王鑄城

（山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，濟(jì)南 250109）

淺談智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展展望

王鑄城

（山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，濟(jì)南 250109）

本文通過對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展歷史、特點(diǎn)和國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展和研究成果進(jìn)行分析總結(jié)，針對(duì)電力系統(tǒng)中普遍存在的一些問題，提出了智能電網(wǎng)的若干關(guān)鍵技術(shù)。

智能電網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展展望

1 簡述

1.1 智能電網(wǎng)概念的產(chǎn)生

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通信技術(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)。通過集成廣泛應(yīng)用分布式智能、寬帶通信以及自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實(shí)時(shí)互動(dòng)，使電網(wǎng)的可靠安全、經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好等主要目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

2001年初，意大利國家電力公司進(jìn)行了3000萬臺(tái)智能電表就安裝和改造，并建成了智能化且實(shí)現(xiàn)了峰谷平計(jì)量功能的計(jì)量網(wǎng)絡(luò)。2005，加拿大的Mark Campbell發(fā)明了一種技術(shù)，它利用“群體行為”原理協(xié)調(diào)建筑物中的電氣設(shè)備，減少建筑物在高峰期的耗電量。他還發(fā)明了一種無線控制器，可以連接大樓里所有的電器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)有效的控制，這個(gè)技術(shù)實(shí)際上是目前熱門的"智能電網(wǎng)"的一種，賦予電器于智能，提高能源利用效率。2006年，美國IBM公司與專業(yè)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了全球電力企業(yè)“智能電網(wǎng)”解決方案。從技術(shù)的角度可以使用傳感器、儀表、數(shù)字控制和分析工具，自動(dòng)監(jiān)控發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和整合，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析和挖掘數(shù)據(jù)，主要是解決電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高安全可靠性，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的優(yōu)化管理。這標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式產(chǎn)生。

1.2 智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)

（1）堅(jiān)強(qiáng)與自愈。在電力系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)和故障時(shí)，智能電網(wǎng)仍能保持對(duì)用戶的供電能力，并保證不會(huì)發(fā)生大面積停電事故，能夠有效抵御自然災(zāi)害或人為的外力破壞，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，確保電力信息安全。自愈性表現(xiàn)在智能電網(wǎng)具有能夠?qū)崟r(shí)、在線、連續(xù)地進(jìn)行安全評(píng)估和分析的能力以及預(yù)警和預(yù)防控制能力，能夠自動(dòng)檢測、分析故障，實(shí)現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)。

（2）兼容與整合。可以容納集中式發(fā)電、分布式發(fā)電等多種不同類型的電源有序、合理地接入智能電網(wǎng)，滿足用戶多樣化的電力需求。能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶的互動(dòng)，為用戶提供增值服務(wù)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)信息可以采用統(tǒng)一的平臺(tái)和模型高度集成、共享和整合，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和精益化管理要求。

（3）經(jīng)濟(jì)與優(yōu)化。支持電力運(yùn)營和電力交易的有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)資源合理配置，提高能源利用效率，減少電能損耗。能夠優(yōu)化電能結(jié)構(gòu)，用戶的電能質(zhì)量將得到有效保證，降低投資運(yùn)行維護(hù)成本。

2 國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 美國

美國在2001首次提出智能電網(wǎng)規(guī)劃的概念。2003年規(guī)劃了智能電網(wǎng)藍(lán)圖和項(xiàng)目實(shí)施路線圖，這也標(biāo)志著美國對(duì)智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)正式開始；2009年2月，美國總統(tǒng)奧巴馬將國家智能晉升為國家戰(zhàn)略，將每年1200億美元對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的升級(jí)，建立橫跨四個(gè)時(shí)區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)，美國發(fā)布了第一批智能電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。美國發(fā)展智能電網(wǎng)專注于配電和電力，推動(dòng)可再生能源發(fā)展，注重商業(yè)模式創(chuàng)新和加強(qiáng)客戶服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)、可再生能源和分布式系統(tǒng)集成（化）、傳輸?shù)目煽啃院桶踩刂葡到y(tǒng)。美國政府重點(diǎn)推進(jìn)智能電網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，制定了“2010-2014年智能電網(wǎng)發(fā)展的跨年度項(xiàng)目計(jì)劃”，旨在全面建立智能電網(wǎng)的研究和發(fā)展項(xiàng)目，進(jìn)一步促進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用、發(fā)電、輸電、配電和電力系統(tǒng)的優(yōu)化管理。

2.2 歐洲

目前，歐洲國家憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)，在電力發(fā)展中不斷加快了智能電網(wǎng)的應(yīng)用改造，開發(fā)了智能電網(wǎng)的研究和試點(diǎn)項(xiàng)目，英國、法國和德國和其他國家的泛歐洲電網(wǎng)互聯(lián)的發(fā)展很快，部分電網(wǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，而荷蘭和丹麥等國家重點(diǎn)推動(dòng)和發(fā)展了風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)的廣泛運(yùn)用。2009年在歐盟舉行了圓桌會(huì)議，進(jìn)一步明確要依靠智能電網(wǎng)技術(shù)，將海上風(fēng)電和太陽能發(fā)電并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模集成技術(shù)的跨越式大發(fā)展，歐盟計(jì)劃在2020年完成減排目標(biāo)的關(guān)鍵。

2.3 我國

近年來，我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求不斷增加，電網(wǎng)供電能力有了大幅度的提高。現(xiàn)在，我國在智能電網(wǎng)技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了很多的研究，輸電技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，同時(shí)也積極研究和探索在配電領(lǐng)域的智能應(yīng)用技術(shù)。2007，我國華東電網(wǎng)開始研究交互式智能電網(wǎng)項(xiàng)目可行性，以提高大電網(wǎng)安全運(yùn)行穩(wěn)定性，開始構(gòu)建了高級(jí)調(diào)度中心和智能電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目統(tǒng)一信息平臺(tái)。2008年我國華北電網(wǎng)開始了智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)，致力于建設(shè)智能調(diào)度系統(tǒng)，建設(shè)智能電網(wǎng)信息架構(gòu)，研究與開發(fā)清潔能源關(guān)鍵技術(shù)，為智能電網(wǎng)建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。2009年初，國電網(wǎng)公司推出的一系列重要研究課題，積極探索國內(nèi)外智能電網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)發(fā)展，結(jié)合智能電網(wǎng)研究現(xiàn)狀，分析中國特色的智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，制定我國技術(shù)框架和實(shí)施計(jì)劃。2013年5月，中國電力協(xié)會(huì)和國家聯(lián)合電網(wǎng)公司召開專門會(huì)議，正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)綜合標(biāo)準(zhǔn)化試點(diǎn)工作。

3 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 建立堅(jiān)強(qiáng)、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的前提。我國電網(wǎng)的一次結(jié)構(gòu)還比較薄弱，因此建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常重要，這可以兼容可再生能源接入電網(wǎng)時(shí)對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生的沖擊。由于我國電力能源的分布與電網(wǎng)布局很不平衡，因此，一定要實(shí)施建設(shè)特高壓電網(wǎng)工程、直流電網(wǎng)工程、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)輸電網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工程，進(jìn)一步優(yōu)化和提高特高壓電網(wǎng)和各級(jí)電網(wǎng)相關(guān)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電網(wǎng)互聯(lián)，主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求也要相應(yīng)地提高。因此，為應(yīng)對(duì)極端氣候和社會(huì)環(huán)境等突發(fā)性事件對(duì)電網(wǎng)安全的影響，就必須建立一個(gè)堅(jiān)強(qiáng)、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)(拓?fù)?，以解決電網(wǎng)存在的嚴(yán)重的安全穩(wěn)定性與脆弱性等方面問題。

3.2 可再生能源和分布式能源的接入技術(shù)

目前，我國的風(fēng)力、生物質(zhì)、太陽能光伏和地?zé)岬劝l(fā)電項(xiàng)目，主要集中在偏遠(yuǎn)地區(qū)。由于地理分布不平衡，可能容易受到天氣的影響很大，它的波動(dòng)性和間歇性，這將會(huì)對(duì)電網(wǎng)供電的可靠性產(chǎn)生影響。這些可再生能源的大規(guī)模開發(fā)產(chǎn)生的間歇性、不確定性問題，當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)無法適應(yīng)和解決，難以保證電源的接入和傳輸距離遠(yuǎn)的規(guī)模，這將嚴(yán)重影響電網(wǎng)接入各種可再生能源電源和分布式能源電源。

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高速、雙向的電力數(shù)據(jù)的讀取和可再生能源接入電網(wǎng)系統(tǒng)，我們必須以分布式可再生能源發(fā)電為基礎(chǔ)構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（主要包括智能能量管理系統(tǒng)、分布式可再生能源、儲(chǔ)能裝置、變流裝置和智能終端等部分）。智能能量管理系統(tǒng)提供的操作平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)可視化，不但可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的能量管理，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源的"即插即用"，同時(shí)能自主實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行和并網(wǎng)之間的切換；儲(chǔ)能裝置能改善電能質(zhì)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高經(jīng)濟(jì)效益；電力電子變壓器利用電力電子技術(shù)可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和控制，可使可再生能源發(fā)電達(dá)到電網(wǎng)接入要求，以實(shí)現(xiàn)"綠色變換"。

3.3 實(shí)現(xiàn)開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的電子通信系統(tǒng)

電力信息通信技術(shù)在電力系統(tǒng)配電、發(fā)電、輸電和用電各個(gè)階段的運(yùn)行過程中非常重要。所以應(yīng)將國內(nèi)外先進(jìn)的測量技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)引入到智能電網(wǎng)的建設(shè)中，以保證電網(wǎng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。為保證電力數(shù)據(jù)信息通信的問題快速及時(shí)解決，必須要在原來信息通信方式的基礎(chǔ)上，利用光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，應(yīng)用智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，逐步形成智能光纖信息通信網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)中的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)最終要與用戶終端結(jié)構(gòu)互相連接，將各種形式的電源提供給用戶。此外，在電力供應(yīng)過程中，只有利用電力信息通信系統(tǒng)，才能使智能電網(wǎng)系統(tǒng)與用戶建立通信并相互作用。

同時(shí)，智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全要求越來越重要。智能電網(wǎng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析系統(tǒng)目前的狀態(tài)，預(yù)測識(shí)別故障的早期征兆，在電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)能及時(shí)響應(yīng)，全方位覆蓋，這些都要求電子通信系統(tǒng)為電網(wǎng)運(yùn)行、綜合管理等方面提供支持。

3.4 構(gòu)建高效統(tǒng)一的應(yīng)急調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)

智能調(diào)度對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)非常重要。智能調(diào)度的終極目標(biāo)是建立基于網(wǎng)絡(luò)集成廣域保護(hù)的同步信息和急救控制，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件各種保護(hù)、控制等系統(tǒng)具有多道安全防線的綜合防御體系。智能電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)度的技術(shù)方案是將語音、視頻、數(shù)據(jù)在指揮調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行融合統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)對(duì)多系統(tǒng)的高效聯(lián)動(dòng)，保證指揮的通信的手段更為豐富，更有針對(duì)性地應(yīng)急決策，更好的保證針對(duì)各類突發(fā)狀況的應(yīng)急預(yù)案；通過系統(tǒng)內(nèi)部豐富的接口單元，將應(yīng)急調(diào)度平臺(tái)與現(xiàn)有各類辦公子系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通與共享。

4 智能電網(wǎng)發(fā)展展望

目前，歐美等發(fā)達(dá)國家都高度關(guān)注并重視大力推進(jìn)發(fā)展智能電網(wǎng)建設(shè)。世界各國未來將普遍投入巨大的科技、經(jīng)濟(jì)力量建設(shè)和發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)，全面提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，降低電力用戶的費(fèi)用，提高電力能源的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

作為當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的主要經(jīng)濟(jì)體之一，我國電網(wǎng)的發(fā)展也必將由傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)為智能電網(wǎng)。面對(duì)新形勢新挑戰(zhàn)，我國應(yīng)該加大對(duì)支撐智能電網(wǎng)新技術(shù)的進(jìn)一步研究和探索力度，積極同國內(nèi)外的高校和科研結(jié)構(gòu)開展合作交流，不但跟蹤和學(xué)習(xí)智能電網(wǎng)新技術(shù)，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)下的電網(wǎng)規(guī)劃和技術(shù)研究。智能化電網(wǎng)要以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)電力、信息、業(yè)務(wù)的高度統(tǒng)一的融合。我國國家電網(wǎng)公司已經(jīng)明確了目標(biāo)在2030年真正建成具有堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、友好互動(dòng)且具有完全自愈能力的現(xiàn)代化智能電網(wǎng)。

5 結(jié)束語

目前，我國智能電網(wǎng)建設(shè)尚處于初期研究和規(guī)劃試點(diǎn)本階段，全面實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)建設(shè)，應(yīng)對(duì)對(duì)資源環(huán)境問題帶來的挑戰(zhàn)，還是任重道遠(yuǎn)的。在未來，智能電網(wǎng)必將給各國的電力工業(yè)的變革帶來巨大的影響。我國智能電網(wǎng)的發(fā)展前景會(huì)更加廣闊，也會(huì)充滿巨大的挑戰(zhàn)，因此對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)的探討和研究尤為重要。

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[2] 面向未來的智能電網(wǎng)．華北電網(wǎng)有限公司

[3] 劉振亞編．特高壓電網(wǎng)．北京：中國經(jīng)濟(jì)出版社，2005.9

[4] 世界各國智能電網(wǎng)建設(shè)路線圖一覽．北極星智能電網(wǎng)在線，2013-8-6

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.10.019

TM7文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）10-0050-03