中国智能电网基本特征及其技术发展简析

中国智能电网基本特征及其技术发展简析【摘要】本文从智能电网（Smart Grid）的发展背景出发，通过对智能电网定义的阐述及全面推开智能电网的势在必行的趋势，详实并深入浅出的介绍了我国智能电网的特点、关键技术及技术路线，并对智能电网实现后的美好蓝图愿景做了展望。

【关键词】智能电网发展背景定义特征关键技术愿景1 智能电网发展背景近年来，为了应对全球气候变化，降低对化石能源的依赖程度，同时实现能源产业的可持续发展，以科技创新为手段，以低碳经济为驱动力，以实现能源的绿色、低碳、高效利用为目的的新一轮世界能源变革序幕已经拉开。

在这一轮变革浪潮中，智能电网成为了“重头戏”，世界主要发达国家纷纷把发展智能电网作为抢占未来低碳经济制高点的重要战略举措。

实现绿色低碳发展是我国生态文明建设的核心内容和重要特征，面对日益严峻的资源环境约束，我国电力发展方式正面临着一场深刻变革，智能电网的发展已经成为不可或缺的重要一极，将对我国经济社会又好又快发展起到关键支撑作用。

那么，究竟什么是智能电网？目前国内关于智能电网的研究现状如何？我国的智能电网的技术发展及技术路线情况又是怎样？下面将会对这些问题逐一阐述。

2 智能电网的定义关于智能电网，目前国内国际有着多种定义和解释：（1）美国电科院（EPRI）如是说：由若干自动化的输电和配电系统组成，以协调、有效和可靠的方式运作，快速响应电力市场和企业需求；利用现代通信技术，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；具有快速自我诊断、消除故障的自愈功能。

（2）欧洲技术论坛如是说：智能电网是集创新工具和技术、产品与服务于一体，利用高级感应、通信和控制技术，为客服的终端装置及设备提供发电、输电和配电一系列服务，它实现了与客户的双向交换，从而提供更多的信息选择、更大的能量输出、更高的需求参与率及能源效率。

（3）我国对智能电网是如此定义的：集成新能源、新材料、新设备和先进的信息技术、电网控制技术，实现电力在发电、输电、配电、用电过程中的数字化管理、智能化决策、互动化交易，优化资源配置，充分满足用户对电力的各方面需求，确保电力供应的安全、可靠和经济，满足环保要求，适应电力市场多元化发展。

换言之，智能电网是通过信息化手段，使能源开发、转换、输电、配电、供电、售电及用电的电网系统的各个环节，进行智能交流，实现精确供电、互补供电、提高能源利用率、供电安全，节省用电成本的电力网络。

（4）某电力公司如是说：智能电网是把电力市场上所有相关实体连接在一起的输电和配电网络。

智能电网覆盖了从发电到最终用户用电的整个能源转换链。

智能电网把分散的大型和小型发电商和电力用户都整合到一个总体结构中。

智能电网还具有很高的透明度和灵活性，允许最终用户作为产消合一的“生产消费者”参与能源市场的活动。

3 智能电网的特征通过前面对智能电网定义的充分理解，我们不难总结出智能电网主要的特点有开放、安全、高效、清洁、自愈等几方面，下面我将分别对这几个特点逐一展开阐述。

（1）开放：提供电源及用户接入的智能化管理，既能适应大电源接入，也能适应分布式电源，特别是可再生能源的接入，实现“即插即用”，无扰接入、有序退出。

（2）安全：更好的对人为或自然发生的扰动作出辨识与反应，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、电网的安全。

（3）高效：采用先进的实时监测、在线控制技术和需求侧引导，实现电网的优化运行、电力实施检修智能化管理和削峰填谷，增强电网输送能力，延长设备使用年限，提高能源利用效率。

（4）清洁：支持风能、太阳能等可再生能源的大规模应用，为用户提供更丰富的清洁功能。

（5）自愈：通过对电网的实时监测、在线分析预测及自动控制，及时发现故障隐患，快速诊断、隔离、消除故障，自我恢复，避免发生大面积停电，提高电网运行的可靠性。

4 国内电网现状及符合国情的智能电网的发展方向改革开放以来，我国电力工业得到了迅猛的发展。

2012年4月，我国发电总装机容量突破8亿千瓦，仅次于美国，居世界第二位；截止2012年7月底，220KV及以上输电线路长度37.5万公里，电网规模一跃至世界第一位。

智能电网作为电网未来的发展趋势，目前还处在摸索阶段，各国都根据本国的不同情况发展智能电网。

就我国来说，在借鉴国外经验的同时，需要考虑以下几个方面的特点来发展符合我国国情的智能电网。

（1）我国能源基地和负荷基地距离远，大型能源基地主要集中在西部，距离电力负荷中心一般都在1000到3000公里，这与欧美和日本的情况不同。

未来10到20年，发展交直流特高压电网，提高“西电东送”能力将是趋势。

因此，我国智能电网的发展将以特高压作为骨干网架，强调从发电、输电、变电、配电到用电、调度的全方位智能化。

（2）我国风能和太阳能等新能源发电的大规模开发利用集中在西部地区，目前并网和输送的效率都有待提高。

需要通过智能化手段，提高对风电、太阳能等不可控的、间歇性的可再生能源的预测精度，在准确预测的基础上进行合理调度，解决大规模可再生能源并网和消纳问题。

目前西部地区主要靠火电进行调峰，势必会降低火电发电效率，风电具有季节性，一般在冬季发电量较大，这就与火电厂供热负荷相冲突，也会减小其调峰能力，类似这样的矛盾都需要通过发展智能电网来解决。

（3）长期以来我国更为重视的是防范大面积停电，关注大电网安全，虽然对局部配电网安全也在逐渐提高关注程度，但投资方面欠账很多。

目前，我国在输、变电环节的智能化程度高一些，配电领域智能化程度相对较低。

在分布式电源大量运用的情况下，特别需要配电领域智能化的发展。

分布式电源的投资主体往往是用户和设备商，但他们的积极性不高，现在也没有看到盈利模式。

智能配电网只有真正实现盈利和提高能效，才能大范围普及。

因此，我国配电智能化的发展应主要立足如何降低成本和提高效益。

（4）现在我国电网的安全性高，主要靠继电保护和自动装置这些二次设备。

我国电网二次设备是世界领先的，但一次设备，像大电网的网架结构等，与国外的网架相比还不够坚强，往往需要二次设备来弥补一次设备的不足，出事故时通过自动装置切换和调整电网结构来保证供电安全。

电网安全性和供电可靠性是电网建设的第一要义，未来需要通过智能化广域监测和安全稳定控制等技术手段来保障，这也是智能电网自愈性的体现。

5 智能电网的关键技术智能电网的关键技术有传感与通讯技术，智能计量技术，设备技术，控制技术，可视化展现与操作技术，下面就这些方面逐一阐述。

5.1 传感与通讯技术建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现。

5.2 智能计量技术参数量测技术是智能电网的基本组成部件，先进的参数量测技术是获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。

它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。

5.3 设备技术智能电网要广泛才用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。

未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。

未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术，超导技术以及大容量储能技术。

5.4 控制技术先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。

这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。

如江苏电网在电网安全稳定实时预警及协调防御技术方面实现了电网精细化调度和智能化控制。

5.5 可视化展现与操作支持技术决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此，动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员分析和处理紧急问题。

6 推进我国智能电网建设的技术路线智能电网建设是一项涉及社会各个方面的系统工程和长期工作。

1999 年清华大学提出从“数字电力系统”理念，揭开我国数字电网研究工作的序幕至今，我国在智能电网领域取得了很多成绩。

未来发展智能电网，从技术路线来看，主要包括以下九方面：一是加强智能电网规划理论与方法研究。

随着传统电网的负荷分布、电源布局及电力流向发生变化，原有的规划方法不能适应新环境下的系统规划要求，需进一步加强智能电网规划理论与方法的研究；二是提出统一的标准和模型。

这是保证智能电网成功的关键。

建设智能电网首先需要采用统一的数据模型、统一的传输交换协议、统一的网络，建立高效互通、集中协调的电力系统信息架构。

所以，我国应尽快组织开展技术标准的制订工作，提出中国智能电网的标准体系结构；三是研究储能技术。

开发研究和应用储能技术，以实现存储富余电能与释放电能供电的调控，将大量的、不可控的清洁能源转化为稳定、可靠、可控能源，最大限度消纳清洁能源；四是建设智能调度体系。

随着电网的智能化发展，要对新能源、分布式能源、微网、储能等并网运行控制技术和需求侧响应模型深入研究，并结合科技信息技术的进步，建立起先进、安全、可靠的智能调度体系，提高电网安全稳定运行水平和运行效率；五是推广新能源和清洁煤发电技术。

重点研究先进的新能源发电核心控制技术，使新能源电站在向电网提供优质电能的同时具备支撑电网运行的能力，实现与电网的友好互动；六是提高智能装备技术和智能变电站的建设。

从智能电网的总体方案出发，循序渐进开展智能变电站建设。

制订相应的标准和规范，规范智能变电站的建设和相关智能设备的研发；七是加快智能配电网建设。

作为提高电网整体性能和效率的关键环节，应加强配电网的网架结构和配网自动化与信息化建设，支持分布式电源、微网以及储能装置的灵活可靠接入，改善配电网性能，提升电能质量，保障供电可靠性；八是发展互动智能化用电。

实施电价动态管理，引导用户合理用电。

让用户参与供需互动，实现大范围地削峰填谷、减少系统备用容量，保证电力平滑输出和系统的安全可靠运行。

同时，引导和鼓励用户开展分布式电源、新能源的开发利用，支持用户余电上网，从用户侧解决能源供给问题；九是促进电动汽车发展。

一方面通过智能电网的建设完善电动汽车配套充放电基础设施网络，以及合理的电动汽车充放电站布局。

另一方面，推动电动汽车成为电网中移动的、分布式的储能单元，可有效降低电网峰谷差和传统调峰备用发电容量，提高电网利用效率。

7 智能电网的美好愿景智能电网的实现将会令人无比激动和兴奋，我以简单的示例来展望智能电网：譬如居民可通过互联网实现对家中电器的远程控制，例如：忘了切断正在炖肉的电汤煲的电源，在办公室用鼠标操作系统，即可关闭电汤煲；坐在办公室里敲击鼠标，家里洗衣机就开始工作，电饭锅开始做饭，提前开启空调让你进屋就凉爽；另外，智能电网普及后，一套线路就能实现通讯网络、电话线、电线等多合一的功能，这样就能减去家里凌乱的线网和购买大量各种线材的费用……。