智能电网的实现与发展趋势

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智能电网的实现与发展趋势

冯俊青

（盐城工学院电气工程学院，江苏 盐城 224051）

摘要：本文首先介绍了智能电网的概念，通过与传统电网的比较来说明智能电网的特点。然后介绍了国内外智能电网的研究现状，在此基础上讨论智能电网的关键技术及其实现方法。最后结合智能电网的发展趋势提出构建中国智能电网的一些思考。

关键词：智能电网；自愈；电网参数。

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2010）12-0037-02

引言

智能电网就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

及可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。

5）与用户友好互动

实现与客户的智能互动，以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求。系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接，同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。

2. 智能电网国内外研究现状

2.1 国外研究现状

目前，美国、加拿大、澳大利亚以及欧洲各国都相继开展了智能电网相关研究，而其中最具代表性的是美国与欧洲。

2002年，美国电科院创立了“Intelli Grid”联盟，开展现代智能电网的研究，已提出了用于电网数据与设备集成的Intelli-Grid通信体系；2003年美国能源部“Grid2030”报告更提出了美国电网发展的远景设想，之后美国能源部先后资助了Grid Wise、Grid Works、MGI等智能电网研究计划。2006年美国IBM公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。2009年美国总统奥巴马上任伊始，就提出了以智能电网为核心的美国能源战略。美国财富杂志根据政府和业界研究估计现代化的数字电网将使美国能耗降低10%，温室气体排放量减少25%，并节省800亿美元新建电厂的费用。

欧洲国家也在积极推动智能电网技术研发与应用工作。欧盟于2005年成立了“智能电网技术论坛”；以欧洲国家为基础的国际供电会议组织(CIRED)于2008年召开了“智能电网”专题研讨会。在智能电网建设方面，意大利电力公司投资21亿欧元进行智能读表的电网改造，使其高峰负荷降低约5%，每年可节省投资近5亿欧元；法国电力公司也以智能电网作为设计方针，改造其配电自动化系统。

2.2 国内研究现状

我国对智能电网的研究与讨论起步相对较晚，但在具体的智能电网技术研发与应用方面基本与世界先进水平同步。

1)华东电网公司于2007 年在国内率先开展了智能电网可行性研究，并设计了2008—2030年“三步走”的行动计划，在2008 年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4 条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。

2)2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分——华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组验收。这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。

3)2009年中国能源专家武建东提出的 “互动电网”是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，以智能电网技术为基础，通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时

1. 智能电网的概念及特点

1.1 智能电网的概念

美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。

欧洲则采用Smart Grid的称呼，在我国也同样译成“智能电网”，欧洲在2006年推出了研究报告，全面阐述了智能电网的发展理念和思路。美国能源部在2008 年也出版了一份报告，也采用了这个术语，目前智能电网(Smart Grid)这个称谓已被全世界普遍采用。

1.2 智能电网与传统电网的区别

传统电网是一个刚性系统，即是一个垂直的多级控制机制反应迟缓，无法构建实时、可配置、可重组的系统。系统的自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余；对客户的服务简单、信息单向；系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享，整个电网的智能化程度较低。

与传统电网相比，智能电网可及时获取完整的电网信息。因此可极大地优化电网全寿命周期管理的技术体系，承载电网企业社会责任，确保电网实现最优技术、最佳可持续发展、最大经济效益、最优环境保护，从而优化社会能源配置，提高能源综合投资及利用效益。

1.3 智能电网的特点

一般来说，智能电网具有以下功能特点:1）自动化: 自愈和自适应

实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

2）安全可靠

更好地对人为或自然发生的扰动更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。

3）经济高效

优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。

4）兼容

既能适应大电源的集中接入，也支持分布式发电方式友好接入以

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2010年12月刊

连接，实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。国家电网公司提出的“建设坚强的智能化电网”，极大地推动着我国智能电网研究的发展。

未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统，取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外，还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策，编制时间表，自动控制用户内部电力使用的策略。

对于电力公司来说，参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系（WAMS）、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。这些数据依靠基于变换和数字技术的分析方法来得到。主要有傅立叶变换、小波变换、神经网络、二次变换和Prony 分析等几种基于变换的分析方法。

目前最为常见、使用最广泛的是通过嵌入式数字信号处理器进行FFT变换来测量各种电网参数。

3. 智能电网的关键技术与实现

3.1 智能电网的关键技术

智能电网需要5个主要的技术领域来实现其功能：1)通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。

2)量测技术

参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。

3)设备技术

智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。

4)控制技术

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。

5)支持技术

决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。

3.2 智能电网关键技术的实现

在智能电网的5个关键技术中，通信技术和测量技术又是重中之重，它们是智能电网的基础。限于篇幅，本文下面主要讨论这两个技术的实现方法。

1)通信技术的实现方法

在目前的情况下，利用GPRS无线通信方式来实现智能电网综合数据通信，无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是GPRS网络是由移动运营商调控系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。无论何时何地，只要有一台可以上网的电脑就能实现对各地电网参数进行监控。图1为利用GPRS进行智能电网数据通信的示意图。

4. 构建中国智能电网的技术思考

虽然美国和欧盟的智能电网发展的比较早，技术比较先进，但是国内外建设智能电网的背景和国情不同，使得中国的智能电网建设有许多方面值得思考。

中国的智能电网有三个特点。首先，中国现在还处于工业化和城镇化发展阶段，如从2008年到2020年，电力装机还要翻一番。其次，中国的资源分布和能源消费是逆向分布，这就意味着在中国的能源体系里，远距离大规模的能源运输必不可少，而且是必由之路。再次，中国还同时面临国际社会的减排压力和信息化社会带来的压力，中国虽然处于发展阶段，但是整个社会已经进入了信息化和市场化的社会发展环境，这对电力供应的质量带来很大压力。

因此，中国的智能电网应该以“坚强”的网架建设为基础，以控制为手段。“坚强”是发展的基础，是满足持续大幅度增长的发展要求；其次才是智能。在欧美智能电网概念中，宣传较多的是IBM等技术解决策略中的技术，关注的是技术的最终应用。中国的智能电网框架则是电网公司提出的，更关注用户双向互动的功能，以及怎样才能真正保证其功能的实现，这就必须在发电、输电、配电等环节都能形成互动，而不仅仅是用户和电网互动。

5. 结论

智能电网已为国际上众多国家能源决策部门及电力企业所认可。但基于不同的国情、出发点和认知，对其的发展和实施内容上各具特色。

对于国外发达国家目前关于智能电网的一些发展思想和技术思路，我们应汲取其精华，在中国智能电网建设的过程中结合国内特点，实现跨越发展。中国的智能电网发展，必须遵循中国特色进行规划实施。既要立足于目前处于发展期的现实，又要兼顾未来成熟期的前景。

参考文献:

[1]李永坚等.电能质量及其研究方法[J].湖南工程学院学报，2002.12(4).

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[4]张广鑫.智能电网的发展状况及其功能特点[J].广播电视信息，2010.5.

[5]段成刚等.新型在线实时电能质量监测设备的设计[J].电网技术，2004.28(2).

图1 智能电网通信示意图

2)测量技术的实现方法

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