智能电网技术现状与发展趋势

黄炎

【摘 要】智能电网是以包括各种发电设备、输配电网络、用电设备和储能设备的物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、网络技术、通讯技术、计算技术、自动化与智能控制技术等与物理电网高度集成而形成的新型电网，它能够实现可观测（ 能够监测电网所有设备的状态） 、可控制（ 能够控制电网所有设备的状态） 、完全自动化（ 可自适应并实现自愈） 和系统综合优化平衡（ 发电、输配电和用电之间的优化平衡） ，从而使电力系统更加清洁、高效、安全、可靠。随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，电网发展面临着新课题和新挑战。建设智能电网，充分发挥电网在资源优化配置、服务国民经济发展中的作用，对我国经济社会全面、协调、可持续发展具有十分重要的战略意义。本文详述分析并总结了智能电网技术现状，研究发展智能电网的性能要求发展趋势。

【关键词】智能电网技术；现状；发展趋势

智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，是新形势下电网企业有效应对各种挑战的必然选择。发展智能电网，将有力地带动相关产业的发展，提升国内电力装备制造业自主创新能力，促进产业结构升级。智能电网的运行将大幅度提高发电、输电和用电的效率，促进节能减排，推动经济社会可持续发展。

一、智能电网技术现状

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。对于美国来说，对复杂大电网的安全稳定控制，即所谓的“自愈”能力，是其智能电网发展最初的驱动；而对于欧洲智能电网的发展，严格的温室气体排放政策显然起到了更大的推动作用，分布式能源和可再生能源接入研究也相应获得了更多的支持。国网公司在加快推进特高压电网建设的同时，高度重视智能电网技术研究和工程实践，取得了一大批世界领先、拥有自主知识产权的重要成果，在理论研究、装备研制和工程应用方面为发展智能电网打下了坚实的基础。在当前的国内外经济社会形势下，建设中国智能电网对于促进节能减排，发展低碳经济，拉动内需，带动相关产业发展，改善民生，保障经济社会和谐发展具有重要意义，因此是国家能源战略的必然选择。

二、发展智能电网的性能要求

1.电网的安全、稳定和高效运行对于任何一个国家的可持续发展都具有重要意义。一个现代化的电网必须从根本上保证国家能源安全、优化资源配置、带动上下游产业链发展、体现电网企业社会责任、提高电网企业资产利用率和投资效益、适应能源结构变化和体制改革要求。因此，在电網发展和建设过程中，有必要提高科技投入，早日实现电网的智能化。智能电网的性能特征体现了它与传统电网的区别，可以总结为以下六个方面： 自治和自愈能力、防御能力、电网兼容性、高效运营和管理、优质和友好性、电力交易的方便性。

2.自治和自愈能力是指电网维持自身稳定运行、评估薄弱环节和应对紧急状态的能力。目前电网的安全稳定计算和紧急预案制定仍以离线分析为主，其分析结果往往偏于保守，且无法在任何时刻都符合电网的实际运行情况。在智能电网中，电网将具备更强的自我管理和自我恢复能力，主要体现在以下几点：

（1）电网能够自动合理安排运行方式，协调国家、大区、省级、地县各级电网，根据潮流、负荷、气象条件等情况确定运行参数。

（2）电网具有在线安全稳定分析能力，能快速对自身状态进行评估，明确电网安全稳定的薄弱环节并自动提出解决方案。

（3）能针对实际情况修改或制定黑启动方案。电网兼容性是指电力系统能够开放性地兼容各种类型设备的能力。电网涉及的产业链较长，包括发电、燃料、环保、需求侧、装备制造等领域，因此，一个开放的、高兼容性的电网对于各产业的充分发育、增加就业岗位、促进节能减排具有重要意义。电网的兼容性应包括以下三个方面： 第一，兼容一次设备，包括特高压、FACTS、传统能源、清洁能源、储能装置等；第二，兼容二次设备，包括保护、测量、控制和通信装置、软件等；第三，推动标准化，实现即插即用。高效运营和管理是指电网提高设备利用率、减少线损、降低运营成本的能力。

三、我国智能电网技术发展趋势

统计数据分析预计，到2020年智能电网总投资将不低于2000亿，2015年之前将完成主要框架建设。除储能产业以外，配网自动化和用户侧将40%，智能变电站占20%、智能调度占15%、柔性输电系统（含清洁能源接入侧设备）占10%，其他投资占15%。从国网公司的规划来看，2012年前特高压、数字化变电站是建设高峰期；2012-2015年智能调度将逐渐引入。近年用电信息采集和智能电表的需求将有较快增长，如图所示。目前，国家电网与南方电网公司对于特高压交流与直流的规划已经清晰，并在全国多个地区进行了数字化变电站的试点工作。关于用户侧，短期内国网规划建设用电信息采集系统，注重对用户侧的管理而无用户互动参与电力市场。

1.特高压发展趋势。“特高压电网”，指交流1000千伏、直流正负800千伏及以上电压等级的输电网络。目前中国的长距离输电和世界其他国家一样，主要用500千伏的交流电网，国外并没有1000千伏交流线路在长距离运行。特高压电网能够适应东西2000-3000公里，南北800-2000公里远距离大容量电力输送需求，有利于大煤电基地、大水电基地、大风电基地和大型核电站群的开发和电力外送。按照国网规划，2020前特高压总投资将达6330亿元，2011年步入全面建设智能电网阶段，每年投资将超过1000亿元，到2012年特高压投资将超过3000亿元，达到总投资的一半，再加上南网，预计到2020 年两网的总投资规模将超过7000亿元。

2.数字化变电站发展趋势。第一，数字化变电站将使用智能化一次设备，具备电子式互感器与智能开关生产能力的企业将占领相关一次设备市场。第二，数字化变电站的进一步扩展应用可以使得设备和系统具有自描述、自适应、自诊断、自愈、智能告警等功能，进一步为智能电网的基础建设做好准备。智能化应用是数字化变电站的最终目标。第三，数字化变电站系统需求将由传统变电站的数字化改造与新建数字化变电站两部分构成，预计到2015年，平均每年传统电站数字化改造约4000座，新建数字化变电站2500座。

3.智能调度发展趋势。第一，分区、分级调度结构。目前我国已建立了较完备的五级调度体系，即国调、网调、省调、地调和县调，每年调度自动化市场的需求大约在4.5亿元，预计到2013年期智能调度将替代传统调度自动化，其市场需求可达每年5亿元。第二，智能调度更重视信息的反馈和基于信息的自动化处理。智能调度则采用IEC61970国际标准接口，系统信息的反馈能力和自动化处理能力提升，机组具有较高的“自适应”水平，对现有调度控制中心功能的重大扩展，增强了电网在遇到事故时快速自动排除故障和保障供电的能力。

4.用户信息采集系统。

（1）用户用电信息采集系统是通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）、负荷预测和节约用电成本等目的。建立全面的用户用电信息采集系统需要建设系统主站、传输信道、采集设备以及电子式电能表（即智能电表）。国家电网公司电信息采集系统逐步建设了负荷管理、集中抄表等用电信息采集系统，在公司经营管理和安全生产中发挥了积极作用。国网公司将全面建设用电信息采集系统，系统和数据采集终端的采购资金约230亿元。国网电能表设备建设规划投资近400亿元，其中波表约占270亿元。

（2）随着能源问题的紧张，电网面临着巨大的挑战和机遇。到2020年，我国将全面建成统一的坚强智能电网，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，电力通信系统是电力自动化的重要组成部分。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点得到了广泛的应用，光纤收发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好地解决了以太网在传输方面的问题。

智能电网的研究与建设是一项高度复杂的系统工程，我国智能电网的研究与建设工作应在集思广益、充分汲取国际领先技术的基础上，发挥主观能动性、创造性，因地制宜建设我国特色的智能电网。虽智能电网的概念尚未统一，各国发展智能电网的侧重点也不尽相同，但对采取的先进的控制、通信、信息等技術来提高智能化的程度已达成共识，分布式协调、控制、仿真与决策，分布式能源系统集成等相关技术是未来智能电网发展的趋势。

参考文献：

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