中欧美智能电网的发展

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY

课程考核论文

课程电气新技术专题

学生姓名余立锋

学号0908130502

专业班级电气1304班

考试日期2016年12月08日

成绩评阅人

中欧美智能电网的发展

余立锋

传统能源日渐短缺和环境污染问题日益严重是人类社会持续发展所面临的最大挑战。为解决能源危机和环境问题，能效技术、可再生能源技术、新型交通技术等各种低碳技术快速发展，并将得到大规模应用。各种低碳技术的大规模应用主要集中在可再生能源发电和终端用户方面，使传统电网的发电侧和用户侧特性发生了重大改变，并给输、配电网的发展和安全运行带来了新的挑战。

国际能源署认为，为实现能源安全、经济发展和减少气候变化的目标，智能电网是全球的基本发展方向。无论在美国和欧洲，还是在中国，智能电网都是国家或区域能源战略的重要组成部分。智能电网为各种具有深远影响的新应用打开了大门：大规模可再生能源的安全接入，电动汽车及分布式发电的接入；通过需求响应控制电能消费，促使客户参与电力市场；通过提高全面控制与监测的能力，实现更高效、更可靠地供电；通过网络自动重构避免停电或快速恢复供电。

1智能电网的定义与特征

1.1智能电网的定义

目前国际范围尚未形成统一的智能电网定义。国际组织和一些国家性组织从智能电网采用的主要技术和具有的主要特性的角度对其进行了描述。

欧盟智能电网特别工作组描述的智能电网是：可以智能化地集成所有接于其中的用户（电力生产者、消费者和产消合一者）的行为和行动，保证电力供应的可持续性、经济性和安全性。

美国能源部在其研究报告中将智能电网描述为：智能电网利用数字化技术改进电力系统的可靠性、安全性和运行效率，此处的电力系统涵盖大规模发电到输配电网再到电力消费者，包括正在快速发展的分布式发电和分布式储能。

中国国家电网公司将其提出的坚强智能电网描述为：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，涵盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动内涵的现代电网。

从三方对智能电网的描述可以看出：美国强调了数字化技术在智能电网中的重要作用，认为现代数字化技术和新能源技术的结合是智能电网发展的动力，也是带动新型产业发展、增加就业的机遇，而这正是美国发展智能电网的驱动力之一；欧洲主要强调了对产消合一者的服务和管理，原因在于欧洲分布式能源和电动汽车发展迅速，配电网面临巨大的压力和挑战，这是欧洲发展智能电网的最主要驱动力之一。中国由于电力工业仍处在快速发展时期，国家电网公司强调在增强电网智能化水平的同时，需要建设坚强的输电网，并强调各级电网协调发展。关于智能电网性能的描述，三方基观点相近，建设经济、环保、安全、高效的新型电网，是中美欧发展智能电网的共同追求。

1.2智能电网的主要特征

综合国内外研究，智能电网的主要特征可归结为灵活性、可观测性和可控性、互操作性三个方面。

（1）灵活性

灵活性是指系统功率/负荷发生较快的变化、造成较大功率不平衡时，通过调整发电或电力消费保持可靠供电的能力。

传统电网中灵活源主要来自发电侧，不可控源主要来自用户侧；电力由发电—输电—配电—用电单向流动。智能电网中，灵活源和不可控源种类更多，分布更加复杂，需求侧包含了更多的灵活源，而发电侧的不可控性增大。

间歇性可再生能源的大量接入，不可调度电源占比增加，对电力系统的灵活性提出了更高的要求。建设智能电网需要解决的关键问题就是提高电网的灵活性、调动灵活源的能力，并对这些灵活源的电力生产和消费进行实时管理控制，使其能有效跟踪不可控源的电力生产和消费，在保持系统安全稳定的前提下，实现全系统的实时平衡。

（2）可观测性和可控性

智能电网连接着众多的不可控源和灵活源，必须对这些灵活源进行有效的观测和控制，才能实时跟踪不可控源的变化，保证电力和负荷的平衡；同时，间歇式能源、分布式能源的大规模并网，加剧了电网面临的不确定性，而随着社会的发展，输电走廊的获取难度加大，为了提高电网的利用率，电网更多地运行在临界稳定运行状态，加大了电网的安全稳定风险。为了保持电网的安全稳定性，需要进一步提高电网的可观测性和可控性。

（3）互操作性

互操作性是指保证2个或更多网络、系统、设备、应用或元件之间相互通信以及在不需要过多人工介入即可有效、安全、协调运行的能力。

提高电网的灵活性、可观测性和可控性，离不开先进的传感技术和自动化技术，需要以先进的信息通信技术作为支撑。普遍认为，智能电网是现代信息通信技术、传感技术、控制技术和电力技术的完美结合体。智能电网的建设不是推倒一切重来，而是在已有设施基础上的扩展和升级。新技术、新设备的应用需要与现有系统、设备实现集成，并满足互操作性。

2各国智能电网的研究和发展

2.1美国

（1）法案和纲领性文件

《能源独立和安全法案2007》和《复苏与再投资计划法案2009》是与智能电网相关的2个重要法案。智能电网在美国是国家战略，政府通过立法和发布政策框架报告，在智能电网建设中发挥组织和引导作用；通过前期资金投入，资助研发和示范项目，以期激发电力公司的创新热情和能力，形成成熟的技术方案和相适宜的市场机制和商业模式，并可激励各利益相关方长期参与、投资，推动智能电网建设可持续发展。

（2）资金投入

依据ARRA2009法案，美国能源部从2010年开始陆续下发政府资金共45亿美元，支持智能电网的研究、示范和技术应用。

（3）项目进展情况

。

2012年7月美国能源部发布SGIG阶段性报告，预计2015年发布总报告。阶段性报告对项目实施情况进行了如下总结。

输电系统：主要任务是部署PMU、输电线路监测和输电系统通信网；已完成287套PMU的部署，待完成800套。

配电系统：部署自动开关、电容器和变压器的自动传感器及其控制系统。

AMI：智能电表及其通信系统、表计数据管理系统；已部署1080万块智能电表；占现有1.44亿电表的8%；目标是1550万；全美预计2015年将部署6500万块。

用户侧系统：部署家庭显示器、可编程恒温器、用户侧网关，实施动态电价。

（4）面临的主要困难

尽管白宫对美国智能电网项目的进展情况给予了充分肯定，但在工业界和民众看来，目前智能电网的发展仍显缓慢，并未很好地实现政府承诺的目标(通过实现用户与电网之间的双向通信，使各类用户方便地对自身能源生产和消费进行管理；为社会提供更多新的就业机会)。在政府资金刺激下，研究和示范尚且算得上进展顺利，但电力公司及其他私有企业的投资热情并不高。继续推动智能电网技术研发和技术的大规模部署，仍有很多困难需要克服。

2.2欧洲

（1）法案和纲领性文件

从1997年开始，欧盟出台了一系列促进可再生能源能源、清洁能源、提高能源效率的政策。2008年12月，欧盟各成员国一致同意发起了“欧洲经济复苏计划”，将绿色技术作为经济复苏计划的有力支撑。在2010年6月欧盟夏季峰会上，欧盟27个成员国的首脑通过了未来10年的经济发展战略，即“2020战略”。“2020战略”提出了未来10年欧盟需要在能源基础设施、科研创新等领域投资1万亿欧元，以保障欧盟能源供应安全和实现应对气候变化目标。

（2）欧盟智能电网研发技术重点

欧盟和各国智能电网项目涉及的技术重点体现在以下几个方面。

①各种提高电网可观测性和可控性的自动化技术，如配电自动化等。这些技术的部署为适应分布式能源并网奠定了坚实的基础。

②智能电表的研发和部署。

③提高供电方和用电方的灵活性的各种技术。

④电动汽车。目前主要关注如何使充电设施及其信息通信系统能正常工作，今后需考虑到更为复杂的应用，如V2G等。

⑤储能技术及其应用。从2012年开始，将新型储能技术作为新的灵活源的研究得到了重视，并成为2012年项目的研究重点。

（3）需要克服的障碍

研究报告认为，目前智能电网技术部署面临的主要障碍来自监管、政策方面，而非技术因素。主要障碍是：

1）现有技术之间缺乏互操作性，互操作标准制定工作滞后于发展需要。

2）在智能电网新应用中，角色和职责存在不确定性，各方成本效益的分摊不确定，因此带来商业模式的不确定，相关的监管机制与智能电网发展不相适应。

3）缺乏调动用户参与积极性的机制和措施。

2.3中国

（1）相关政策

中国政府在2009年向全球承诺，到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%~45%；非化石能源占一次能源比重达到15%。为此，中国政府相继出台了一系列支持可再生能源发展和节能降耗的政策。此外，在2010年和2011年政府工作报告中都提出了“加强智能电网建设”，并将智能电网建设纳入国家国民经济和社会发展“十二五”规划纲要中。这表明，智能电网已作为国家战略予以推进实施。智能电网研究和标准化工作也得到了国家科技部、国家能源局和国际标准委员会的大力支持。2012年5月，国家科技部发布《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》，明确提出了“十二五”期间智能电网科技发展思路与原则，确立了总体发展目标，部署了九项重点任务。该规划是智能电网正式纳入国家“十二五”规划纲要以来，国家部委层面发布的首个关于智能电网的相关规划，对明确智能电网发展思路具有重要价值及指导意义。2013年3月11日，科技部和发改委印发《“十二五”国家重大创新基地建设规划》，将智能电网与特高压入围国家重大创新基地建设。

（2）主要成果

通过智能电网试点及推广建设，取得了8个方面的重要成果：

①先后建成3个世界上电压最高、容量最大的特高压交、直流工程，已累计送电超过800亿kWh。

②取得多项大规模新能源发电并网关键技术的研究成果，支撑了新能源的开发、消纳和行业发展。经营区域内并网风电装机已超过6000万kW。

③一批智能输电技术得到广泛应用，实现了输电业务的精益化管理和电网安全运行决策。

④开展了两代智能变电站的持续实践。

⑤配电自动化加速推广应用，在配电网自愈控制等方面取得进展，在64个城市核心区建设配电自动化系统，提升了配电网的智能化运行水平。

⑥累计实现1.55亿户用电信息采集，构建了大规模的AMI系统，支撑了智能用电服务的提升。

⑦电动汽车充换电服务网络建设全面推进。

⑧智能电网调度技术支持系统全面推广应用，建成投运了31个省级以上的智能电网调度技术支持系统，提升了大电网安全运行水平。

（3）需要克服的障碍

①欧美国家的智能电网是国家战略，得到国家的立法保证。中国政府虽然将发展智能电网列入“十二五”规划，但对其发展的方针和政策尚无明确的法律法规，增加了智能电网建设的不确定性和分散性，降低了智能电网的战略地位。

②智能电网建设需要大量的投资，应由政府主导，并带动全社会共同参与投资，形成智能电网投资的分摊机制，但目前中国的智能电网投资方是电网公司。由于电网投资规模大、回收周期长，短期效益不明显，给电网公司造成较大的压力。

③在政策方面，尚未建立可支持智能电网技术大规模部署的市场机制，如电动汽车发展、需求响应的实施都需要建立相应的市场机制和商业模式，而中国由于缺乏用户侧电价，对用户参与电网运行管理造成了障碍。

3结束语

大力发展新能源是世界各国解决能源短缺和环境污染问题的主要手段之一。然而，由于新能源的随机性及波动性，大量新能源电力的集中或分布接入电网，会给传统电网的安全性及可靠性带来巨大挑战。传统电网只有转变发展成为智能电网才能应对这些新出现的挑战。因此，发展智能电网成为近来世界电力工业发展的主要趋势。然而，由于各国能源结构和分布及电网基础设施相互差异，发展智能电网的初始起点及发展路线图自然也会不完全相同，各国对智能电网的理解也就不完全相同。虽然如此，在智能电网具有经济、环保、高效、安全等特性的认识方面，各国看法基本相同。