智能电网技术及其发展前景

南京师范大学

中北学院

题目：智能电网技术及其应用

班级：881350 学号：15 姓名：梁津铖

专业：电气工程及自动化

专业方向：

指导教师：包宇庆

设计时间：2016.12

智能电网技术及发展前景

摘要：日前全球资源环境压力的不断增大，随着电力市场化进程的不断加快以及用户对电力供出的越来越高的要求，国家安全、环保等各方面都对电网的建设和管理提出了更高的标准。智能电网是国际公认的解决21世纪能源问题的一个重大解决方案。电力与通讯是的双向化是智能电网的一大特色，灵活、清洁、安全、经济、友好等性能都是智能电网是未来电网的发展方向。欧美等发达国家纷纷投入大量的精力，力求在智能电网研究邻域有所斩获。而在中国，在政府及国家电网公司的政策引领推动下，智能电网研究正不断向着建设中国特色智能电网的目标稳步前进。

关键词：智能电网，能源问题，传统电网，国家战略

一、研究的背景及意义

坚强智能电网的发展在全世界还处于起步阶段，没有一个共同的精确定义，其技术大致可分为四个领域：高级智能电网智能电网量测体系、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理。高级量测体系主要作用是授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行；高级配电运行核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防；高级输电运行主要作用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风险；高级资产管理是在系统中安装大量可以提供系统参数和设备（资产）“健康”状况的高级传感器，并把所收集到的实时信息与资源管理、模拟与仿真等过程集成，改进电网的运行和效率。智能电网是物联网的重要应用。

二、智能电网的概述

2.1 智能电网概念

智能电网是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、决策分析技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。

2.2 智能电网的特征

1）稳定可靠：智能电网抗干扰性强，由于自身结构的稳定性，可以很好的

抵御外界干扰，并在遭受外部攻击后，可以很快恢复。2）节能低碳：通过与传感网的相结合，使整个用电网络更加灵活，实现资源的优化配置，降低电网损耗，达到节能的目的。 3）集成度高：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。4）方便快捷：与工业现场总线与智能电器等技术的相结合，用户可以实时了解相关电力信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。

三、智能电网与传统电网的区别

传统电网是一个刚性系统,电源的接入与退出、电能量的传输等都缺乏弹性,致使电网没有动态柔性及可组性;垂直的多级控制机制反应迟缓,无法构建实时、可配置、可重组的系统;系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余;对客户的服务简单、信息单向;系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享。虽然局部的自动化程度在不断提高,但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,不能构成一个实时的有机统一整体, 所以整个电网的智能化程度较低。

与传统电网相比,人们设想中的智能电网将进一步拓展对电网全景信息(指完整的、正确的、具有精确时间断面的、标准化的电力流信息和业务流信息等)的获取能力,以坚强、可靠、通畅的实体电网架构和信息交互平台为基础,以服务生产全过程为需求,整合系统各种实时生产和运营信息,通过加强对电网业务流实时动态的分析、诊断和优化,为电网运行和管理人员提供更为全面、完整和精细的电网运营状态图,并给出相应的辅助决策支持,以及控制实施方案和应对预案,最大程度地实现更为精细、准确、及时、绩优的电网运行和管理。

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架构,通过集中与分散相结合,灵活变换网络结构、智能重组系统架构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量,实现与传统电网截然不同的电网构成理念和体系。由于智能电网可及时获取完整的电网信息,因此可极大地优化电网全寿命周期管理的技术体系,承载电网企业社会责任,确保电网实现最优技术经济比、最佳可持续发展、最大经济效益、最优环境保护,从而优化社会能源配置,提高能源综合投资及利用效益。

四、智能电网的发展现状

4.1国家战略。

2009年8月，国家电网启动第一批城市配电自动化试点工程，第一批试点工程在北京、杭州、银川、厦门4个城市的中心区域（或园区）进行。试点工程主要目标是针对不同可靠性需求，采用合理的配电自动化技术配置方案，建设具备系统自愈、用户互动、高效运行、定制电力和分布式发电灵活接入等特征的智能配电网。第二批试点工程在第一批试点城市配电自动化一期建设的基础上，进行二期建设，重点是拓展分布式电源接入技术支持，完善配电网高级应用及调控一体化技术支持平台建设，实现配电网调度运行控制的一体化管理。

国家电网在2010年6月发布《智能电网技术标准体系规划》，覆盖8个专

业分支、26个技术领域、92个标准系列，2011年10月又对该规划进行了修订。截至2012年底，已发布智能电网企业标准220项，编制智能电网行业标准75项、国家标准26项、国际标准7项。

在2011年公布的国家“十二五”规划纲要中明确提出：依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。

2012年5月，科技部发布《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》，规划把大规模间歇式新能源并网技术、支撑电动汽车发展的电网技术、大规模储能系统、智能配用电技术、大电网智能运行与控制、智能输变电技术与装备、电网信息与通信技术、柔性输变电技术与装备、智能电网集成综合示范等九大技术列入“十二五”期间发展的重大任务。

2013年5月31日，中国电力企业联合会联合国家电网公司召开智能电网综合标准化试点工作启动会，正式拉开了智能电网综合标准化试点工作。本次综合标准化试点工作选择新能源并网、智能变电站、智能调度、电动汽车充换电等四个专业领域，依托国家、行业和企业各方面力量，通过将技术成果尤其是自主创新成果转化为标准成果，形成国家标准、行业标准、企业标准相配套的智能电网专业领域技术标准体系。

4.2发展情况

2012年12月，扬州经济技术开发区智能电网综合示范工程11个子项目全面完成，是继上海世博园、天津中新生态城之后建成的第三个智能电网示范工程。该工程既包括配网自动化、用户信息采集、电动汽车充电设施、光伏并网及微网运行控制、可视化应用展示等成果。

2013年5月，浙江省首个智能电网综合示范工程在绍兴市镜湖新区建成，该工程集合了国内智能电网“发、输、变、配、用、调”各个领域的最新成果，其全景监控和智能化营配信息平台实现了高低压设备的信息全采集和监控。

在智能电网领域，河北保定高新区在2013年5月已集聚超过100家优质企业，汇聚天威集团、四方集团等龙头企业，形成完整产业链条，产品覆盖智能电网各个领域，已初步形成产业规模大、产业集聚程度高、产业链条完备的智能电网产业集群。

2013年6月，中达电通公司首创DVCS分布式图像控制系统在2013中国国际智能电网建设技术与设备展览会的隆重展出，给整个智能电网显控技术带来了全新的体验。6月，天津中新天津生态城起步区已经建成智能电网的12个子项目。将逐步实现电力光纤的全覆盖，为居民智能用电提供技术条件，支撑智慧城市发展。

2013年7月，“江苏省智能电网配用电关键技术研究重点实验室”建设方案顺利通过专家论证，实验室将研发出智能电网配用电侧所需的电器综合智能化、高效光伏发电、高速双向互动通信等一系列关键技术。

2013年8月，甘肃省电力公司兰州新区智能电网综合建设工程建设方案通过国家电网公司专家组的评审，该工程是甘肃省首个大型综合型智能电网项目，将积极响应兰州智慧城市的建设。

2013年10月，863计划电网关键技术研发(一期)重大项目第19课题“提升电网安全稳定和运行效率的柔性控制技术”仿真试验方案获得通过。该课题研究成果将应用于华中电网及锡盟送出示范工程，在华中电网建设跨区交直流电网协调控制与辅助决策系统，首次实现大范围安全稳定控制协调示范应用，同时在中国电科院“电网安全与节能国家重点实验室”建成示范工程仿真试验平台，提升

安控装置和交直流电网协调控制的模拟能力，依托华中电网示范工程、锡盟送出工程，在实验室环境下验证跨区交直流协调控制、大规模火电机群外送系统阻尼控制的效果和作用，支撑示范工程建设。

2013年11月，南方电网公司与中国移动公司续签战略合作框架协议，欲借助4G技术构建智能电网。中国移动将为南方电网提供内部办公、调度、管理等方面信息化解决方案和移动办公等信息化应用和服务，并协助建设和完善远程抄表系统终端的通信性能管理和快速响应等服务。双方将整合网络资源优势，在TD-LTE通信技术、传输网络、语音服务与市场营销自动化和信息化技术水平等方面开展合作。

2013年11月，国电南瑞配电/农电分公司完成的国家863课题子课题-“智能配电网优化调度关键设备研制及应用”通过中国电机工程学会科技成果鉴定。该课题以包含分布式电源/多样性负荷等新型元素的配电网为研究对象，探索智能配电网的优化调度模式，突破智能配电网优化调度关键技术，研制支撑智能配电网优化调度的关键设备，开发智能配电网的优化调度系统，开展示范应用，实现智能配电网高效运行。

2013年12月，由上海电力设计院有限公司设计的叶塘110kV新一代智能变电站建成投运。叶塘变电站是国家电网公司在全国首批实施的6座新一代智能变电站的示范工程之一。与常规智能变电站相比，叶塘新一代智能变电站的主要特征为“集成化智能设备与一体化业务系统”，采用一体化设备、一体化网络、一体化系统技术构架，实现专业设计向整体集成设计的转变，一次设备智能化向智能一次设备的转变。

目前，我国与欧美国家在智能电网建设方面处于同一起跑线上，国内众多行业中的领先企业和科研机构都很关注智能电网的发展。国家电网制定的《坚强智能电网技术标准体系规划》，明确了坚强智能电网发展技术标准路线图，是世界上首个用于引导智能电网技术发展的纲领性标准。国家电网公司“十二五”智能电网建设的发展目标指出：到2015年，坚强智能电网基本建成，智能电网效益初步显现，国家电网智能化程度达到国际先进水平。

五、智能电网的发展前景及重要意义

目前，智能电网已经纳入国家战略，国家有关部委、研究机构和企业都正在开展对智能电网的研究和规划工作。这标志着在未来能源革命的蓝图中，智能电网将占据十分重要的地位，它将成为功能强大的能源转换、功效配置和互动的平台。

传统的输电网络正在向综合配置能源、产业、信息等各类资源，带动智能家居、智能交通、智能社区、智能城市的方向发展。电网的功能在新的形势下将会发生深刻的变化，它必将成为第三次工业革命当中能源革命的关键环节与重要特征。

智能电网具有极大的经济价值、社会价值，以及环保价值，它的发展是实现能源和电力可持续发展的必然选择。

当今全世界范围内，为应对气候和环境的变化，各国大力控制化石能源的发

展。清洁能源、可再生能源以及各种形式的分布式能源像雨后春笋般发展起来，智能电网的发展将成为必然。

科技的突破是智能电网发展的关键。世界各国都在抓紧基础研究和关键技术研究，包括现代实用技术研究，也包括工程和设备的研究。

目前，分布式、微网、储能，以及整个需求侧等领域都面临很多亟待解决的问题，而这些问题的解决只能依靠科技进步，这些科技研究将融合技术自动化、数据化、信息化、网络化等的综合运用。

与科技突破紧紧相连的就是标准。建设智能电网只有技术上的解决方案是不够的，还需要尽快建立智能电网的标准体系，尤其是国际标准体系。只有这样，各国的政府、电力企业和设备制造业才能通力合作，加快智能电网建设速度。当前，在实践的基础上，建立国际化的标准体系，是世界各国的期待。

除此之外，我们一定要关注制造业的发展。中国是制造业大国，但不是制造业强国，我们的制造业远远落后于世界先进国家。我国提出的“大国经济的升级版”，升级的就是质量和效益。制造业要转型，要赶超世界水平，要凭借信息化和工业化的深度融合，占领世界的制高点。在智能电网领域，就是要将科技尽快转化为生产力，实现电力行业加快发展。

智能电网从提出到现在不过几年的时间，对大家来说都是新课题。政府、企业、社会每个人都要学习。政府正在研究怎样鼓励智能电网、新能源和可再生能源发展的政策，并出台政策、制定规划、完善立法。企业也在学习，制定企业发展规划，增强技术研发能力，积极施行试点，推动标准的建立。社会上每个人实际上也都在补充新知识，提高综合素质，适应未来智能电网的广泛应用。我相信，通过各方学习实践，智能电网必然有更加美好的未来。

六、国外智能电网的发展

在电网发展基础方面，各国电力需求趋于饱和，电网经过多年的快速发展，架构趋于稳定智能电网在国外的应用智能电网在国外的应用、成熟，具备较为充裕的输配电供应能力。在美国、日本等发达国家，智能电网战略己成为国家重要战略，智能电网建设在政府统一主导和支持下，集国家及相关企业的力量来推动的。智能电网战略已成为主要发达国家抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施。

美国美国政府围绕智能电网建设，重点推进了核心技术研发，着手制定发展规划。美国政府为了吸引各方力量共同推动智能电网的建设，积极制定了《2010-2014年智能电网研发跨年度项目规划》，旨在全面设置智能电网研发项目，以进一步促进该领域技术的发展和应用。美国标准与技术研究院提出将分三个阶段建立智能电网标准，现已公布“智能电网”的标准化框架—75个标准规格、标准和指导方针。

美国Silver Spring Networks公司为电力公司提供面向智能电网的高级电

表架构(AMI)搭建与运行的解决方案。美国埃森哲公司承担科罗拉多州博尔德智能电网试点项目“智能电网城市”与荷兰阿姆斯特丹、日本横滨智能城市项目的项目管理。

欧洲目前，欧洲各国结合各自的科技优势和电力发展特点，开展了各具特色的智能电网研究和试点项目，英法德等国家着重发展泛欧洲电网互联，意大利着重发展智能电表及互动化的配电网，而丹麦则着重发展风力发电及其控制技术。

德国制定了“E—Energy”计划，总投资1亿4千万欧元，2009年至2012年4年时间内，在全国6个地点进行智能电网实证实验。同时还进行风力发电和电动汽车实证实验，并对互联网管理电力消费进行检测。德国西门子、SAP及瑞士ABB等大企业均参与了这一计划。预计西门子公司2014年智能电网年度市场规模将达300亿欧元，并计划抢占20%市场份额，每年确保60亿欧元订单。

英国已制定出“2050年智能电网线路图”，并支持智能电网技术的研究和示范，建设工作将严格按照路线图执行。

日本2013年2月，日本电气公司与意大利Acea公司签订协议，开发锂离子储能系统，用以安装在Acea公司的一次变电站和二次变电站中。日本电气公司将交付两套储能系统，并为储能充放电状态及温度提供实时监控系统。2013年8月，东芝和东京电力公司共同出资成立新公司，开展从智能电表、蓄电池等设备到系统运用、维护保养的技术研究，联手推进海外智能电网业务。东芝收购全球最大的智能电表生产商瑞士兰吉尔，在美国新墨西哥州应用智能电表开展夏季动态响应验证实验项目，使用的系统主要以东芝的电网控制监视系统为核心，由东芝集团智能电表综合管理系统、仪表数据管理系统以及东芝解决方案株式会社的顾客信息管理系统组成。