智能电网特点浅析

智能电网特点浅析

摘要：智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”。它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的使用目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

关键词：智能电网技术电能

一．概论

针对电力系统在新世纪面临的分布式电源并网、电网利用系数低以及数字化技术的广泛应用等诸多挑战，北美和欧洲提出智能电网的概念，并展开了相关的研究工作。

智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”。它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的使用目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

与传统电网相比，智能电网将进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构，通过集中于分散相结合的模式，灵活变换网络结构、智能重组系统构架、优化配置系统效能、提升电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网运营理念和体系。

智能电网将实现对电网全景信息（指完整、准确、具有精确时间断面、标准化的电力流信息和业务流信息等）的获取，以坚强、可靠的物理电网和信息交互平台为基础，整合各种实时生产和运营信息，通过加强对电网业务流的动态分析、诊断和优化，为电网运行和管理人员展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。

智能电网的核心是实现对电网运行的快速响应，提高与分布式能源的兼容能力，从而提高整个系统的经济型、可靠性和安全性。

二．智能电网的主要特征

1 自愈

自愈是智能电网的一个突出特征，也是电网安全可靠运行的重要保证。它是指对于无论来自外部还是来自内部的对电网的损害，无需或仅需少量人为干预，实现电力网络中存在问

题元器件的隔离或使其恢复正常运行，尽可能小地对系统正常运行产生影响。通过进行连续的评估自测。智能电网可以检测、分析、响应甚至恢复电力元件或局部网络的异常运行。

2 兼容

支持风电和太阳能发电等可再生能源的正确、合理的接人，适应分布式发电和微电网的并网运行，做到“即插即用”，可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置，满足用户多样化的电力需求。

3 交互

电网在运行中与用户设备和行为进行交互，将其视为电力系统的完整组成部分之一，可以促使电力用户发挥积极作用，实现电力运行和环境保护等多方面的收益，使需求侧管理的功能更加完善，实现与用户的交互和高效互动。

4 协调

与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接，有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。

5 高效

引人最先进的信息和监控技术。优化设备和资源的使用效益，可以提高单个资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的优化，降低其运行维护成本和投资。

6 优质

在数字化、高科技占主导的经济模式下，电力用户的电能质量能够得到有效保障，实现电能质量的差别定价。集成实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理。

三．建设智能电网设计的关键技术

1 分布式能源的智能管理系统

分布式能源(DR)是指安装在用户端的能源综合利用系统，主要包括分布式电源(DG)和分布式储能系统，同时还包含负荷侧能量管理系统和热电联产系统(CHP)。其中，分布式电源的形式包括风力发电、光伏发电、微型燃汽轮机和小水电等，分布式储能系统则包括燃料电池、蓄电池等。近年来，分布式能源技术发展迅速，在丹麦、芬兰、挪威等北欧国家，现有的分布式发电装机容量已超过其总装机容量的30%[20]。可以预见，在不久的将来，分布式能源将走进千家万户。

然而，当融入大量的分布式能源后，电网的结构、能量形式、功率流动、信息交换和控制方式的复杂程度大大增加。因此，针对分布式能源带来的问题，可以从以下几个方面展开

研究。

（1）分布式能源的运行管理优化。一方面，风电、光伏发电等分布式电源因为具有能源间歇性的特点，必须通过实时、精确的发电和负荷预报，优化分布式电源的调度和管理，以保证电网安全稳定运行，提高供电的可靠性；另一方面，通过分布式储能装置维持电网发电和负荷的动态平衡，分布式储能装置除了大容量的蓄电池外，大量的混合动力汽车电池也将是分布式储能的一种重要形式，同时也是一种新型负荷，它既可以作为储能装置在电网负荷高峰时对发电量进行补偿，又能在负荷低谷时吸收和储存电能，因此，对大量汽车电池进行监控和调度管理也将是分布式能源管理的一个重要内容。

（2）分布式能源的接入标准和规划方案。基于现有的分布式电源接入标准IEEE1547系列，考虑不同类型、容量和数量的分布式电源接入电网后的影响，对相关标准进行完善和补充。同时，由于大量的分布式能源接入中低压配电网，电网结构不再是由发电、输电到配电的垂直辐射式，而是类似于因特网的信息传递模式，出现了能量双向流动的新布局，因此必须合理规划和设计分布式电源的类型、安装地点和容量等，有效发挥分布式能源和提高供电可靠性。

（3）新的保护方法和技术。大量分布式能源的接入，潮流的双向流通，导致继电保护的工作原理和动作逻辑变得更加复杂，传统的故障检测方法和保护原理将不再满足要求。因此，必须改造现有的保护系统，当电网发生扰动或故障时，迅速适应变化，实现灵活的网络拓扑重构，将故障影响范围局限在最小范围，并可迅速通过其他连接恢复对其他部分的供电[3]。

（4）对于输电成本高、对电能质量要求高的集中电力用户区，将分布式能源以微网（Micro Grid）的形式接入大电网，是对分布式电源利用效能最高的一种方式。微网是指由分布式电源、储能装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行[21]。实现微网技术所需要解决的关键问题包括：高渗透率下微网与大电网的相互作用机理；微网内部各种分布式电源的协调控制；微网与大电网之间的保护和控制系统等。

2 高级的智能仪表体系和需求侧管理

智能电网中，无论是发电侧还是用户侧，都将安装有高级的数字化仪表AMI（Advanced Metering Infrastructure），可以进行双向通信和远程监控，并且支持实时的电价计量。形成高级的智能仪表体系需要实现的关键技术有：

（1）为电网的调度、运行和规划部门提供大量的电网数据信息，帮助运行人员准确把