智能电网关键技术综述

张红日

（山西省长治市供电公司，山西 长治 047300）

0 引言

随着电力系统的集中发电以及远距离输电工程的发展，电力系统已逐步转化为一种大型的互联网络系统，因此国内很多场合也称智能电网为互联电网。智能电网的提出，将解决传统电力系统无法解决的问题，具体体现在发电模式的转变（由污染环境的发电方式向清洁、环保的发电方式转变），不再仅仅依靠石化资源（煤、石油、天然气等），大力发展可再生资源，从根本上改变电力设备结构和设备的在线监测问题，有效改善电能质量、可靠性等。

目前无论是欧盟、美国还是亚洲地区都针对“智能电网”技术展开了研究。欧盟理事会于2006年发布了能源绿皮书，指出智能电网技术是未来电网电能质量的关键技术与发展方向。同年，美国IBM 公司也相继提出了智慧地球的概念，并就智能电网技术与相关的电力技术方案进行了研究。伴随着我国清洁能源的发展，在未来的10年～30年内，电网的优化改革将全面展开，目前我国华东电网已开展了智能电网方面的研究，预计华东电网在2030年可全面实现智能电网系统。

1 智能电网的概念、特点和问题

1.1 智能电网基本概念［1］

目前，智能电网还没有统一的概念，IBM 给出的定义是：运用先进的网络分析技术及新的智能化技术手段，将电力企业的网络分析技术及新的智能化技术手段，电力企业的各种设备、控制系统、生产任务及工作有机地联系在一起，在一种“公共信息模型”的基础上自动收集和存储数据，对供电系统的运行及电力企业的经营管理进行全面、深入的分析，客观正确地优化其资产管理和供电服务。

美国能源部现代电网委员会则是从广义的角度定义智能电网，是将先进的传感技术、控制理论、通信等先进技术集成到现行的电力系统的输配电领域的一项综合技术。

目前我国智能电网的定义是：以特高压电网为骨干网、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。

从美国、欧洲及国内的研究来看，智能电网是以物理电网为基础（我国是以超高压电网为基础），将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

1.2 智能电网的特点

根据智能电网的定义，很多学者都将智能电网的特点总结为以下几个方面［2，3］：

（1）自愈性：实时在线掌握电网的运行状态，对电网的运行状态进行趋势预测，及时发现、快速诊断故障并进行故障处理；当故障发生时，在没有或少量人工干预的情况下，能够快速地隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

（2）高度集成：通过流程优化、信息整合，实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的高度集成，通过系统监测、控制、保护、维护、调度和电力市场管理的数字化集成，形成完善的辅助决策体系，从而提高电力企业的管理效率。

（3）互动：实现与用电用户的智能互动。通过控制用户侧的用电设备和装置，能够有效地开展电力交易，实现资源优化配置，提供最佳的电能质量和供电可靠性。通过能量管理系统有效地减少电能的开销。

（4）优化：实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化，合理安排设备的运行与检修，提高资产的利用效率，有效地降低运行维护成本和投资成本，减少电网损耗。

（5）兼容：电网能够同时适应集中发电与分散发电模式，实现与负荷侧的交互，支持风电等可再生资源的接入，扩大系统运行调节的可选资源范围，满足电网与自然环境的和谐发展。标准化的电力和通讯界面接点将使得用户可以连接燃料电池、可再生资源发电及其他分散的电源，并以简单的“即插即用”方式来实现。

智能电网与当前电网的主要区别在于：①智能电网电价信息的透明性更优、电价方案种类可操作性更好；②智能电网的系统快速恢复能力更优；③智能电网能够针对海量数据进行响应并处理；④根据电网的变化，智能电网能够进行快速的拓扑重构；⑤智能电网可视化技术更高，能够提供更强的辅助决策功能。

1.3 智能电网的基本问题

智能电网需要从发电侧实现智能发电和智能输电，变电侧实现智能变电、智能配电和智能调度，而用户侧需要实现智能用电。因此若要实现智能电网，则需要解决以下基本技术问题：

（1）随着国家政策以及环保意识的不断增强，新能源与分布式电源将占很大的比重，如何处理系统分布式电源接入过程中的并网规划、运行、控制和预测等将成为重点研究的技术问题，例如风能、太阳能、大容量储能装置的并网发电。

（2）智能电网下的输电线路动态状态监测以及预警问题。设计能够进行快速仿真和模拟的输电线路技术、高级保护和控制技术以实现智能输电，有效保障输电系统的稳定运行。

（3）传统变电站的改造问题。采用通信网络技术、智能化的电气设备、自动化的运行管理系统，将传统的枢纽变电站改造成智能变电站，能够处理海量数据，并进行数据的采集、传输以及处理，从而实现变电站的智能化、数字化。

（4）目前的配电网技术标准不完善，自动化程度较低，信息管理不够健全。如何构建高效、合理的配电网络是智能电网发展的基本问题。

（5）传统用电设备的智能化和信息采集交互能力较低，用户端的交互较差。积极采用智能电表等高级计量装置，能够有效地实现用户与电网的交互，提高用户的服务质量，满足用户的多元化用电需求。

（6）在传统调度的基础上设计出全面而准确的数据采集系统，完善智能安全预警功能。系统发生故障时能够快速地进行自愈，利用先进的可视化技术，不断简化调度工作。

2 智能电网的关键技术

2.1 基于多Agent技术的智能调度方法［4］

目前电能无法被大规模存储，电能的生产和使用是同时的，导致电力系统表现出一定程度的不确定性。而Agent系统是一种设计和实现复杂软件系统的途径，随着Agent技术的不断发展，其被应用到了电力系统的多个领域，例如电力市场、电力系统故障诊断和电网调度。

现代能量控制中心突破了以往的集中式的体系结构，目前正向分布式和开放式的方向发展。针对新一代的EMS系统开放式体系结构的电网调度方法很多，如基于多Agent技术的能量控制中心架构。

基于多Agent技术的智能调度系统模式是一种比传统EMS系统规模更庞大的应用软件，该软件能够实现故障分析、故障恢复决策、电力市场决策支持；能够接收SCADA 系统、故障信息系统以及广域测量系统（WAMS）的数据，通过多Agent相互协调制定决策方案，实现智能调度的决策支持。

2.2 基于物联网、CPS的通信网络技术

通信网络技术在智能电网的实现过程中起着关键的作用，高效稳定的电力通信网络能够实时地监视和控制电网的运行状态，通过掌握电网运行状态预防事故的发生和清除故障。

随着物联网技术在全球范围的发展，新一代的通信网络也在逐步完善。通过物联网技术将电网中的各种测量设备、控制设备以及执行装置进行网络连接，从而实现信息的相互传递，保证电网的可靠运行。但是目前物联网技术、CPS 技术还处于发展阶段，很多技术还局限于单一的应用方向，没有一个统一的国际标准。若要实现基于物联网、CPS技术的智能电网通信网络，仍然需要很长一段时间的发展。目前面临的问题主要集中体现在：①如何实现物联网技术在电力系统中的开放应用；②基于物联网技术的智能电网通信网络标准协议问题；③如何实现通信网络与智能设备之间的物物相连。

2.3 分布式能源管理技术

分布式能源（DR）是指安装在用户端的能源综合利用系统，主要包括分布式电源（DG）和分布式储能系统，同时还包含负荷侧能源管理系统和热电联产系统（CHP）。分布式的电源形式主要包括风力发电、光伏发电和小水电等，而分布式储能系统则包括燃料电池和蓄电池等。随着分布式发电装机容量的不断上升，分布式电源并网发电是智能电网发展的大势所趋。分布式电源技术的研究主要包括以下几个方面：

（1）针对分布式电源能源间歇性的特点，如何进行分布式能源的运行优化管理。

（2）未来智能电网技术中的分布式电源接入标准和规划方案的制定。

（3）由于分布式电源的接入，使得传统的保护方法不再适用，需要研制新的保护方法和技术。目前有部分学者进行了基于载波通信的配电网保护方面的研究，并取得了一定的效果。

（4）如何提高分布式电源的利用效率，将分布式电源并入大电网是提高输电和电能质量的关键。

2.4 智能计量技术与用户需求侧管理

随着智能化仪表的不断普及，用户侧和发电侧的智能仪表能够实现双向通信和远程监控的功能，并且能够实现实时的电价计量。在智能电网中，必须实现智能仪表体系架构。实现当前体系架构的关键技术主要有：

（1）通过智能调度、运行和规划，将海量处理的数据通过网络提供给运行人员，从而提高供电的可靠性以及资产的合理应用。

（2）利用DSM 技术实现用户端需求侧的用电信息的优化控制，从而为用户提供可靠的电价信息，电价高时少用电，电价低时多用电，真正实现供电企业与用户的实时互动。

（3）根据智能仪表的运行状态，实时评估系统运行状态，从而提高效率和降低运行成本。

3 结论

智能电网技术是未来全球的发展目标，无论是在系统的运行、维护和控制方面，智能电网技术都优于传统的电力系统，大力发展和研发智能电网技术将成为国内外的研究热点。

［1］ 牛朋超，康积涛，李爱武.智能电网开启电网运行新形式［J］.电力系统保护与控制，2010，38（19）：241－243.

［2］ 施婕，艾芊.智能电网实现的若干关键技术问题研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37（19）：1－4.

［3］ 李兴源，魏巍，王渝红，等.坚强智能电网发展技术的研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37（17）：1－7.

［4］ 狄义伟.面向未来智能电网的智能调度研究［D］.济南：山东大学，2010：25－30.