智能电网渐行渐近

■ 上海大学 马年骏

0 引言

2009年初，美国奥巴马政府推出了以发展智能电网为重要突破口的能源新政，顿时，世界各国对发展智能电网的关注度迅速升温，能源变革和智能电网成为全球能源界热议的焦点。实际上，各国电网的发展本身就是一个不断智能化的过程，从传统电网到现代电网，智能化水平在逐步提高，而电网智能化水平的提高，将直接导致能源效率的提高。如果建设智能电网成为世界未来的战略目标，那末智能电网将会有很快的推进速度和发展，如同当年的互联网一样迅速风靡全球。

1 智能电网概述

智能电网即指电网的“智能化”，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[1]。

智能电网的整体目标是减少电网对环境的影响，包括节能和提高效率、提高可再生能源的使用率、采用新的技术，而智能电网把这些工作融为一体，使城市的清洁能源目标的实现成为可能。

2 智能电网赋予我们的财富

2.1 精确供能

通过电子感应、探测、遥控等信息技术对需求进行实时跟踪，并进行智能化的分析、控制，实现精确供能。在人们需要的地方，需求能源的形式，以实际需求的量度，针对性地进行能源供应，摆脱了我们长期以来靠人的自觉性节能的被动方式，使人们的生活质量在不受影响的状态下，甚至更舒适，靠信息技术进步将能源节约下来。

2.2 需求侧管理[2]

在目前电力体制的利益格局下，需求侧管理对于优化用电结构，平衡系统运行的贡献难以发挥，也难以奏效。而依靠信息智能控制技术，将需求侧管理融入到每一个电器产品设计上和系统的构置上，并使终端可以与电网及分布式能源进行响应和交流，通过技术进步从根本上解决需求侧管理希望解决的问题。

2.3 电网自由接入

大地普照的阳光为我们带来随处可及的可再生能源，太阳能发电、风电、水电、生物质发电等，但是这些可再生能源又受到各种各样的限制，其电力品质难以符合人类的需求，使这些可再生能源电力接入系统成为麻烦[3]。需要电的时候没有电，不需要时又滚滚而来。对于传统的被动授电式的电网，这样的电能常常被称之为“垃圾电能”，大量接入系统对于电网安全和其他电源的经济运行都构成灾难。

3 中国特色的智能电网

3.1 中国电网优势

中国从1998的“两改一同价”工程开始，陆续在电网建设与改造上投入了大量资金，电网的覆盖面、供电能力以及设备的数字化程度都较以前大幅度提高。我国早已完成220kV输电线路的光纤化通讯，110kV的输电线路及变电站基本也采用了光纤通讯，在许多更低等级的输电线路和变电站，甚至开闭站上都采用的各种先进的通讯控制手段，又建成了具有长距离、大容量输电特征的特高压输电线路。中国电网是全球最先进的电网之一，特高压输电、电网广域相量测量、继电保护和电网调度等多项技术和应用处于国际领先地位，信息智能化控制管理水平远远超过美国，甚至欧洲、日本，电网反应速度已经达到毫秒级，跨大区域的统一电网正在逐步形成，这些都是美国在未来10～20年的奋斗目标。中国电网起点高，实现智能化更容易。

3.2 坚强智能电网

3.2.1 背景

我国能源资源与生产力逆向分布，煤炭资源保有储量的76%分布在西部与北部地区，80%的水能资源分布在西南部地区，但75%以上的能源需求集中在东中部地区。“三北”地区的大煤电、大水电以及大型可再生能源等基地距离东部负荷中心在1000km以上，基地电力外送规模大、距离远，而现有电网的大容量、远距离输送能力有限，且输电走廊利用率较低、网损较大，难以适应国家能源政策及行业发展需要。面临负荷迅速增长的形势，有必要进一步提高现有电网的输送能力。因此，具有长距离、大容量、低损耗功效的特高压输电成为中国智能电网的理想选择[4]。

3.2.2 定义

中国特色智能电网是以特高压电网为主干网架，各级电网协调发展，利用先进的通信信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。坚强智能电网包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节，覆盖所有电压等级，实现了“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，同时在管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化。

3.2.3 内涵[5]

(1)坚强可靠，即具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应。(2)经济高效，即提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用。

(3)清洁环保，即促进可再生能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重。

(4)透明开放，即电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放。

(5)友好互动，即实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源和用户的接入与退出，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。

3.3 关键技术

3.3.1 构建基于通信标准的电网互动架构系统

包括变电站自动化、需求侧管理、输配电自动化、建立有效的监控和数据采集系统、建立灵活交流输电、可视化辅助决策、完善电力无线网络系统、解决电力线载波通讯、建立复合光纤电缆系统等等。

3.3.2 构建基于全网的智能测量系统

包括先进的微传感器、远程抄表设备、监测系统和负荷管理技术等，实现电网故障检测、电力消费预测、电力系统互动自动控制管理等。

3.3.3 构建基于超导技术的电网冲击保护设备、超导限流器、超导稳定电压系统等组件

目前的dSVC解决方案就是一种解决柔性交流输电技术（FACTS）的方案，这个方案可以动态实时地调节输出，可以快速地处理电能质量问题，实现动态无功补偿以保持电压恒定，有效保护系统免受电压快速下降和闪变的影响。智能电网的发展还可以推动超导技术更大规模地在电网中使用。

3.3.4 其他系统

包括智能电表和电光终端管理设备、相量测量技术和同步相量测量装置、广域测量系统、其他智能网组合设备、中央数据管理和分级调度系统、电力光纤复合线缆终端及网络管理体系、国际化的互动电力管理软件系统、电力线通讯系统管理和控制、符合国际标准的电网体系运转、与其他数据库系统重新匹配优化组合和运转等，从而构成比较完备的互动电网流程体系。

3.4 发展战略

2009年5月21日，国家电网公司刘振亚总经理在“2009特高压输电技术国际会议”上宣布了建设中国坚强智能电网的发展战略[6]，这一重大战略决策将有力地推动中国智能电网的研究和建设，尤其在当前金融危机严重影响我国经济的特殊时期更具有重大意义。

3.4.1 战略方针

鉴于智能电网建设的系统性、长期性和广泛性，坚强智能电网建设在基本原则方面，坚持统一规划、统一标准、统一建设；在建设管理方面，坚持统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进；在技术推进方面，坚持以发展为主线，加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网；在具体实施方面，突出体系建设，以信息通信为平台，发电、输电、变电、配电、用电和调度等各环节相互衔接、整体推进。

3.4.2 “一特四大”的电网架构

以大型能源基地为依托,建设由1000kV交流和±800kV直流构成的特高压电网,形成电力“高速公路”,促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发,在全国范围内实现资源优化配置。

建设大煤电基地，可以实现煤炭资源集约开发，有助于电力企业、煤炭企业成为利益共同体，从而有利于解决煤电矛盾，缓解铁路运力紧张；大水电、大核电基地建设周期长，可为下一轮经济快速发展带来的电力需求增长做好充分准备；建设大可再生能源和绿色能源基地，是能源结构调整的必由之路。

到2020年国家电网公司特高压电网输送容量将超过2.6亿千瓦，将减少发电装机约2500万千瓦，每年减少东部地区煤炭和铁路运输量4.8亿吨标准煤，减排二氧化碳约13.7亿吨、二氧化硫约1075万吨、氮氧化物约140万吨。

3.4.3 战略举措

坚强智能电网的建设将通过三个阶段实现，总投资预计超过4万亿，第一阶段投资5500亿元，第二阶段投资2万亿元，第三阶段投资1.7万亿元。

(1)规划试点阶段(2009～2010年)

重点制定发展规划、技术和管理标准，开展技术和设备研发及各环节试点工作。

主要目标：特高压“两纵两横”加快建设，向家坝～上海±800kV直流、宁东～山东±660kV直流建成，西北750kV电网“十一五”规划完成；高级调度系统在各网省局试点，调度系统市场增长30%以上；全数字化变电站大面积试点，数字化开关和数字化互感器得到试用；750kV柔性输电建成示范工程，百兆级SVG和500kV短路电流限制器研制并建设示范工程；用电管理采集系统在公用变、商业用户和大客户全面建设；分布式电源接入方案，实用性配电自动化系统和配电管理系统研发试点。

(2)全面建设阶段(2011～2015年)

加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

主要目标：高级调度系统全面推广，原有调度系统更新、升级；全数字化变电站全面建设；500kV短路电流限制器大规模采用，静止同步串联补偿器、统一潮流控制器示范应用；智能电表和用电信息采集系统大规模深入到居民小区，双向互动在大城市得到推广；配电管理和配电自动化全面推广应用，分布式电源接入。

(3)引领提升阶段(2016～2020年)

全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。

主要目标：高级调度系统、全数字化变电站成为标准配置；柔性输电技术全面应用；智能电表全面覆盖，双向互动，智能家电走入家庭；自愈、灵活、可调度智能配电网建成；分布式能源、实用型储能装置、电动汽车充电站在主要城市广泛应用。

4 拥有智能电网的将来

对于大多数普通人来讲，未来的某一天，你下班回到家中，朝南的百叶窗上镶嵌着的太阳能电池板饱饱地“吸足”了太阳能，转换成的电能足够你用一整个晚上，洗澡、用电饭煲电磁炉做一顿可口的晚餐、开空调吹凉风、再打开电脑写几份文件[7]……电能还用不完怎么办？不要紧，通过智能电网的控制，你家“多出来”的电能可以“上传”至整个小区的电能“局域网”。

对于发电企业来讲，智能电网可以减少发电、输电及配电过程中的电能耗损，降低电力公司能源成本，降低发电过程中的二氧化碳排放量。同时提高综合管理水平，提高企业资源利用率，提供实施的准确信息以实现科学的规划以决策，实现企业成本控制。

5 结语

由于各个国家能源和用户分布以及电网情况各不相同，各国对智能电网的认识和理解并不统一，但利用现代信息技术、控制技术实现电网的智能化已成为普遍的共识[8]。智能电网作为高效、节能、环保的新一代的供电技术，代表电力系统的未来发展方向，其经济效益和社会意义巨大。在中国，坚强的智能电网在电力供应中各方面问题将逐步趋向成熟，以更快的速度拓展其应用范围。在不久的将来，智能电网会走进千家万户，替代传统技术，已成为身处诸多领域的专家的共识，一场能源革命已经清晰地展现明亮的光芒。

[1]谢开,刘永奇,朱治中,等.面向未来的智能电网[J].中国电力,2008,41(6):19-22.

[2]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究,2006,2(6):14-16.

[3]韩晓平.我们为什么需要智能电网[EB/OL].http://www.china5e.com.2009-08-26.

[4]特高压顺应时代发展的正确选择.国家电网报,2009-01-17.

[5]吕伟业.关于中国《智能电网》战略的若干看法[J].中国能源，2009，31(11):9-15.

[6]张文亮,刘壮志,王明俊,等.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009，33(13):1-11.

[7]唐元恺.电网变“坚强”和“聪明”[N].北京周报,2009-09-04.

[8]陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网综述[J].电网技术,2009,33(8):1-7.