什么是智能电网

关于智能电网的基本认识

1．智能电网研究的原动力及目标

电气化技术被认为是人类在20世纪取得的最伟大的科技成就之-，它推进了人类社会的文明发展史。随着以数字化和网络化为特征的信息时代的来临，电力工业的发展正面临着新的挑战。智能电网是现代电网的发展方向和目标。它将成为可充分利用广泛分布的可再生能源的基础设施，可实现节能减排、减缓(或维持)气候变暖的有希望的一种途径。智能电网将能满足信息时代高电能质量、高供电安全和可靠性的迫切要求；与用户互动，提高电力部门与用户双方的电能和资产利用率。因此，智能电网以超越传统模拟式电网的发展概念，愈来愈成为政府、政治家、企业家、金融家以及电力行业关注的热点和焦点。

(1)能耗和CO2排放导致全球变暖，已是一个不争的事实，而且在一段时期内还将变得更加严峻。中国已进入以重化工为主要特征的工业化时代，经济发展迅速。但是高能耗、高污染排放所带来的负面影响也越来越严重。中国已成为世界CO2排放第二大国，不久即将成为第一排放大国。CO2的排放是使地球气候变暖的主要原因之-，因而正在引起各国政府的严重关注。我国传统的以75％煤电为主要特征的电力工业发展模式已不被全社会所认可，因此如何在我国满足持续快速增长的能源需求和清洁高效利用能源，对能源科技发展提出了重大挑战。基于环境保护、节能减排和可持续发展的要求，越来越多的分布式电源将渗透进配电网基础设施。传统的只适合于单向潮流的配电网，由于有数以万计的分布式电源并网运行而面临双向潮流、难于预测和控制等问题。

(2)进入21世纪以来，以美加"8.14大停电"为代表的大规模停电事故频频发生，中、小电网事故引起用户停电更是屡见不鲜，造成的社会影响和巨大的经济损失已难以计算。由于目前电网用于紧急控制的保护和自动装置不具备对事态发展的实时监视、评估和控制能力，并且还可能发生因保护动作过慢或误动而导致电网震荡或不必要的解列等问题，发生电网的停电事故已难以避免。因此必须提高正常状态下的可观察性、动态安全评估和预防性控制能力，以实现电网的安全稳定运行，降低大规模停电的风险。

(3)作为城市电力基础设施的配电网建设耗资巨大，其资产需占整个电网总资产的40％"50％，甚至更大。然而城市电力设施的利用率却很低。据美国统计，其配电基础设施的平均载荷系数约为55％。这意味着电网的资源近一半未被利用。与之相比，我国城市电力设施和用户电力设施的利用率就更低。因此，需要开发高级的配电市场，通过电力公司与终端用户的互动，使负荷需求特性更具弹性，削峰填谷，优化资产管理，提高利用率。

(4)近20年来，通信和信息技术得到了长足发展，数字化技术及其应用在各行各业日益普及，对配电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求。然而，目前的电网是按照模拟技术时代的要求设计的，适应不了数字化社会的需要；同时，数字化技术在电网中的应用也相对较落后，特别是配电网。

综上所述，能源压力和生态文明意识提升所带来的压力，以及未来数字化社会对电能质量和高安全可靠性的供电要求，已成为智能电网发展的原动力。就经济而言，驱使人们研究发展智能电网的原动力，不是电的成本，而是由于缺乏合格电力所造成损失的成本。

由上可见，智能电网研究的目标应该是：

(1)实现大电网(以抵御事故扰动为目的)的安全稳定运行，降低大规模停电的风险，提高电网自愈能力，为高新技术、敏感用户提供高级电能质量和供电可靠性；

(2)扩展兼容功能，使分布式电源得到有效的利用。该电源包括分布式可再生能源发电装置、分布式储能装置，以及电力用户(包括电动车)用电需求的响应等；

(3)提高经营管理能力和电网资产的利用率；

(4)提高用户电能利用效率，降低峰荷需求、总能量消耗和网损。

当前，北美已经形成了众多有实力的研究智能电网的群体，它们在联邦能量管制委员会(FERC)、北美可靠性委员会(NERC)和美国能源部(DOE)等组织的指导下协同开展研究工作。因而近年来智能电网技术已得到极大的关注，并取得了长足的进展。美国奥巴马政府已把建设智能电网作为美国的国家发展战略，意在掀起以智能电网促进可再生能源发展及利用和节能减排的热潮，进一步引领新兴产业经济的发展和电网技术的进步。我国也已经制定了相应的远景目标，明确了2020年及2050年节能减排和利用可再生能源的总量自标。我国电网已得到长足发展，数字化、自动化的实践成功，为发展智能电网奠定了一定的基础，国家电网公司已提出了建设坚强智能电网的目标。

2．智能电网的技术内涵

智能电网是一个技术装备现代化且具有智能化功能的电力网络。它应用双向通信、高级传感器、自动化和分布式计算机来提高电力网运行的灵活性、安全性、可靠性和效率，并保障人身和设备的安全；可以向用户提供便利的控制手段，以满足其用电选择性的要求(如省钱、舒适、方便)，使用户能够根据电价的变化主动调整电能消费方式，以提高电能利用效率和电网负荷率；可以兼容多样性和分散性的电源，能向用户提供多种服务，包括为电动车辆提供方便的充电和付费服务。

未来的智能电网具有的鲜明的功能特征应该是：

(1)激励／包容电力用户。提供充分的实时电价信息和多种用电方案，促使用户主动选择与调整电能消费方式；

(2)集成分布式发电／储能。汇集大量"即插即用"的分布式电源，补充和平衡集中式的统一发电；

(3)促进电力市场化。发展成熟、健壮、易于集成的电力趸售市场；

(4)满足电能质量需要，提供多种的质量-价格方案；

(5)实现电网优化。电网的智能化同资产管理软件深度集成，使资源和设备得到最有效的利用；

(6)自愈能力。自动监测评估、确保电网的完整性、安全性和功能性，遏制停电事故的扩大；

(7)抵御外界攻击。具有快速恢复能力，能够识别外界恶意攻击并加以抵御，保障供电安全。未来的智能电网在技术层面与目前电网明显的不同之处有：

(1)通信：采用双向通信；

(2)与用户交互：提供很多用户侧的交互控制手段；

(3）仪表型式：采用具有记存功能的数字式仪表；

(4)运行与管理：采用远方监视、分析；

(5)电力的提供与支持：集中发电和分布式发电并存；

(6)潮流控制：拥有灵活的潮流控制能力；

(7)可靠性：可以施行自适应保护和孤岛化控制；

(8)供电恢复：通过自愈方式恢复供电；

(9)网络拓扑：具有网状可灵活重构的供电网络。

总之，智能电网将使电网产业链中的各个环节(包括发电、传输和消费)之间靠得更近，从而改善了电网整体的运行效率，最终使终端用户和社会环境都受益。

3.智能电网的研究内容

目前，智能电网的相关研究主要体现在以下4个方面：

(1)高级计量体系(AMI,Advanced Metering Infrastructure)。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。

(2)高级配电运行(ADO,Advanced Distribution Operations）。主要作用是使电网实现自愈功能。

(3)高级输电运行(ATO,Advanced Transmission Operations)。强调阻塞管理和降低大规模停运