的高效能网络化智能信息系统，它通过一系列计算资源和物理对象在网络环境下的高度集成与交互来提高系统的信息处理、实时通信、远程精准控制以及组件自主协调方面的能力，是时空多维异构的混杂自治系统。智能电网在功能上考虑性能优化，高度融合计算、通信和控制技术以使在许多应用领域的物理系统达到更高的稳定性、性能、可靠性、鲁棒性和高效性。同时相较于现有的电网控制系统，智能电网关注资源的合理整合利用与调度优化，能实现对大规模复杂系统和广域环境的实时感知与动态监控，并提供相应的网络信息服务，且更为灵活、智能、高效。

在信息物理融合系统和智能电网框架下，智能电网技术大致可分为四个领域：智能测量体系、智能配电运行、智能输电运行和设备管理。智能测量体系主要作用是授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行;智能高级配电运行核心是在线实时决策调度，目标是灾变防治，实现大面积级联故障的预防;智能输电运行主要作用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风险;设备管理是在系统中安装大量可以提供系统参数和设备(资产)“健康”状况的传感器，并把所收集到的实时信息与设备管理、模拟与仿真等过程集成，改进电网的安全运行和效率。

2 智能电网研究现状

1、国外智能电网研究现状

上世纪末，世界上很多国家相继开展了智能电网相关研究，美国与欧洲最具有代表性。欧美许多国家的电力工业目前己迈入成熟期，负荷增长较小，输电网架构变化不大.但由于近几年电力投资相对较少，最近一段时间内经常发生大停电事故，迫使政府对电网安全可靠运行重新予以重视，同时为了使资源利用方面得到有效改善，开始研究改进措施使停电时间最小化和市场效益最大化，并从市

场、安全、电能质量和环境等方面着手，重点关注信息技术与电网的结合及基于信息的业务重整，同时考虑智能电网的功能从用户端开始侧重研究，来建立一个高效、安全、环保、灵活和互动的智能电网.在美国国会颁布的《复苏与再投资法案》中，将智能电网项目配套资金的资助比例逐年增加，并确定投资45亿美元用于智能电网标准制定、项目资助、人员培养、需求预测、能源资源评估与电网分析等.近年来，美国的研究部门和电力企业在智能电网领域开展了许多研究与实践，2008年在科罗拉多州的波尔德开始建设全美第一个“智能电网”城市，其主要技术路线是构建配电网实时高速双向通信网络;建设具备远程监控、准实时数据采集通讯以及优化性能的“智能”变电站;安装可编程家居控制装置和自动控制家居用能的管理系统;整合基础设施，支持小型风电和太阳能发电、混合动力汽车、电池系统等分布式能源和储能设施的建设.欧洲智能电网研究更加重视分布式发电和可再生能源接入，欧盟政府在2010年的《欧洲可持续的、有竞争力的和安全的能源策略》绿皮书中重点指出，欧洲新能源时代己经到来，保证电能质量的关键技术和发展方向是智能电网，2011年9月，《欧洲未来电网发展策略》提出了欧洲智能电网的路线图和发展重点，其中优化电网基础设施、电网安全运行、大规模间歇性电源并网、主动的配电网、信息和通讯技术及电力市场是重点建设领域.欧洲的智能电网建设重点是降低电力价格、提高运营效率、加强与用户互动，同时，重视环境保护，关注可再生能源的接入以及对生态的影响。

2、中国智能电网研究现状

面对世界电力发展的新动向，国家电网公司在深入分析中国国情和世界电网发展新趋势的基础上，紧密结合我国用电服务的实际情况和能源供应的新形势，经过大量的考证、研究和论证，近几年发布了中国建设坚强智能电网的理念:立足自主创新，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、自动化、互动化特征的坚强智能电网的发展目标.“按照统一规划、统一标准、统一建设”的原则和“统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进”的工作方针，稳步、有序地推进智能电网各项建设工作。

3 智能电网的研究