关于智能电网的基本认识

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一，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。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目标。

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(Advanced Metering Infrastructure, AMI)。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(Advanced Distribution Operations, ADO)。主要作用是使电网实现自愈功能。

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

（4）高级资产管理(Advanced Asset Management, AAM)。其同AMI、ADO和ATO的集成将大大改进电网的运行和效率。

其中，AMI、ADO与智能配电网的运行密切相关，ATO用于智能输电网的研究和实现，而AAM则涵盖与智能输电网/智能配电网资产管理相关的规划、设计及资产利用。

智能电网的实现要求和相关研究内容可表述如下：

(1) 灵活的网络拓扑。灵活的可重构的配电网络拓扑，是未来智能电网的基础。它使得电网在发生故障时，能把故障影响限制在最小范围内，并可迅速通过其它连接恢复对其它部分的供电。关于配电网络拓扑的新概念有：

1）环形的低压配电——新的重构选择；

2）DC（直流）环形母线——新的用户服务；

3）分布式能源集成——定制的安全岛和灵活的微网；

4）双向潮流——电路间的功率交换等。

(2) 集成能源与通信体系(IECSA)。智能电网需要具有实时监视和能分析电网目前状态的能力，包括识别故障早期征兆的预测能力和对已经发生的扰动响应的能力。该集成能源与通信体系（包括分布式计算环境），需覆盖从发电机到末端电力负荷的全部范围，并要满足：1）其数据通信和分布式计算设施是开放式的和基于标准的；

2）能兼容各种各样的物理媒介的通信和嵌入的计算技术；

3）把数据通信网络和智能设备集成一体。

(3)快速仿真与模拟(FSM）。FSM是含风险评估、自愈控制与优化的高级软件系统（包含广义的EMS/DMS等功能）。它为智能电网提供数学支持和预测能力（不仅是对紧急情况做出反应的能力），以期达到提高电网的稳定性、安全性、可靠性和运行效率的目的。FSM的基本