关于智能电网互动化特征的认识

电 力 系 统 自 动 化— 1 —关于智能电网互动化特征的认识(四川大学，四川 成都 610065)摘要: 智能电网已成为2l 世纪世界电网的发展趋势。

美国、欧洲等针对智能电网开展了先行研究，国家电网公司结合中国电力工业的具体国情提出了“坚强智能电网”概念，主要包含信息化、数字化、自动化与互动化四大基本特征。

本文在整体把握智能电网概念、理解四大特征内涵的基础上，针对智能电网的互动化特征进行分析，了解智能电网互动化起源，学习智能电网互动化技术机制，掌握实现互动化基本需求，并对智能电网互动化进展情况中存在的问题提出建议。

关键词: 智能电网；互动化；起源；机制；需求；建议0 引言智能电网在技术上包含4个基本特征：信息化、数字化、自动化、互动化。

其中，互动化是指电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行。

本文对智能电网互动化进展情况进行了回顾，并结合智能电网的特点指出其发展过程中存在的问题，进而提出相应的建议。

1 智能电网概述1.1 概念与发展目前智能电网仍处于初期阶段， 国际社会上对于智能电网的概念没有统一而明确的定义。

由于国情、利益驱动以及关注点的差异， 世界各国都以自己的理解针对智能电网开展研究与实践[1]，各有侧重。

然而纵观美、欧等国提出的智能电网设想与框架， 可以看到世界范围内的研究机构与学者对于智能电网所具备的特点有类似认识，即自愈、安全、兼容、交互、协调、高效、优质、集成等。

美国较早开展对智能电网的研究。

2003 年，美国电科院将未来电网定义为IntelliGrid 。

欧洲委员会于2005 年正式成立智能电网欧洲技术论坛，并提出了“Smart Grid ”的说法。

欧洲指出未来的欧洲智能电网应具有四个典型特征：柔性、易接入、可靠、经济。

美国能源部在2008 年也出版了报告“The smartgrid: An introduction ”，目前Smart Grid 这个称谓已被全世界普遍采用。

中国的智能电网建设逐步得到重视， 其发展结合了中国电力工业的特点[3]。

华东电网公司于2008年提出建设愿景， 准备从2008 年到2030 年， 分三个阶段逐步建成智能电网；并于2008 年和2009 年先后启动了“华东高级调度中心项目群建设”和“华东多适应性智能电网规划体系”。

1.2 智能电网的特征传统的电网是一个刚性系统，电源的联接、电能的传输无动态柔性。

由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系统中多个自动化系统是割裂的、局部的、孤立的，无法构成一个实时的有机统一整体，整个电网的智能化程度低。

国家电网公司提出的坚强智能电网包含四个基本特征，即信息化、数字化、自动化、互动化。

信息化是指实时和非实时信息的高度集成、共享和利用；数字化是指电网对象、结构及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；自动化是指电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等；互动化则是指电源、电网和用户资源的友 好互动和协调运行。

2 智能电网的的互动化特征2.1 智能电网互动化起源互动化能够促成电价调控与信息引导客户需求与能源配比相吻合。

2.1.1 低碳经济理念对智能电网的影响随着石油、天然气等不可再生能源的紧缺问题日益严重，人们越来越重视低碳生活理念。

其中火电厂等高碳产业在电力系统中占有很大的比重，这必然涉及到智能电网与低碳的联系：调整电网能源发展结构，优化电网新能源投入比重；电价调控调整用户侧需求，刺激低碳消费经济。

— 2 —英国皇家学会（Royal Society)在《2008/2009年度回顾报告：展望2010年及未来》和《通向低碳能源的未来》中指出英国不宜大兴建立火力发电厂，应将发展重点尽快转向碳捕获和碳存储技术，以应对气候变化带来的压力。

2009年哥本哈根会议的举行，正式宣布了低碳经济的到来。

奥巴马推动“美国清洁能源安全法案”和“刺激经济法案”，其中的重点是引导民众参与节能理念。

对中国而言，发展低碳经济顺乎世界潮流、合乎中国国情，是全面贯彻落实科学发展观，实现可持续发展的必由之路。

2.1.2 用户对智能用电的需求智能用电：依托坚强电网和现代管理理念，利用高级量测、高效控制、高速通信、快速储能等技术，实现市场响应迅速、计量公正准确、数据采集实时、收费方式多样、服务高效便捷，构建电网与客户能量流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系。

智能用电包括用电信息采集、智能小区智能大用户服务、电动车充放电、双向互动服务、智能用电监测等多项功能。

2.2 互动化技术与机制智能电网互动技术是提高电网承载新能源能力、保证电网电能质量的一个关键技术和发展方向。

近几年中国区域性、季节性电力短缺（夏荒、冬荒）的情况，本质上正是由于缺乏互动电网系统。

因此国内迫切希望在用户之间、用户和电网之间形成联系，实现双向的信息和能量交互，从而解决电力负荷在时间和空间上的分布差异过大、电力资产利用率低的问题。

关于智能电网互动化已有许多针对实践技术及机制的研究， 其中配电侧的大部分内容都可以归结到需求侧响应的范畴当中。

本文则主要介绍智能电表、柔性负荷及电力市场三个方面，其中尤以电力市场所反映的互动化特征为重。

2.2.1智能电表智能仪表技术是一种有别于电子式多功能电表的先进测量技术，提供更详尽的用电信息并具有双向通信功能。

智能仪表一般指用于计量和控制的智能电表， 是智能电网概念在用户终端的实现。

电网与用户之间的交互是智能电网互动化的重要内涵之一。

将智能表计通过各种通讯方式与可控电气设备联系在一起，一方面可以实现便利的终端管理，结合电价机制引导用户合理用电，最大限度的提高能源利用效率；另一方面，电网可以科学采集用户用电数据并加以分析， 掌握用户的用电行为习惯、进行合理的负荷分配，甚至可以通过数据分析提供管理决策的依据。

智能电表作为连接用户端与配电端的量测、通讯仪器， 必将在智能电网互动化的建设进程中发挥基础性的作用。

2.2.2 柔性负荷柔性负荷是指为了提高供电可靠性而通过负荷控制来改变负荷曲线，包括可中断负荷和需方发电。

可中断负荷是用户与电力公司签订可中断负荷协议， 在系统峰时的固定时间内， 或在电力公司要求的任何时间内， 减少他们的用电需求；需方发电则是指有些用户自备电源，这些分散的自备电源提高了供电可靠性，起到了移峰填谷的作用。

由于电网公司可以通过发出控制信号来中断或减少用户的部分负荷，从而降低高峰时段的负荷压力，而用户自备的电源也可成为电网公司直接或问接控制的对象，因此，电网与用户之间通过调节柔性负荷的互动，可以有效提高供电可靠性、削峰移谷并起到节能环保的作用。

2.2.3 互动化进展--电力市场2002 年2 月国务院颁布《电力体制改革方案》，标志着我国电力市场化改革的开始。

发电侧开放和用户侧开放是电力市场化改革缺一不可的两个方面，在智能电网互动框架下，这两个方面使得电源与电网之间、电网与用户之间的互动成为可能，实现电源、电网、用户三者之间的信息与能量交互。

从电源与电网之间的互动来看，智能电网为各类电源（包括新能源与用户侧小型分布式能源）提供了更友好的兼容性，电网加深各类电源之间的互动，使不同电源之间能协调合作，实现能源效益和社会福利的最大化。

从电网与用户之间的互动来看，在电力市场的未来发展中，用户侧逐步开放，用户可以实时了解电价情况和计划停电信息， 以合理安排电器的使用，参与需求侧响应；电力公司可以深入了解用户的用电情信息，从而更好地辅助自身的调度运营、保障电力供应的安全高效。

智能电网信息与能量的双向互动性，使发电、输配电与用电三者均可结合实时信息作出快速反应， 这种基于动态信息的互动将通过价格反映出来。

智能电网体系下市场作用增强、竞争趋于激烈，因此电价机制作为指导电力市场行为的信号，对于智能电网互动的深入实现必将发挥关键性作用。

首先，电价机制将有效支撑可再生能源的并网发电。

在上网电价的制定上适当向可再生能源发电倾— 3 —斜， 从而鼓励可再生能源发电的建设与并网利用，提高可再生能源的发电量。

长远来看，此举有利于实现不同电源之间的协调，逐步减少和淘汰高污染、高能耗的发电形式，优化能源结构，实现清洁运行。

通过电价机制激励的需求侧管理， 也可以有效增加新能源消费的比例，从一个侧面提高了电网承载新能源接入的能力。

其次，电价机制将为需求侧管理提供重要支持。

通过电价的激励，可以有效调节用户用电行为，参与需求侧响应。

可按维度分为时间上的需求侧管理与空间上的需求侧管理： ①时间上的需求侧管理：在电力过剩（特别是新能源大量发电，如风电大发）时降低电价，引导用户增加电能消费或以电动汽车等方式进行充电储能；在用电高峰期提高电价，引导用户降低电力负荷，或通过储能装置、分布式能源给电网供电。

此举可有效减小负荷峰谷差、提高机组利用率，降低备用需求。

②空间上的需求侧管理：在电力需求紧缺的区域提高电价，引导用户降低用电或向电网供电； 而在电力需求宽松的区域降低电价，引导用户增加消费。

此举可使得电力用户在空间上达到相对均衡的分布， 缓解各区域内线路潮流和变电站负载率差异大、电力设备利用率低的问题。

3 实现互动化基本要求互动化实现三要素：可靠的硬件、人性化的软件、信息理论模型。

1） 硬件需求的变更：实时性、双向性、可用性、稳定性。

2）软件需求三变更：开放的、安全的、方便的。

3） 信息模型需求变更：可扩展、有规律、容量大、兼容性。

4 问题与建议在电力系统互动化发展过程中存在如下问题： 1)在发电商竞价上网的过程中，“三公”(公开、公正、公平)原则的力度不够，其主要原因是市场透明度不够，还不能真正实现发电与电网的互动。

相信随着统一信息平台的建设，市场透明度会得到有效改善。

2)可再生能源发电(尤其是风力发电和光伏发电)的装机容量快速增长。

但是，目前对可再生能源发电并网的相关研究(如对系统影响、并网技术规范等)相对滞后。

3)用户侧硬件装置和软件配置还不具备与电网互动的智能化条件。

针对上述问题，建议有步骤地开展以下工作： 1)建立公开、透明的统一电力市场信息平台，并逐步纳入电网统一信息平台之中。

另外，随着特高压全国联网的实现，有必要加快全国电力市场的建设进程。

2)加快可再生能源并网对系统安全稳定影响的研究，并制定、完善相应的并网标准。

目前，现行的风电场接入电力系统技术规定[5]已过有效期，且内容缺乏对具体技术性能指标的明确规范，对风电机组的低电压穿越能力也未明确规范要求。

国家电网公司2009年4月颁布了风电场接入电网技术规定的修订版[6]在技术上比较全面合理，但仅作为企业标准缺乏有效的约束力，应考虑将其升级为国家标准。

国家电网公司于2009年7月公布的光伏电站接入电网技术规定[7]开始试行。

实际上，这些标准都需要在实践中不断地检验和完善，最终目标是实现分布式电源的“即插即用”。