■ 上海大學(xué) 馬年駿

0 引言

2009年初，美國(guó)奧巴馬政府推出了以發(fā)展智能電網(wǎng)為重要突破口的能源新政，頓時(shí)，世界各國(guó)對(duì)發(fā)展智能電網(wǎng)的關(guān)注度迅速升溫，能源變革和智能電網(wǎng)成為全球能源界熱議的焦點(diǎn)。實(shí)際上，各國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展本身就是一個(gè)不斷智能化的過(guò)程，從傳統(tǒng)電網(wǎng)到現(xiàn)代電網(wǎng)，智能化水平在逐步提高，而電網(wǎng)智能化水平的提高，將直接導(dǎo)致能源效率的提高。如果建設(shè)智能電網(wǎng)成為世界未來(lái)的戰(zhàn)略目標(biāo)，那末智能電網(wǎng)將會(huì)有很快的推進(jìn)速度和發(fā)展，如同當(dāng)年的互聯(lián)網(wǎng)一樣迅速風(fēng)靡全球。

1 智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)即指電網(wǎng)的“智能化”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)[1]。

智能電網(wǎng)的整體目標(biāo)是減少電網(wǎng)對(duì)環(huán)境的影響，包括節(jié)能和提高效率、提高可再生能源的使用率、采用新的技術(shù)，而智能電網(wǎng)把這些工作融為一體，使城市的清潔能源目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成為可能。

2 智能電網(wǎng)賦予我們的財(cái)富

2.1 精確供能

通過(guò)電子感應(yīng)、探測(cè)、遙控等信息技術(shù)對(duì)需求進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并進(jìn)行智能化的分析、控制，實(shí)現(xiàn)精確供能。在人們需要的地方，需求能源的形式，以實(shí)際需求的量度，針對(duì)性地進(jìn)行能源供應(yīng)，擺脫了我們長(zhǎng)期以來(lái)靠人的自覺(jué)性節(jié)能的被動(dòng)方式，使人們的生活質(zhì)量在不受影響的狀態(tài)下，甚至更舒適，靠信息技術(shù)進(jìn)步將能源節(jié)約下來(lái)。

2.2 需求側(cè)管理[2]

在目前電力體制的利益格局下，需求側(cè)管理對(duì)于優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)，平衡系統(tǒng)運(yùn)行的貢獻(xiàn)難以發(fā)揮，也難以奏效。而依靠信息智能控制技術(shù)，將需求側(cè)管理融入到每一個(gè)電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)上和系統(tǒng)的構(gòu)置上，并使終端可以與電網(wǎng)及分布式能源進(jìn)行響應(yīng)和交流，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步從根本上解決需求側(cè)管理希望解決的問(wèn)題。

2.3 電網(wǎng)自由接入

大地普照的陽(yáng)光為我們帶來(lái)隨處可及的可再生能源，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電、水電、生物質(zhì)發(fā)電等，但是這些可再生能源又受到各種各樣的限制，其電力品質(zhì)難以符合人類的需求，使這些可再生能源電力接入系統(tǒng)成為麻煩[3]。需要電的時(shí)候沒(méi)有電，不需要時(shí)又滾滾而來(lái)。對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)授電式的電網(wǎng)，這樣的電能常常被稱之為“垃圾電能”，大量接入系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)安全和其他電源的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都構(gòu)成災(zāi)難。

3 中國(guó)特色的智能電網(wǎng)

3.1 中國(guó)電網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

中國(guó)從1998的“兩改一同價(jià)”工程開始，陸續(xù)在電網(wǎng)建設(shè)與改造上投入了大量資金，電網(wǎng)的覆蓋面、供電能力以及設(shè)備的數(shù)字化程度都較以前大幅度提高。我國(guó)早已完成220kV輸電線路的光纖化通訊，110kV的輸電線路及變電站基本也采用了光纖通訊，在許多更低等級(jí)的輸電線路和變電站，甚至開閉站上都采用的各種先進(jìn)的通訊控制手段，又建成了具有長(zhǎng)距離、大容量輸電特征的特高壓輸電線路。中國(guó)電網(wǎng)是全球最先進(jìn)的電網(wǎng)之一，特高壓輸電、電網(wǎng)廣域相量測(cè)量、繼電保護(hù)和電網(wǎng)調(diào)度等多項(xiàng)技術(shù)和應(yīng)用處于國(guó)際領(lǐng)先地位，信息智能化控制管理水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)，甚至歐洲、日本，電網(wǎng)反應(yīng)速度已經(jīng)達(dá)到毫秒級(jí)，跨大區(qū)域的統(tǒng)一電網(wǎng)正在逐步形成，這些都是美國(guó)在未來(lái)10～20年的奮斗目標(biāo)。中國(guó)電網(wǎng)起點(diǎn)高，實(shí)現(xiàn)智能化更容易。

3.2 堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)

3.2.1 背景

我國(guó)能源資源與生產(chǎn)力逆向分布，煤炭資源保有儲(chǔ)量的76%分布在西部與北部地區(qū)，80%的水能資源分布在西南部地區(qū)，但75%以上的能源需求集中在東中部地區(qū)?！叭薄钡貐^(qū)的大煤電、大水電以及大型可再生能源等基地距離東部負(fù)荷中心在1000km以上，基地電力外送規(guī)模大、距離遠(yuǎn)，而現(xiàn)有電網(wǎng)的大容量、遠(yuǎn)距離輸送能力有限，且輸電走廊利用率較低、網(wǎng)損較大，難以適應(yīng)國(guó)家能源政策及行業(yè)發(fā)展需要。面臨負(fù)荷迅速增長(zhǎng)的形勢(shì)，有必要進(jìn)一步提高現(xiàn)有電網(wǎng)的輸送能力。因此，具有長(zhǎng)距離、大容量、低損耗功效的特高壓輸電成為中國(guó)智能電網(wǎng)的理想選擇[4]。

3.2.2 定義

中國(guó)特色智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為主干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，利用先進(jìn)的通信信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，同時(shí)在管理上實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2.3 內(nèi)涵[5]

(1)堅(jiān)強(qiáng)可靠，即具有堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應(yīng)。(2)經(jīng)濟(jì)高效，即提高電網(wǎng)運(yùn)行和輸送效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用。

(3)清潔環(huán)保，即促進(jìn)可再生能源發(fā)展與利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清潔電能在終端能源消費(fèi)中的比重。

(4)透明開放，即電網(wǎng)、電源和用戶的信息透明共享，電網(wǎng)無(wú)歧視開放。

(5)友好互動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活調(diào)整，友好兼容各類電源和用戶的接入與退出，促進(jìn)發(fā)電企業(yè)和用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 構(gòu)建基于通信標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)互動(dòng)架構(gòu)系統(tǒng)

包括變電站自動(dòng)化、需求側(cè)管理、輸配電自動(dòng)化、建立有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、建立靈活交流輸電、可視化輔助決策、完善電力無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、解決電力線載波通訊、建立復(fù)合光纖電纜系統(tǒng)等等。

3.3.2 構(gòu)建基于全網(wǎng)的智能測(cè)量系統(tǒng)

包括先進(jìn)的微傳感器、遠(yuǎn)程抄表設(shè)備、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和負(fù)荷管理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障檢測(cè)、電力消費(fèi)預(yù)測(cè)、電力系統(tǒng)互動(dòng)自動(dòng)控制管理等。

3.3.3 構(gòu)建基于超導(dǎo)技術(shù)的電網(wǎng)沖擊保護(hù)設(shè)備、超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)穩(wěn)定電壓系統(tǒng)等組件

目前的dSVC解決方案就是一種解決柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）的方案，這個(gè)方案可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸出，可以快速地處理電能質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償以保持電壓恒定，有效保護(hù)系統(tǒng)免受電壓快速下降和閃變的影響。智能電網(wǎng)的發(fā)展還可以推動(dòng)超導(dǎo)技術(shù)更大規(guī)模地在電網(wǎng)中使用。

3.3.4 其他系統(tǒng)

包括智能電表和電光終端管理設(shè)備、相量測(cè)量技術(shù)和同步相量測(cè)量裝置、廣域測(cè)量系統(tǒng)、其他智能網(wǎng)組合設(shè)備、中央數(shù)據(jù)管理和分級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、電力光纖復(fù)合線纜終端及網(wǎng)絡(luò)管理體系、國(guó)際化的互動(dòng)電力管理軟件系統(tǒng)、電力線通訊系統(tǒng)管理和控制、符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)體系運(yùn)轉(zhuǎn)、與其他數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)重新匹配優(yōu)化組合和運(yùn)轉(zhuǎn)等，從而構(gòu)成比較完備的互動(dòng)電網(wǎng)流程體系。

3.4 發(fā)展戰(zhàn)略

2009年5月21日，國(guó)家電網(wǎng)公司劉振亞總經(jīng)理在“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上宣布了建設(shè)中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略[6]，這一重大戰(zhàn)略決策將有力地推動(dòng)中國(guó)智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)，尤其在當(dāng)前金融危機(jī)嚴(yán)重影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的特殊時(shí)期更具有重大意義。

3.4.1 戰(zhàn)略方針

鑒于智能電網(wǎng)建設(shè)的系統(tǒng)性、長(zhǎng)期性和廣泛性，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)在基本原則方面，堅(jiān)持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)；在建設(shè)管理方面，堅(jiān)持統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)；在技術(shù)推進(jìn)方面，堅(jiān)持以發(fā)展為主線，加快建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)；在具體實(shí)施方面，突出體系建設(shè)，以信息通信為平臺(tái)，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等各環(huán)節(jié)相互銜接、整體推進(jìn)。

3.4.2 “一特四大”的電網(wǎng)架構(gòu)

以大型能源基地為依托,建設(shè)由1000kV交流和±800kV直流構(gòu)成的特高壓電網(wǎng),形成電力“高速公路”,促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發(fā),在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

建設(shè)大煤電基地，可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源集約開發(fā)，有助于電力企業(yè)、煤炭企業(yè)成為利益共同體，從而有利于解決煤電矛盾，緩解鐵路運(yùn)力緊張；大水電、大核電基地建設(shè)周期長(zhǎng)，可為下一輪經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來(lái)的電力需求增長(zhǎng)做好充分準(zhǔn)備；建設(shè)大可再生能源和綠色能源基地，是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的必由之路。

到2020年國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓電網(wǎng)輸送容量將超過(guò)2.6億千瓦，將減少發(fā)電裝機(jī)約2500萬(wàn)千瓦，每年減少東部地區(qū)煤炭和鐵路運(yùn)輸量4.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳約13.7億噸、二氧化硫約1075萬(wàn)噸、氮氧化物約140萬(wàn)噸。

3.4.3 戰(zhàn)略舉措

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)將通過(guò)三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，總投資預(yù)計(jì)超過(guò)4萬(wàn)億，第一階段投資5500億元，第二階段投資2萬(wàn)億元，第三階段投資1.7萬(wàn)億元。

(1)規(guī)劃試點(diǎn)階段(2009～2010年)

重點(diǎn)制定發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開展技術(shù)和設(shè)備研發(fā)及各環(huán)節(jié)試點(diǎn)工作。

主要目標(biāo)：特高壓“兩縱兩橫”加快建設(shè)，向家壩～上海±800kV直流、寧東～山東±660kV直流建成，西北750kV電網(wǎng)“十一五”規(guī)劃完成；高級(jí)調(diào)度系統(tǒng)在各網(wǎng)省局試點(diǎn)，調(diào)度系統(tǒng)市場(chǎng)增長(zhǎng)30%以上；全數(shù)字化變電站大面積試點(diǎn)，數(shù)字化開關(guān)和數(shù)字化互感器得到試用；750kV柔性輸電建成示范工程，百兆級(jí)SVG和500kV短路電流限制器研制并建設(shè)示范工程；用電管理采集系統(tǒng)在公用變、商業(yè)用戶和大客戶全面建設(shè)；分布式電源接入方案，實(shí)用性配電自動(dòng)化系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)研發(fā)試點(diǎn)。

(2)全面建設(shè)階段(2011～2015年)

加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用。

主要目標(biāo)：高級(jí)調(diào)度系統(tǒng)全面推廣，原有調(diào)度系統(tǒng)更新、升級(jí)；全數(shù)字化變電站全面建設(shè)；500kV短路電流限制器大規(guī)模采用，靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器、統(tǒng)一潮流控制器示范應(yīng)用；智能電表和用電信息采集系統(tǒng)大規(guī)模深入到居民小區(qū)，雙向互動(dòng)在大城市得到推廣；配電管理和配電自動(dòng)化全面推廣應(yīng)用，分布式電源接入。

(3)引領(lǐng)提升階段(2016～2020年)

全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，技術(shù)和裝備全面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

主要目標(biāo)：高級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、全數(shù)字化變電站成為標(biāo)準(zhǔn)配置；柔性輸電技術(shù)全面應(yīng)用；智能電表全面覆蓋，雙向互動(dòng)，智能家電走入家庭；自愈、靈活、可調(diào)度智能配電網(wǎng)建成；分布式能源、實(shí)用型儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車充電站在主要城市廣泛應(yīng)用。

4 擁有智能電網(wǎng)的將來(lái)

對(duì)于大多數(shù)普通人來(lái)講，未來(lái)的某一天，你下班回到家中，朝南的百葉窗上鑲嵌著的太陽(yáng)能電池板飽飽地“吸足”了太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)換成的電能足夠你用一整個(gè)晚上，洗澡、用電飯煲電磁爐做一頓可口的晚餐、開空調(diào)吹涼風(fēng)、再打開電腦寫幾份文件[7]……電能還用不完怎么辦？不要緊，通過(guò)智能電網(wǎng)的控制，你家“多出來(lái)”的電能可以“上傳”至整個(gè)小區(qū)的電能“局域網(wǎng)”。

對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)講，智能電網(wǎng)可以減少發(fā)電、輸電及配電過(guò)程中的電能耗損，降低電力公司能源成本，降低發(fā)電過(guò)程中的二氧化碳排放量。同時(shí)提高綜合管理水平，提高企業(yè)資源利用率，提供實(shí)施的準(zhǔn)確信息以實(shí)現(xiàn)科學(xué)的規(guī)劃以決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)成本控制。

5 結(jié)語(yǔ)

由于各個(gè)國(guó)家能源和用戶分布以及電網(wǎng)情況各不相同，各國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的認(rèn)識(shí)和理解并不統(tǒng)一，但利用現(xiàn)代信息技術(shù)、控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化已成為普遍的共識(shí)[8]。智能電網(wǎng)作為高效、節(jié)能、環(huán)保的新一代的供電技術(shù)，代表電力系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義巨大。在中國(guó)，堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)在電力供應(yīng)中各方面問(wèn)題將逐步趨向成熟，以更快的速度拓展其應(yīng)用范圍。在不久的將來(lái)，智能電網(wǎng)會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，替代傳統(tǒng)技術(shù)，已成為身處諸多領(lǐng)域的專家的共識(shí)，一場(chǎng)能源革命已經(jīng)清晰地展現(xiàn)明亮的光芒。

[1]謝開,劉永奇,朱治中,等.面向未來(lái)的智能電網(wǎng)[J].中國(guó)電力,2008,41(6):19-22.

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