智能电网技术(一)

第一章智能电网概述电网是电力网的简称，通常是指联系发电与用电，由输电、变电、配电设备及相应的二次系统等组成的统一整体。

现代电网是目前世界上结构最复杂、规模最大的人造系统和能量输送网络．进入21世纪以来，随着世界经济的发展，能源需求量持续增长，环境保护问题日益严峻，调整和优化能源结构，应对全球气候变化，实现可持续发展成为人类社会普遍关注的焦点，更成为电力工业实现转型发展的核心驱动力。

在此背景下，智能电网成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。

第一节电网的发展及面临的挑战发展，是人类文明进步的永恒主题和不竭动力-电网的建设历程，始终是求进步、谋发展的探索过程，始终是依靠科技进步和技术创新迎接挑战、实现超越的实践过程．100多年来，电力工业从无到有，经历了不同时代的变迁、不同技术发展路线的选择和不同经营管理模式的实践，取得了令人瞩目的巨大成就，成为国民经济的基础产业和重要的公用事业，在经济社会发展中具有举足轻重的地位。

一、电网的发展历程作为清洁、高效的二次能源，电力的应用遍及人类生产和生活的各个领域，电气化成为社会现代化水平和文明进步的重要标志。

（一）电网发展概述纵观电力工业100多年的发展历程，不难发现电网发展的客观规律。

一是与电源的开发密切相关，电源的建设极大地促进和推动了电网的发展，这是由电网的基本功能定位所决定的，即电网首先是电力传输的物理载体，电力需求决定了电网的发展方式。

二是规模经济特征突出，孤立电网逐步发展成为规模较大的互联电网，其核心的驱动力是效率的提高和服务的提升。

的发展中国电网的发展《二）中国电网1954年，我国自行设计、施工的220kV高压输电线路建成：1972年，我国第一条330kV超高压输电线路建成；1981年，我国第一条500kV超高压输电线路投运，成为世界上第八个拥有500kV超高压输电线路的国家；2009年，lOOOkV特高压交流输电线路投运，使中国成为当今世界交流输电电压等级最高的国家．中国直流输电研究和工程建设起步虽晚，但发展迅速．1987年，全部采用中国自主技术的舟山直流输电工程投入运行，开始了直流输电在我国的应用和发展．2009年底，额定容量5000MW 的士800kV云南一广东特高压直流输电工程成功实现单极投产，额定容量64MW的±800kV四川向家坝一上海特高压直流输电示范工程带电调试成功，中国成为当今世界直流输电电压等级最高的国家．中国电网的发展，同样遵循了电网发展的客观规律．大型水电站和煤电基地的建设，有力地推动了超／特高压交直流输电和大规模联网，电网规模经历了从地区级电网发展到省级电网，再通过省间联网形成跨省区域性电网．并逐渐形成了全国联网．随着未来中国电网的发展，特别是华北一华东一华中同步电网的形成，中国电网将成为世界上电压等级最高、技术水平最高和规模最大的交直流混合电网。

二、电网面临的挑战近年来，世界政治经济形势和能源发展格局发生了深刻变化，以电力为中心的新一轮能源革命的序幕已经拉开．人们开始重新审视电网的功能定位，除电力输送等传统功能之外，电网更是资源优化配置的载体，是现代综合运输体系和网络经济的重要组成部分．电网的发展也因此面临前所未有的机遇与挑战．（一）环境和能源目前，能源供应主要依赖化石能源，一方面，化石能源是不可再生能源．终将由于不断的消耗而逐渐枯竭；另一方面，化石能源的大量开发利用，造成了环境污染和大量温室气体排放。

提高能源利用效率，发展清洁能源，优化调整能源消费结构，降低对化石能源的依赖程度．已成为世界各国解决能源安全和环保问题，应对全球气候变化的共同选择。

而将清洁能源转化为电能，是开发利用清洁能源的最主要途径。

适应清洁能源开发，输送和消纳的发展需求，提高电网的安全可靠性，灵活适应性和资源优化配置能力，己成为当今电网面临的紧迫任务。

（二）安全可靠与经济高效随着能源结构的优化调整和清洁能源的快速发展，电能在终端能源消费中所占比例日益提高，经济社会发展对电能的依赖程度日益增强。

电网规模日益扩大，一方面有利于提高资源优化配置能力，有利于大规模可再生能源的接入和传输；另一方面，电网运行与控制的复杂程度越来越高，发生大面积停电的风险也日益加大，对实现电能的安全传输和可靠供应提出重大挑战，电网的坚强可靠成为普遍关注的焦点。

促进电力清洁生产，降低电力输送损耗，全面优化电力生产、输送和消费全过程，成为电网发展的必然选择。

经济高效的电网必将极大地推动低碳电力、低碳能源乃至低碳经济的发展。

（三）电网开放与优质服务分布式发电及电动汽车的快速发展和广泛使用，对于利用可再生能源，减少化石能源消耗，以及实现能源梯级利用和提高能效具有十分重要的意义。

同时-电力用户的身份定位也悄然转变，从单纯的电力消费者转变为既是电力消费者，又是电力生产者。

市场化改革的深入和用户身份的重新定位，使电力流和信息流由传统的单向流动模式向双向互动模式转变。

信息的透明共享，电网的无歧视开放既体现了对价值服务的认同，同时也成为电网无法回避的挑战。

电网的透明开放为电网自身的运营发展提供了巨大的机遇，用户的积极、广泛参与对于电网优化资产效能，提高安全水平，降低运营成本具有重要意义，使电网构建新型商业模式，提供电力增值服务以及拓展战略发展空间成为可能；但同时也对电网友好兼容各类电源和用户接入，提供高效优质服务提出了更高的要求．（四）技术创新与高效管理当前，新一轮世界能源革命的序幕已经拉开，其目标就是实现以智能电网为核心的低碳能源．推动技术创新，实现高效管理，已经成为电网迎接发展与挑战的必然选择．在科技发展日新月异的今天，将先进技术与传统电力技术有机高效融合，实现技术转型，全面提高资源优化配置能力，保障安全、优质和可靠的电力供应，提供灵活、高效和便捷的优质服务，是新形势下电网面临的新课题．同时，电网的形态和功能定位正在发生深刻变化，电网发展任务更加繁重，亟须推进体制机制创新，转变发展模式，优化业务布局，提高运营效率，实现管 理转型，以适应生产力发展对生产关系变革提出的客观要求．第二节 智能电网的理念和驱动力进入21世纪以来，国内外电力及相关行业开展了一系列研究与实践，对未来 电网的发展模式进行了积极思考与探索。

一、智能智能电网的电网的电网的理念理念智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控 制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。

智能电网的智能化主要体现在：①可观测—采用先进的传感量测技术， 实现对电网的准确感知：②可控制——可对观测对象进行有效控制：③实时分 析和决策——实现从数据、信息到智能化决策的提升；④自适应和自愈——实 现自动优化调整和故障自我恢复．智能电网的特征主要包括 坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。

(1)坚强。

在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不 发生大面积停电事故；在自然灾害，极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网 的安全运行：具有确保电力信息安全的能力。

(2)自愈。

具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预 防控制能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。

(3)兼容。

支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的 接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求井提供对 用户的增值服务。

(4)经济。

支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置， 降低电网损耗，提高能源利用效率。

(5)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、规范化和精益化管理。

(6)优化。

优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。

二，发展智能电网的驱动力解决能源安全与环保问题解决能源安全与环保问题，，应对气候变化应对气候变化，，是发展智能电网的核心驱动力。

创造新的经济增长点与增加就业岗位，是国外主要发达国家发展智能电网的经济 动因。

由于国情以及电力工业发展水平的不同，各国和地区发展智能电网的驱动 力略有不同。

中国发展智能电网的驱动力主要包括：①充分满足经济社会快速发展和电 力负荷高速持续增长的需求；②确保电力供应的安全性和可靠性，避免发生大 面积停电事故；③提高电力供应的经济性，降低成本和节约能源；④大力发展 可再生能源，调整优化电源结构，提高电网接入可再生能源的能力和能源供应的 安生性，满足环境保护的要求；⑤提高电能质量，为用户提供优质电力和增值 服务；⑥适应电力市场化的要求，优化资源配置，提高电力企业的运行、管理 水平和效益，增强电力企业的竞争力。

第三节 智能电网研究现状建设智能电网是一项高度复杂的系统工程。

世界各国根据本国电力工业的特 点，通过在不同领域的研究与实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映 出对未来电网发展模式的不同思考。

一、国外智能电网国外智能电网研究现状研究现状20世纪末，世界上很多国家和地区相继开展了智能电网相关研究，而其中最 具代表性的是美国与欧洲。

(一)美国智能电网研究现状（二）欧洲智能电网研究现状二、中国智能电网研究现状随着经济社会的高速发展和综合国力的不断增强，我国电力行业紧密跟踪欧 美发达国家电网向智能化发展的趋势，着力技术创新，研究与实践并重，在智能 电网发展模式、理念和基础理论、技术体系以及智能设备等方面开展了大量卓有 成效的研究和探索。

（一）电网智能化领域的重要研究与实践经过多年的建设，我国电力系统建成了以光纤通信为主的、微波和载波等多 种通信方式并存的、世界上规模最大的电力通信主干网络{在发电、输电、配电 和用电等各个环节．广泛应用先进的信息通信技术、传感与量测技术、电力电子 技术，电力生产运行主要指标接近或达到国外先进水平；在特高压输电、大电网 安全稳定控制、广域相量测量、电同频率质量控制、稳态/暂态/动态三位一体安 全防御和自动电压控制等技术领域进入了国际额先行列。

2005年以来，国家电网公司在大规模可再生能源集中并网、电化学储能、建 立风电接入电网仿真分析平台、数字化电网建设、智能电网控术架构等前沿领域 开展研究和攻关，取得了丰硕的成果；2007年，华东电网启动了高级调度中心、 统一信息平台建设；2008年，华北、上海电网启动了数字电能表试点：2009年， 国家电网公司在建成国家电网信息化工程（SG186）的基础上，又启动了建设国 家电网资源计划(SG- ERl-)信息系统工程。

(二)国家电网公司提出坚强智能电网国家电网公司提出坚强智能电网理理念面对世界电力发展的新动向．国家电网公司在深入分析世界电网发展新趋势 和中国国情的基础上，紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求，经 过充分的考察、分析和论证，于2009年5月在北京召开的“2.009特高压输电国 际会议“上正式发布了中国建设坚强智能电网中国建设坚强智能电网的理念的理念：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。