智能电网在中国的发展

现代电力企业管理Paper智能电网在中国（世界）的发展班级：电气0705姓名：王浩鹏学号：U200712325指导老师：娄素华日期：2010年10月8日智能电网在中国（世界）的发展题注：虽然题目要求是智能电网在中国的发展，但个人认为过于狭隘，中国的智能电网仅处于起步阶段，必须把其放在世界的范围内来看待和研究。

文章提要：智能电网（Smart Grid）是当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。

本报告介绍了智能电网的发展背景、定义和特征，涉及的关键技术、应用和发展以及国内外研究现状。

1. 智能电网概述1.1 智能电网的发展背景在过去30 年间，虽然信息、通信技术发生了翻天覆地的变化，但日渐老化的美国电网并没有跟上技术变革的步伐，用户也对电力供应提出了越来越高的要求，国家安全、环保等各方面政策都对美国电网的建设和管理提出了更高的标准。

为了争取更多用户，在市场竞争中取胜，美国各电力企业纷纷提高服务水平，加强与用户的交互，提供更多产品供用户选择，以使不同类型的用户需求都能得到最好的满足。

与此同时，在近年基础材料、电力技术、信息技术的研究中，出现了不少可以明显改善电网可靠性、效率等运行指标的突破。

这些技术的推广应用为电网运行管理水平的提高创造了条件。

特别是2003 年美加发生大停电事故后，美国电力行业面对陈旧老化的电力设施、与数字信息技术脱节的二次控制系统及巨额投资改造计划，痛定思痛，决心利用日新月异的信息技术对电网进行彻底改造，以期建成一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。

在欧洲，智能电网建设的驱动因素可以归结为市场、安全与电能质量、环境等三方面。

欧洲电力企业受到来自开放的电力市场的竞争压力，亟须提高用户满意度，争取更多用户。

因此提高运营效率、降低电力价格、加强与客户互动就成为了欧洲智能电网建设的重点之一。

与美国用户一样，欧洲电力用户也对电力供应和电能质量提出了更高的要求。

而对环境保护的极度重视以及日益增长的可再生能源并网发电的挑战，则造成欧洲智能电网建设比美国更为关注可再生能源的接入。

为此，欧盟于2005年成立“智能电网技术论坛”，促进智能电网研究，希望把电网转换成用户和运营商互动的服务网，提高欧洲输配电系统的效率、安全性及可靠性，并为分布式和可再生能源的大规模应用扫除障碍。

欧美电力行业一致认识到，随着全球资源环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断推进，以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，未来的电网必须更加适应多种能源类型发电方式的需要，更加适应高度市场化的电力交易的需要，更加适应客户的自主选择需要。

为此，不同的国家和组织都不约而同地提出，要建设具有灵活、清洁、安全、经济、友好等性能的智能电网，将智能电网视为未来电网的发展方向。

1.2 智能电网的定义和特征尽管各国专家针对电力工业应致力于提高电网智能化水平及等级已经达成共识，但是，智能电网还处于初期研究阶段，国际上尚无统一而明确的定义。

由于发展环境和驱动因素不同，不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理解智能电网，对智能电网进行研究和实践，各国智能电网发展的思路、路径和重点也各不相同。

因此智能电网概念本身也在不断发展、丰富和明晰中。

美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作：具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。

将智能电网的主要特征归纳为：（1）电网将“自动复原”：复杂的电网监控系统将预测并即时应对系统问题以避免或减少断电和电压不稳等电力供应质量问题。

（2）电网将在自然状态和计算机状态下更安全：新技术的配置将可以更好地识别和应对人为的和自然的侵害。

（3）电网将支持广泛的分散电源的使用：标准化了的电力和通讯的界面接点将使得用户可以接连燃料电池、可再生能源发电及其他分散的电源并以简单的“即插即用”的方式就能使用。

（4）电网将使得用户可以更好地控制自己的用电设备/装置，无论是家庭用户还是工商业用户。

电网将与智能建筑物的能源管理系统相连以帮助用户管理其能源使用并减少能耗开销。

（5）电网将达到更高的输配量从而减少电力成本：电网的升级提高输电网的输送能力并使电流最优化，这将减少损耗并将使最低成本发电的电源得到最大化的使用。

同时可以更好地协调电力分配和当地负荷服务功能与地区间能源流动和通信传输量之间的关系。

欧盟委员会将智能电网定义为一个可整合所有连接到电网用户（发电机和/或电力用户）所有行为的电力传输网络，以有效提供持续、经济和安全电能。

将其特性概括为：一是灵活性（Flexible），满足用户多样化的电力需求；二是易接入性（Accessible），保证所有用户都可接入电网，尤其对于可再生能源和高效、清洁的本地发电；三是可靠性（Reliable），提高电力供应的可靠性与安全性；四是经济性（Economic），通过改革及竞争调节实现最有效的能源管理，提高电网的经济效益。

我国广西电网公司专家则倾向于美国能源部的定义，认为智能电网是指一个完全自动化的传输网络，其中的每一个用户和节点都得到了实时监控，并保证了从发电厂到用户端电器之间的每一个节点上的潮流和信息的双向流动。

通过广泛应用的分布式智能和宽带通讯及自动控制系统的集成，它能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。

华东电网有限公司专家认为，智能电网是以包括发电、输电、配电和用电各环节的电力系统为对象，不断研发新型的电网控制技术、信息技术和管理技术，并将其有机结合，实现从发电到用电所有环节信息的智能交流，系统地优化电力生产、输送和使用。

智能电网的主要特征为自愈、安全、经济、清洁，能够提供适应未来经济社会发展需要的优质电力与服务。

自愈--实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生，提升电网运行的可靠性。

安全--更好地对人为或自然引发的扰动做出辨识与反应。

在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下，保证人身、设备和电网的安全。

经济--支持电力市场竞争的要求，优化配置资源；提高设备传输容量和利用率，有效控制成本，实现电网经济运行。

清洁--既能适应大电源的集中接入，也能对分布式发电方式友好接入，做到“即插即用”。

支持风电、太阳能等可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、经济社会和谐发展的要求。

优质--实现与用户的智能互动，以友好的方式、最佳的电能质量和供电可靠性满足用户的需求，向用户提供优质服务。

由以上不同国家对智能电网的理解，概括地讲，智能电网指的是电力输配系统综合传统的和前沿的电力工程、复杂的感应和监控技术、信息技术和通讯技术以提高电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。

智能电网在广义上包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统。

1.3 智能电网涉及的关键技术智能电网的建设主要涉及6个技术领域。

（1）灵活的网络拓扑。

坚强、灵活的电网络拓扑结构，是未来智能电网的基础。

它需使系统在经历故障时，把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。

（2）开放、标准、集成的通信系统。

基于开放体系并高度集成的通讯系统，以便实现对系统中每一个成员的实时控制和信息交换，使得系统的每一部分都可双向通讯；智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力，既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应的能力。

而在系统中安放大量的监视传感器并把它们连接到一个安全的通讯网上去，是达到快速评估的关键。

这个集成的能量与通讯体系（IECSA）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。

（3）高级计量体系和需求侧管理。

实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应；高级计量体系由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统（MDMS）和连接它们的通讯系统组成。

近来，为了加强需求侧管理，该体系又延伸到了用户住宅之内的室内网络（HAN）。

这些智能电表，能根据需要，同时实现多种计量（如kW·h，kvar，kW，V等），设定计量间隔（如5 min，15 min，1 h等），并具有双向通讯功能，支持远程设置、接通或断离、双向计量、定时或随机计量读取。

同时，有的也可以作为通向用户室内网络的网关，起到用户端口（Customer Portal）的作用，提供给用户实时电价和用电信息，并实现对用户室内用电装置的负荷控制，达到需求侧管理的目的。

由于能实现带有时标的多种计量，智能电表实际上成为分布于网络上的系统传感器和量测点。

因此，高级计量体系不仅能为电力公司提供遍及系统的通讯网络和设施，也能提供系统范围的量测和可观性，被视为是实现智能电网的第一步。

它既可以使用户直接参与到实时电力市场中来，也可为系统的运行和资产管理带来巨大效益。

（4）高级电力电子设备、超导和储能技术。

电力电子技术和产品是未来配电系统的主要组成部分，包括多功能固态开关、智能电子装置（IEDs）和配网用的柔性输电系统装置（如SVC 和DStatcom）等。

未来电网将可使用新的系统控制逻辑，使它们协同行，以便实现多重电力电子装置的集成控制，实现电网最大的可用传输能力。

（5）先进的运行人员决策辅助系统。

主要包括智能调度技术、广域防护系统、应急指挥系统以及高级的配电自动化系统。

智能调度的关键技术主要涉及：1）系统快速仿真与模拟（FSM）。

2）智能预警技术。

3）优化调度技术。

4）预防控制技术，事故处理和事故恢复技术。

5）智能数据挖掘技术。

6）调度决策可视化技术。

1.4 智能电网的应用和发展现状目前欧美国家均在积极规划推动智能电网，意大利及美国已率先试行。

意大利的电力公司已经安装和改造了3000万台智能电表，建立起了智能化计量网络。

美国多个州已经开始设计智能电网系统，加州完成第一阶段试验性200 万户小区AMI（Advanced MeteringInfrastructure）的安装。

位于科罗拉多州首府丹佛西北40 公里的小城波尔得(Boulder)，已经成为全美第一个智能电网城市。

2009 年2月，IBM 与地中海岛国马耳他签署协议――双方将建立一个“智能公用系统”，以实现该国电网和供水系统的数字化。

目前，日本东京电力公司的电网被认为是世界上唯一的接近于智能电网的系统。

GE、IBM、西门子、Google、Intel 等信息产业龙头都已经投入智能电网业务。