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1 智能電網的技術概況

　　智能電網是為了實現能源替代和兼容利用，它需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎上，整合系統(tǒng)中的數據，優(yōu)化電網的運行和管理。它主要是通過終端傳感器將用戶之間、用戶和電網公司之間形成即時連接的網絡互動，從而實現數據讀取的實時（real-time）、高速（high-speed）、雙向（two-way）的效果，整體性地提高電網的綜合效率。它可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控和數據整合，遇到電力供應的高峰期之時，能夠在不同區(qū)域間進行及時調度，平衡電力供應缺口，從而達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理；同時，智能電表也可以作為互聯(lián)網路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎，進行通信、運行寬帶業(yè)務或傳播電視信號。

　　2009年6月27～28日，*屆智能電網研究論壇在天津大學召開。論壇共安排了十四個學術報告，從智能電網的基本理念、技術組成、設備需求等多個角度對我國智能電網的建設和發(fā)展進行了探討。天津大學余貽鑫院士的報告為“智能電網的原動力、技術組成和實施路線”。報告中提出，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、需求側管理、分布式電源等是推進智能電網建設的原動力。智能電網是綜合應用通訊、傳感器、分布式計算等技術，提高輸配電網絡的安全性、可靠性和效率。

　　華中科技大學程時杰院士在“儲能技術及其在智能電網中的應用”的報告中指出，在可再生能源發(fā)電所占比例較大的電力系統(tǒng)中，儲能技術的應用是解決如何保證系統(tǒng)正常運行這個難題的一條可行的途徑。并提出了智能電網對儲能系統(tǒng)的基本要求，即足夠大的儲能容量、足夠快的功率響應速度、足夠大的交換功率、足夠高的儲能效率、足夠小的放電周期、足夠長的使用壽命、足夠小的運行費用。

　　天津大學電氣與自動化工程學院院長王成山教授作了“分布式電源、微網、智能配電系統(tǒng)”的報告，分別對分布式電源、微網和智能配電系統(tǒng)的關鍵技術、應用以及存在的問題進行了介紹，并分析了三者之間的關系。山東理工大學徐丙垠教授的“智能配電網中的配電自動化技術”、加拿大卑詩省水電公司欒文鵬的“量測系統(tǒng)”、*需求側管理中心陳江華的“我國需求側管理實踐成效與展望”、ABB公司劉前進的“智能電網—遠景，技術與應用”等，都從不同角度分析和探討了智能電網的技術特點、實現方式和發(fā)展前景。

　　2 智能電網的關鍵技術

　　我國數字化電網建設涵蓋了發(fā)電、調度、輸變電、配電和用戶各個環(huán)節(jié)，包括：信息化平臺、調度自動化系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)、柔性交流輸電，變電站自動化系統(tǒng)、微機繼電保護、配網自動化系統(tǒng)、用電管理采集系統(tǒng)等。實際上，目前我國數字化電網建設可以算是智能電網的雛形。

　　2.1 參考量測技術

　　參數量測技術是智能電網基本的組成部件，*的參數量測技術獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網的各個方面使用。它們評估電網設備的健康狀況和電網的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網阻塞以及與用戶的溝通。

　　未來的智能電網將取消所有的電磁表計及其讀取系統(tǒng)，取而代之的是可以使電力公司與用戶進行雙向通信的智能固態(tài)表計?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛媽⒂懈嗟墓δ埽丝梢杂嬃棵刻觳煌瑫r段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策。更的功能有用戶自行根據費率政策，編制時間表，自動控制用戶內部電力使用的策略。

　　對于電力公司來說，參數量測技術給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質量、相位關系（WAMS）、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲存、分析和處理這些數據，為電力公司的其他業(yè)務所用。

　　未來的數字保護將嵌入計算機代理程序，極大地提高可靠性。計算機代理程序是一個自治和交互的自適應的軟件模塊。廣域監(jiān)測系統(tǒng)、保護和控制方案將集成數字保護、*的通信技術以及計算機代理程序。在這樣一個集成的分布式的保護系統(tǒng)中，保護元件能夠自適應地相互通信，這樣的靈活性和自適應能力極大地提高可靠性，因為即使部分系統(tǒng)出現了故障，其他的帶有計算機代理程序的保護元件仍然能夠保護系統(tǒng)。

　　2.2 智能電網通信技術

　　建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現智能電網的基礎，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網的特征都無法實現。因為智能電網的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網的*步。同時通信系統(tǒng)要和電網一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密的網絡—電網和通信網絡，只有這樣才能實現智能電網的目標和主要特征。高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)使智能電網成為一個動態(tài)的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施。當這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網的供電可靠性和資產的利用率，繁榮電力市場，抵御電網受到的攻擊，從而提高電網價值。

　　適用于智能電網的通信技術需具備以下特征：一是具備雙向性、實時性、可靠性特征，出于安全性考慮理論上應是與公網隔離的電力通信專網。二是具備技術*性，能夠承載智能電網現有業(yè)務和未來擴展業(yè)務。三是具備自主知識產權，可具有面向電力智能電網業(yè)務的定制開發(fā)和業(yè)務升級能力。
作為*公司從事骨干信息通信網絡建設、運行管理的直屬公司，國網信息通信有限公司高度重視智能電網建設工作，積極開展相關前期研究工作，并著力推進有關信息通信技術（ICT）的軟硬件產品研發(fā)，開展新一代電力信息通信（ICT）網絡模式研究,加快信息通信產業(yè)化發(fā)展。

　　電力客戶用電信息采集系統(tǒng)是智能電網的重要組成部分，信通公司積極參與其中與信息通信專業(yè)相關的研究，向*公司提交了通信專題技術報告。同時，積極推進產業(yè)化進程，進一步完善了用電信息采集主站軟件平臺、基于電力線寬帶通信技術的采集器等產品。

　　智能電網客戶服務是智能電網用電環(huán)節(jié)的重要組成部分，是實現電網與客戶之間實時交互響應，增強電網綜合服務能力，滿足互動營銷需求，提升服務水平的重要手段。信通公司將智能電網客戶服務試點分別設立在北京蓮香園小區(qū)和阜成路95號院。其中，阜成路95號院試點以光纖入戶為主要特點，以機頂盒和電視機為展現手段，實現三表抄收和查詢、物業(yè)、配送、網絡增值等一系列特色服務，體現出良好的交互性和智能化特色。

　　2.3 信息管理系統(tǒng)

　　智能電網中的信息管理系統(tǒng)應主要包括采集與處理、分析、集成、顯示、信息安全等五個功能。

　?。?）信息采集與處理。主要包括詳盡的實時數據采集系統(tǒng)、分布式的數據采集和處理服務、智能電子設備（inligent electronic device，IED）資源的動態(tài)共享、大容量高速存取、冗余備用、數據對時等。

　?。?）信息分析。對經過采集、處理和集成后的信息進行業(yè)務分析，是開展電網相關業(yè)務的重要輔助工具?？v向包括“發(fā)電–輸電–配電–需求側”四級產業(yè)鏈業(yè)務分析和“國家–大區(qū)–省級–地縣”四級電網信息分析。橫向包括發(fā)電計劃、停電管理、資產管理、維護管理、生產優(yōu)化、風險管理、市場運作、負荷管理、客戶關系管理、財務管理、人力資源管理等業(yè)務模塊分析。

　　（3）信息集成。智能電網的信息系統(tǒng)在縱向上要實現產業(yè)鏈信息集成和電網信息集成，橫向上要實現各級電網企業(yè)內部業(yè)務的信息集成。

　　（4）信息顯示。為各類型用戶提供個性化的可視化界面，需要合理運用平面顯示、三維動畫、語音識別、觸摸屏、地理信息系統(tǒng)（GIS）等視頻和音頻技術。

　?。?）信息安全。智能電網必須明確各利益主體的保密程度和權限，并保護其資料和經濟利益。因此，必須研究復雜大系統(tǒng)下的網絡生存、主動實時防護、安全存儲、網絡病毒防范、惡意攻擊防范、網絡信任體系與新的密碼等技術。

　　2.4 智能調度技術

　　智能調度是智能電網建設中的重要環(huán)節(jié)，智能電網調度系統(tǒng)則是智能調度研究與建設的核心，是全面提升調度系統(tǒng)駕馭大電網和進行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風險防御能力、科學決策管理能力、靈活調控能力和公平友好市場調配能力的技術基礎。

　　現有的調度自動化系統(tǒng)面臨著許多問題，包括非自動、信息的雜亂、控制過程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策困難等。為適應大電網、特高壓以及智能電網的建設運行管理要求，實現調度業(yè)務的科學決策、電網運行的管理、電網異常及事故的快速響應，必須對智能調度加以分析研究。

　　為加快推進智能電網調度系統(tǒng)總體設計和應用功能規(guī)范編寫工作，國網電力科學研究院受國家電力調度中心委托，承擔智能電網調度系統(tǒng)總體設計工作。2009年7月6日至18日，在國調中心帶領下，國網電科院工作組順利完成智能電網調度系統(tǒng)總體設計，并討論確定智能電網調度系統(tǒng)功能規(guī)范體系，為一體化智能電網調度系統(tǒng)的快速有序建設提供指導。國網電科院工作組成員全程參與了智能電網調度系統(tǒng)基礎平臺和四大應用的總體設計，承擔并順利完成調度計劃應用、安全校核應用和調度管理應用的功能流程和總體設計。

　　2.5 電力電子技術

　　電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行變換及控制的一種現代技術，節(jié)能效果可達10%～40%，可以減少機電設備的體積并能夠實現*工作效率。目前，半導體功率元器件向高壓化、大容量化發(fā)展，電力電子產業(yè)出現了以SVC為代表的柔性交流輸電技術、以高壓直流輸電為代表的新型超高壓輸電技術、以高壓變頻為代表的電氣傳動技術，以智能開關為代表的同步開斷技術，以及以靜止無功發(fā)生器、動態(tài)電壓恢復器為代表的用戶電力技術等。
柔性交流輸電技術是新能源、清潔能源的大規(guī)模接入電網系統(tǒng)的關鍵技術之一，將電力電子技術與現代控制技術相結合，通過對電力系統(tǒng)參數的連續(xù)調節(jié)控制，從而大幅降低輸電損耗、提高輸電線路輸送能力和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平。

　　高壓直流輸電技術對于遠距離輸電、高壓直流輸電擁有*的優(yōu)勢。其中，輕型直流輸電系統(tǒng)采用GTO、IGBT等可關斷的器件組成換流器，使中型的直流輸電工程在較短輸送距離也具有競爭力。此外，可關斷器件組成的換流器，還可用于向海上石油平臺、海島等孤立小系統(tǒng)供電，未來還可用于城市配電系統(tǒng)，接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。輕型直流輸電系統(tǒng)更有助于解決清潔能源上網穩(wěn)定性問題。

　　高壓變頻技術zui大的優(yōu)點是節(jié)電率一般可達30%左右，但缺點是成本高，并產生高次諧波污染電網。同步開斷（智能開關）技術是在電壓或電流的相位完成電路的斷開或閉合。目前，高壓開關大都是機械開關，開斷時間長、分散性大，難以實現準確的定相開斷。實現同步開斷的根本出路在于用電子開關取代機械開關。

　　2.6 分布式能源接入技術

　　智能電網的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網和分布式管理的智能化網絡系統(tǒng)，可對電網與用戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集，且采用與zui安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的*配置與利用，提高電網運營的可靠性和能源利用效率。

　　分布式電源（DER）的種類很多，包括小水電、風力發(fā)電、光伏電源、燃料電池和儲能裝置（如飛輪、超級電容器、超導磁能存儲、液流電池和鈉硫蓄電池等）。一般來說，其容量從1kW到10MW。配電網中的DER由于靠近負荷中心，降低了對電網擴展的需要，并提高了供電可靠性，因此得到廣泛采用。特別是有助于減輕溫室效應的分布式可再生能源，在許多國家政府政策上的大力支持下，迅速增長。目前，在北歐的幾個國家，DER已擁有30%以上的發(fā)電量分額。在美國DER目前只占總容量的7%，而預期到2020年時這一份額將達25%。

　　大量的分布式電源并于中壓或低壓配電網上運行，*改變了傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)單向潮流的特點，要求系統(tǒng)使用新的保護方案、電壓控制和儀表來滿足雙向潮流的需要。然而，通過的自動化系統(tǒng)把這些分布式電源無縫集成到電網中來并協(xié)調運行，將可帶來巨大的效益。除了節(jié)省對輸電網的投資外，它可提高全系統(tǒng)的可靠性和效率，提供對電網的緊急功率和峰荷電力支持，及其他一些輔助服務功能，如無功支持、電能質量改善等；同時，它也為系統(tǒng)運行提供了巨大的靈活性。如在風暴和冰雪天氣下，當大電網遭到嚴重破壞時，這些分布式電源可自行形成孤島或微網向醫(yī)院、交通樞紐和廣播電視等重要用戶提供應急供電。

　　3 智能電網的功能實現

　　目前，智能電網研究較為成熟的主要是美國，美國多個州已開始設計智能電網系統(tǒng)，GE、IBM、西門子、Google、In等信息產業(yè)都已投入智能電網業(yè)務。

　　美國能源部中國辦公室的Maitin Schoenbauer出席了2009年6月在天津大學召開的*屆智能電網研究論壇，介紹了美國智能電網的有關情況。Martin Schoenbauer介紹了“美國能源部智能電網業(yè)務”，美國能源部正在發(fā)起建立智能電網信息共享交流平臺和信息庫，資助智能電網技術研發(fā)項目，并指出清潔能源和智能電網將是中美能源領域合作的重要內容。

　　美國科羅拉多州的波爾得市是美國*個智能電網城市。每戶家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀地了解當時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔能源。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現，可以重新配備電力。

　　在美國西弗吉尼亞州，阿勒格尼電力公司（Allegheny Energy）的“超級電路”項目（Super Circuit project）把*的監(jiān)測、控制和保護技術結合在一起，從而增強供電線路的可靠性與安全性。該電網將整合生物柴油發(fā)電、能量儲存以及*的計量基礎設施（智能儀表）和通信網絡，迅速地預測、確定并幫助解決網絡問題。

　　美國科羅拉多州科林斯堡（Fort Collins）及該市擁有的公用事業(yè)公司支持多項清潔能源計劃。其中一項涉及在五個用戶區(qū)域內把太陽能和風能等近30種可再生能源結合在一起。該計劃與其他一些分布式供電系統(tǒng)共同支持該市一個稱為FortZED的零能耗區(qū)。

　　美國夏威夷大學（University of Hawaii）在研制一個配電管理系統(tǒng)平臺，它采用智能計量作為門戶站，綜合了需求反應、住宅節(jié)能自動化、分布式發(fā)電優(yōu)化管理、配電系統(tǒng)的儲存與負荷、允許配電系統(tǒng)與主電網中其他系統(tǒng)協(xié)調的各種控制手段。

　　美國伊利諾伊理工學院（Illinois Institute of Technology ）的“電力”（Perfect Power）項目應用*技術建設微型電網的原型，該微型電網能夠對主電網的變化作出反應，增強電網的可靠性，并降低電力需求。