穆 鋼，肖 白

（東北電力大學(xué) 現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林 132012）

智能電網(wǎng)是近年來引起學(xué)術(shù)界、工程界、經(jīng)濟(jì)界乃至政治界廣泛關(guān)注的話題，甚至被寄予了接續(xù)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)作為提振經(jīng)濟(jì)重要助推器的厚望.

來自電氣工程、信息通信、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的專家從不同角度刻劃了智能電網(wǎng)的屬性和特征.

定義1 智能電網(wǎng)其概念有廣義和狹義之分.狹義的智能電網(wǎng)也稱“分布式電網(wǎng)”，是指通過建設(shè)一定的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對電力運(yùn)營的電子化監(jiān)視，并將監(jiān)視信息在電力、電網(wǎng)公司和電力用戶三者之間實(shí)現(xiàn)共享，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電力最優(yōu)化調(diào)度、差別計(jì)費(fèi)、新能源電力的購買、故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速檢修，以及對電力用戶的分流；廣義上是指將電信光纜和電線電纜合二為一，未來將通過電纜實(shí)施電信訊號、網(wǎng)絡(luò)訊號的傳輸.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)，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化，簡稱為“堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”［1］.

定義2 智能電網(wǎng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視的完整體系，以利用各種信息提高電網(wǎng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性，為電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員提供更完整、便捷的電網(wǎng)狀態(tài)顯示界面，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行的新型電網(wǎng)［2］.

定義3 智能電網(wǎng)是指以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將先進(jìn)的現(xiàn)代傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng).以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場化發(fā)展等為目的，實(shí)現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)［3］.

定義4 智能電網(wǎng)是指一個(gè)完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個(gè)用戶和節(jié)點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動(dòng).通過廣泛應(yīng)用的分布式智能和寬帶通訊及自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成，它能保證市場交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實(shí)時(shí)互動(dòng)［4］.

4個(gè)定義中，前2個(gè)主要面向電網(wǎng)本身，側(cè)重于對現(xiàn)有電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的信息化，提高電網(wǎng)的效能和安全性；后2個(gè)主要面向用戶和市場，強(qiáng)調(diào)的是物理電網(wǎng)與現(xiàn)代信息通信技術(shù)的高度集成，進(jìn)而充分滿足用戶的需求并推動(dòng)電力市場化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)新的增值服務(wù)，保證市場交易的實(shí)時(shí)進(jìn)行和各成員間的實(shí)時(shí)互動(dòng).

分析關(guān)于智能電網(wǎng)的各種定義，可以發(fā)現(xiàn)“智能電網(wǎng)”所覆蓋的不僅限于傳統(tǒng)“電網(wǎng)”的范疇，這里“電網(wǎng)”是對電網(wǎng)所連接的電能“產(chǎn)、輸、配、用”全產(chǎn)業(yè)鏈的指代.從本質(zhì)上說，智能電網(wǎng)是由信息通信等新技術(shù)推動(dòng)的電網(wǎng)技術(shù)躍升，以確保電網(wǎng)承擔(dān)起高效清潔安全可靠的主要能源供給系統(tǒng)之使命并為各類用戶提供優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)便捷的服務(wù).智能電網(wǎng)是多種新技術(shù)乃至管理理念的集成創(chuàng)新，迄今還沒有一個(gè)可以嚴(yán)格考核的終極目標(biāo).智能電網(wǎng)所標(biāo)示的是電網(wǎng)（或能源供應(yīng)體系）技術(shù)進(jìn)步和破解發(fā)展瓶頸的方向.

1 智能電網(wǎng)發(fā)展的背景

1.1 信息通信技術(shù)的飛速發(fā)展和可再生能源開發(fā)

信息通信技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)深刻地影響了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，也極大地改變了人們的生活方式.

信息通信技術(shù)的發(fā)展，使得信息的采集、加工和傳輸變得非常廉價(jià)和便捷.在此基礎(chǔ)上，通過控制來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)性能的優(yōu)化也就有了更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性.

電網(wǎng)（電力系統(tǒng)）作為最復(fù)雜的人造系統(tǒng)，對信息的采集、加工和對系統(tǒng)的控制和優(yōu)化在電網(wǎng)發(fā)展的早期就已經(jīng)受到重視并伴隨著電網(wǎng)的發(fā)展而不斷進(jìn)步.

由于以往信息采集加工傳輸成本的限制，在電能的發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)間存在著巨大的信息化鴻溝，主干輸電網(wǎng)和重要發(fā)輸電裝備基本上能伴隨信息通信技術(shù)的發(fā)展同步推進(jìn)信息化，而配電、用電環(huán)節(jié)的信息化程度總體上很低，使得電力終端用戶很難從電網(wǎng)的角度獲得信息技術(shù)進(jìn)步的體驗(yàn)；由于資源環(huán)境的約束日益凸顯，降低化石能源發(fā)電的比重、大力發(fā)展可再生能源發(fā)電已成為電源結(jié)構(gòu)變化的必然趨勢，這給電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)控帶來了全新的挑戰(zhàn)；電能產(chǎn)供用各環(huán)節(jié)資產(chǎn)利用率亟待提高，迫切需要信息通信技術(shù)的支撐.

1.2 國外智能電網(wǎng)發(fā)展

2001年，EPRI開始“Intelligrid”（智能電網(wǎng)）研究.

2003年，美國電科院首先提出了智能電網(wǎng)研究框架，能源部（DOE）隨即發(fā)布Grid2030計(jì)劃.同年，英國工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)（EPSRC）資助的旗艦項(xiàng)目“可持續(xù)電力生產(chǎn)和供給”對智能電網(wǎng)展開了大規(guī)模、集團(tuán)式研究.

2004年，美國DOE啟動(dòng)了電網(wǎng)智能化（Grid-Wise）項(xiàng)目.

2005年，DOE 與 NETL（National Energy Technology Laboratory）合作發(fā)起了“現(xiàn)代電網(wǎng)（MGI）”研究.

2006年，歐盟智能電網(wǎng)技術(shù)論壇推出了歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)框架；發(fā)表了研究報(bào)告，全面闡述了智能電網(wǎng)（Smart Grid）的發(fā)展理念和方法［5］.

2008年，美國DOE也采用了Smart Grid這一術(shù)語，這一稱謂已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可［2］.

2009年4月，美國總統(tǒng)奧巴馬將智能電網(wǎng)提升為美國的國家戰(zhàn)略.

1.3 國內(nèi)智能電網(wǎng)發(fā)展

2008年以來，中國國家電網(wǎng)公司積極關(guān)注和跟蹤世界電網(wǎng)智能化發(fā)展的趨勢，并結(jié)合國家電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展的實(shí)際，提出了加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo).

2009年6月27日，天津大學(xué)組織第一屆智能電網(wǎng)學(xué)術(shù)論壇，相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)參與，表達(dá)了社會(huì)各界從不同角度對智能電網(wǎng)目標(biāo)以及建設(shè)任務(wù)的理解，體現(xiàn)了對智能電網(wǎng)建設(shè)的期待和關(guān)注［6］.

國內(nèi)各學(xué)術(shù)團(tuán)體和企業(yè)也組織召開了多次國際國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議研討智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展.

2 智能電網(wǎng)發(fā)展的主要推動(dòng)力

智能電網(wǎng)發(fā)展的推動(dòng)力主要有：①提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和供電可靠性，提高電網(wǎng)設(shè)備利用率，提高供電質(zhì)量；②創(chuàng)造電力用戶與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)定制的電力增值服務(wù)和用戶電能管理提供條件；③大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)，促進(jìn)節(jié)能環(huán)保，減少能源部門溫室氣體的排放；④信息通信技術(shù)的飛速發(fā)展帶來了經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的深刻變革，將在推動(dòng)電網(wǎng)升級中發(fā)揮重要作用.

智能電網(wǎng)發(fā)展要解決的優(yōu)先課題則因各國電網(wǎng)的具體情況而異.

2003年8月14日發(fā)生的美加大停電事故，不僅給電網(wǎng)及相關(guān)企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失，也產(chǎn)生了很嚴(yán)重的社會(huì)影響.事故引起分析和反思已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電力工程界，使得美國在推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)時(shí)更關(guān)注遭受擾動(dòng)后電網(wǎng)的自愈能力.

歐洲等國為了解決電力設(shè)施老化、跨歐電力市場建設(shè)，以及減小環(huán)境污染而推動(dòng)智能電網(wǎng)的研究，分布式能源和可再生能源接入是研究重點(diǎn).

由于中國一次能源和負(fù)荷中心的分配極不均衡，電網(wǎng)承擔(dān)著將能源基地的電能傳送到主要負(fù)荷中心的重任，因此，中國智能電網(wǎng)建設(shè)就強(qiáng)調(diào)了主干網(wǎng)架發(fā)展建設(shè)的任務(wù).

3 智能電網(wǎng)發(fā)展的制約

智能電網(wǎng)畢竟不能從零開始建設(shè)，是在既有電網(wǎng)基礎(chǔ)上建設(shè)和發(fā)展的.與其他行業(yè)由信息化推動(dòng)的革命性變化相比，智能電網(wǎng)發(fā)展面臨著一些特殊制約.例如：電網(wǎng)具有先天的行業(yè)壟斷性，規(guī)模經(jīng)濟(jì)增長空間相對較小，不可能像家用電器行業(yè)市場擴(kuò)容之迅猛；電力的產(chǎn)品形態(tài)相對固定，加上其兼有公共服務(wù)的屬性，使其創(chuàng)新增值模式的難度較大，不如電信業(yè)和高速鐵路（高鐵由于運(yùn)速的提高其票價(jià)可以數(shù)倍于普通鐵路票價(jià)，這在電力產(chǎn)品中恐難以實(shí)現(xiàn)）；上游產(chǎn)品成本制約，電力產(chǎn)品終端供給的降價(jià)潛力較小，遠(yuǎn)不如芯片業(yè).因此，向外部轉(zhuǎn)嫁發(fā)展智能電網(wǎng)成本的空間很有限.

在發(fā)展智能電網(wǎng)的過程中，也需要進(jìn)行審慎的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，盲目的追高求全可能會(huì)使智能電網(wǎng)的發(fā)展誤入歧途.性能指標(biāo)最高的技術(shù)不一定是最好的技術(shù).例如：“航天飛機(jī)”、“協(xié)和式客機(jī)”和“銥星電話”在各自的領(lǐng)域內(nèi)都是具有最高技術(shù)指標(biāo)的產(chǎn)品，但它們都因?yàn)椴痪哂谐志玫慕?jīng)濟(jì)競爭力而遭淘汰，成為過眼煙云.

工程技術(shù)與科學(xué)研究的重要區(qū)別就在于前者更關(guān)注經(jīng)濟(jì)合理性，適合階段、解決問題、創(chuàng)造效益的技術(shù)才是最好的技術(shù).因此，在選擇智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)和技術(shù)路徑時(shí)，特別要重視提高技術(shù)水平的成本和收益之間的均衡分析.

4 智能電網(wǎng)的前沿技術(shù)

智能電網(wǎng)的前沿技術(shù)體現(xiàn)在以下領(lǐng)域：

1）發(fā)電領(lǐng)域.核聚變發(fā)電、海洋發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、高空風(fēng)力發(fā)電.

2）輸電領(lǐng)域.新型直流輸電、柔性輸電（FACTS）技術(shù)、特殊用途的無線輸電、光纖輸電.

3）變電領(lǐng)域.智能變電站、主要變電設(shè)備的狀態(tài)感知與監(jiān)測、基于全壽命周期管理的變電設(shè)備狀態(tài)檢修.

4）配電領(lǐng)域.多能供給協(xié)調(diào)的微網(wǎng)技術(shù)、電動(dòng)汽車充放電設(shè)施的能量管理技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù).

5）用電領(lǐng)域.基于信息雙向互動(dòng)的定制化用電技術(shù)，樓宇／家庭綜合能量管理與優(yōu)化.

6）電網(wǎng)調(diào)度.大電網(wǎng)智能運(yùn)行控制技術(shù)、大型可再生能源及分布式能源接入控制技術(shù)［7］.

5 大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的輸送和消納

5.1 大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電集中入網(wǎng)帶來的問題

近年來，中國可再生能源發(fā)電快速發(fā)展，中國的風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)躍居世界第一位.中國規(guī)劃的8個(gè)千萬千瓦級風(fēng)電基地建設(shè)正在穩(wěn)步推進(jìn)，部分省級電網(wǎng)的風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)接近總裝機(jī)容量的20%.

風(fēng)能具有間歇性和波動(dòng)性，大規(guī)模風(fēng)電集中聯(lián)網(wǎng)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來了諸多挑戰(zhàn).包括：風(fēng)電功率的間歇性導(dǎo)致的寬運(yùn)行范圍的有功、無功平衡和頻率電壓調(diào)節(jié)問題；風(fēng)電快速變化帶來的調(diào)峰容量和調(diào)峰速率問題；輸送低能量密度的風(fēng)電導(dǎo)致輸電元件資產(chǎn)利用率低的問題；輸電系統(tǒng)建設(shè)滯后導(dǎo)致的風(fēng)電場并網(wǎng)難或棄風(fēng)損失問題；大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電的消納問題.

5.2 大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電集中入網(wǎng)問題的解決

在電源、電網(wǎng)和負(fù)荷側(cè)多管齊下，綜合施策.

1）在電源側(cè)做到“發(fā)得好”.

加強(qiáng)風(fēng)電功率預(yù)測研究，降低運(yùn)行時(shí)需匹配的調(diào)節(jié)功率；研究追蹤預(yù)測曲線的風(fēng)電場有功控制方法，降低隨機(jī)波動(dòng)性；研究大規(guī)模風(fēng)電基地多電壓級集電系統(tǒng)無功電壓調(diào)控方法；多種電源組合打捆外送，提高輸電效益；研究提高傳統(tǒng)發(fā)電方式調(diào)峰能力的方法和激勵(lì)政策；研究大規(guī)模儲(chǔ)能在風(fēng)、光發(fā)電中的應(yīng)用.

2）在電網(wǎng)側(cè)做到“送得出”.

研究考慮風(fēng)電功率波動(dòng)特性并兼顧電網(wǎng)安全、提高輸電資產(chǎn)收益率并補(bǔ)償電網(wǎng)阻塞損失的風(fēng)電外送輸電綜合優(yōu)化規(guī)劃方法［8］.研究考慮風(fēng)電波動(dòng)對電網(wǎng)運(yùn)行影響的評價(jià)方法，克服現(xiàn)有的單純以穿透率來評價(jià)風(fēng)電影響的缺陷；基于統(tǒng)計(jì)方法建立風(fēng)電對電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行影響的評估方法；建立應(yīng)對大規(guī)模風(fēng)電接入的電網(wǎng)有功、無功調(diào)控策略.通過優(yōu)化調(diào)度提高既有電網(wǎng)接納和服務(wù)于可再生能源發(fā)電入網(wǎng)的能力，發(fā)揮大電網(wǎng)的容量優(yōu)勢，充分挖掘和運(yùn)用水電的調(diào)節(jié)潛力.研究鼓勵(lì)電網(wǎng)接收可再生能源發(fā)電的政策和技術(shù)措施，規(guī)定區(qū)域電網(wǎng)消納可再生能源發(fā)電的最低比重.

3）在負(fù)荷側(cè)做到“用得巧”.

通過智能電網(wǎng)平臺(tái)增加可再生能源發(fā)電的消費(fèi)比重.例如：大力開發(fā)可時(shí)移、可調(diào)控的用電負(fù)荷（電動(dòng)汽車，熱，冷）；發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的可再生能源發(fā)電出力信號發(fā)布機(jī)制，對與可再生能源發(fā)電同步消長的用電負(fù)荷給予政策激勵(lì)，建立可時(shí)移負(fù)荷的自主調(diào)控模式和控制系統(tǒng).這樣就可以通過部分負(fù)荷對可再生能源發(fā)電的追蹤，對沖可再生能源發(fā)電波動(dòng)的不利影響.

4）探索新的風(fēng)／光電多聯(lián)產(chǎn)模式.

在大規(guī)模風(fēng)／光電場群區(qū)域內(nèi)建設(shè)用能密集型新產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)能量密集易轉(zhuǎn)換型產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)風(fēng)／光能的綜合利用，減輕風(fēng)／光電波動(dòng)對電網(wǎng)的影響.例如，提水，制氫，壓縮空氣，制熱，制冷，海水淡化等.即將大型風(fēng)／光電場群建設(shè)成多產(chǎn)型能源基地.

6 結(jié)語

智能電網(wǎng)作為未來電網(wǎng)（或電力系統(tǒng)）的發(fā)展方向已經(jīng)成為各界的共識(shí)，但對于智能電網(wǎng)核心特質(zhì)的描述，尚未有統(tǒng)一的定義，各方專家見仁見智.發(fā)展智能電網(wǎng)的主要推動(dòng)力來自提高電網(wǎng)安全的需求、雙向信息互動(dòng)的需求、信息通信技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)和大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電入網(wǎng)的需求.在推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)升級時(shí)，應(yīng)注意審慎的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使智能電網(wǎng)的發(fā)展能實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、多贏的目標(biāo).

［1］胡曉煒，苑玉山.基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的智能電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)研究［J］.中國電力教育，2009（12）：263-264.

HU Xiao-wei，YUAN Yu-shan.Research on GIS based smart grids planning system［J］.China Electric Power Education，2009（12）：263-264.

［2］史衛(wèi)江，曹榮新，曹增新.智能電網(wǎng)綜述［J］.華北電力技術(shù)，2010（5）：40-43.

SHI Wei-jiang，CAO Rong-xin，CAO Zeng-xin.Review of Smart Grid［J］.North China Electric Power，2010（5）：40-43.

［3］宋永華，楊霞.以智能電網(wǎng)解決21世紀(jì)電力供應(yīng)面臨的挑戰(zhàn)［J］.能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，21（6）：1-8.

SONG Yong-hua，YANG Xia.Smart Grid：The solution to challenges of power supply in the 21st century［J］.E-lectric Power Technologic Economics，2009，21（6）：1-8.

［4］余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（1）：7-11.

YU Yi-xin，LUAN Wen-peng.Smart Grid［J］.Power System and Clean Energy，2009，25（1）：7-11.

［5］European Commission.European technology platform Smart Grids：Vision and strategy for Europe's electricity networks of the future［EB／OL］.http：／／www.smartgrids.eu，2006-04-07.

［6］周士平.智能電網(wǎng)及國內(nèi)近期發(fā)展概述［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（1）：1-5.

ZHOU Shi-ping.Smart Grid and an overview of recent developments in China［J］.Journal of Hubei University of Technology，2010，25（1）：1-5.

［7］宋曉芳，薛峰，李威，等.智能電網(wǎng)前沿技術(shù)綜述［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，31（7）：1-4.

SONG Xiao-fang，XUE Feng，LI Wei，et al.Summary of cutting-edge technologies for Smart Grid［J］.Telecommunications for Electric Power System，2010，31（7）：1-4.

［8］穆鋼，崔楊，嚴(yán)干貴.確定風(fēng)電場群功率匯聚外送輸電容量的靜態(tài)綜合優(yōu)化方法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（1）：15-19.

MU Gang，CUI Yang，YAN Gan-gui.A static optimization method determine integrated power transmission capacity of clustering wind farms［J］.Proceedings of the CSEE，2011，31（1）：15-19.