浅谈智能电网的关键技术与发展展望

王铸城

（山东省实验中学，济南 250109）

浅谈智能电网的关键技术与发展展望

王铸城

（山东省实验中学，济南 250109）

本文通过对智能电网的发展历史、特点和国内外智能电网的发展和研究成果进行分析总结，针对电力系统中普遍存在的一些问题，提出了智能电网的若干关键技术。

智能电网；关键技术；发展展望

1 简述

1.1 智能电网概念的产生

智能电网是以物理电网为基础，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。通过集成广泛应用分布式智能、宽带通信以及自动控制系统，保证电网上各成员之间的无缝连接及实时互动，使电网的可靠安全、经济高效、环境友好等主要目标得以实现。

2001年初，意大利国家电力公司进行了3000万台智能电表就安装和改造，并建成了智能化且实现了峰谷平计量功能的计量网络。2005，加拿大的Mark Campbell发明了一种技术，它利用“群体行为”原理协调建筑物中的电气设备，减少建筑物在高峰期的耗电量。他还发明了一种无线控制器，可以连接大楼里所有的电器设备，实现有效的控制，这个技术实际上是目前热门的"智能电网"的一种，赋予电器于智能，提高能源利用效率。2006年，美国IBM公司与专业研究机构开发了全球电力企业“智能电网”解决方案。从技术的角度可以使用传感器、仪表、数字控制和分析工具，自动监控发电运行状态，输电、配电、供电等关键设备的数据收集和整合，通过网络系统分析和挖掘数据，主要是解决电网安全运行，提高安全可靠性，实现了电力系统的优化管理。这标志着智能电网概念的正式产生。

1.2 智能电网的主要特点

（1）坚强与自愈。在电力系统发生大扰动和故障时，智能电网仍能保持对用户的供电能力，并保证不会发生大面积停电事故，能够有效抵御自然灾害或人为的外力破坏，保证电网安全可靠运行，确保电力信息安全。自愈性表现在智能电网具有能够实时、在线、连续地进行安全评估和分析的能力以及预警和预防控制能力，能够自动检测、分析故障，实现故障隔离和系统自我恢复。

（2）兼容与整合。可以容纳集中式发电、分布式发电等多种不同类型的电源有序、合理地接入智能电网，满足用户多样化的电力需求。能够实现与用户的互动，为用户提供增值服务。同时，网络信息可以采用统一的平台和模型高度集成、共享和整合，实现标准化和精益化管理要求。

（3）经济与优化。支持电力运营和电力交易的有效运行，实现资源合理配置，提高能源利用效率，减少电能损耗。能够优化电能结构，用户的电能质量将得到有效保证，降低投资运行维护成本。

2 国内外智能电网发展现状

2.1 美国

美国在2001首次提出智能电网规划的概念。2003年规划了智能电网蓝图和项目实施路线图，这也标志着美国对智能电网的研究和建设正式开始；2009年2月，美国总统奥巴马将国家智能晋升为国家战略，将每年1200亿美元对电网系统的升级，建立横跨四个时区的统一电网，美国发布了第一批智能电网行业标准。美国发展智能电网专注于配电和电力，推动可再生能源发展，注重商业模式创新和加强客户服务，实现了高温超导电网、储能技术、可再生能源和分布式系统集成（化）、传输的可靠性和安全控制系统。美国政府重点推进智能电网核心技术的发展，制定了“2010-2014年智能电网发展的跨年度项目计划”，旨在全面建立智能电网的研究和发展项目，进一步促进该领域技术的发展与应用、发电、输电、配电和电力系统的优化管理。

2.2 欧洲

目前，欧洲国家凭借自身的技术优势和技术，在电力发展中不断加快了智能电网的应用改造，开发了智能电网的研究和试点项目，英国、法国和德国和其他国家的泛欧洲电网互联的发展很快，部分电网已经实现了智能化，而荷兰和丹麦等国家重点推动和发展了风力发电及其控制技术的广泛运用。2009年在欧盟举行了圆桌会议，进一步明确要依靠智能电网技术，将海上风电和太阳能发电并网，实现可再生能源大规模集成技术的跨越式大发展，欧盟计划在2020年完成减排目标的关键。

2.3 我国

近年来，我国经济的快速发展，电力需求不断增加，电网供电能力有了大幅度的提高。现在，我国在智能电网技术相关领域已经进行了很多的研究，输电技术已达到国际先进水平，同时也积极研究和探索在配电领域的智能应用技术。2007，我国华东电网开始研究交互式智能电网项目可行性，以提高大电网安全运行稳定性，开始构建了高级调度中心和智能电网试点项目统一信息平台。2008年我国华北电网开始了智能电网的研究和建设，致力于建设智能调度系统，建设智能电网信息架构，研究与开发清洁能源关键技术，为智能电网建设打下良好的基础。2009年初，国电网公司推出的一系列重要研究课题，积极探索国内外智能电网建设的技术发展，结合智能电网研究现状，分析中国特色的智能电网发展目标，制定我国技术框架和实施计划。2013年5月，中国电力协会和国家联合电网公司召开专门会议，正式启动了智能电网综合标准化试点工作。

3 智能电网的关键技术介绍

3.1 建立坚强、灵活的电网结构

坚强的电网结构是实现智能电网的前提。我国电网的一次结构还比较薄弱，因此建设坚强的电网结构非常重要，这可以兼容可再生能源接入电网时对网架产生的冲击。由于我国电力能源的分布与电网布局很不平衡，因此，一定要实施建设特高压电网工程、直流电网工程、点对点或点对输电网等网络结构工程，进一步优化和提高特高压电网和各级电网相关规划的关键技术。随着电网规模的不断扩大和电网互联，主网架结构的规划设计要求也要相应地提高。因此，为应对极端气候和社会环境等突发性事件对电网安全的影响，就必须建立一个坚强、灵活的电网结构(拓扑)，以解决电网存在的严重的安全稳定性与脆弱性等方面问题。

3.2 可再生能源和分布式能源的接入技术

目前，我国的风力、生物质、太阳能光伏和地热等发电项目，主要集中在偏远地区。由于地理分布不平衡，可能容易受到天气的影响很大，它的波动性和间歇性，这将会对电网供电的可靠性产生影响。这些可再生能源的大规模开发产生的间歇性、不确定性问题，当地的电网无法适应和解决，难以保证电源的接入和传输距离远的规模，这将严重影响电网接入各种可再生能源电源和分布式能源电源。

为实现实时、高速、双向的电力数据的读取和可再生能源接入电网系统，我们必须以分布式可再生能源发电为基础构建能源互联网系统（主要包括智能能量管理系统、分布式可再生能源、储能装置、变流装置和智能终端等部分）。智能能量管理系统提供的操作平台可以实现可视化，不但可以实现常规的能量管理，而且还能够实现可再生能源的"即插即用"，同时能自主实现孤岛运行和并网之间的切换；储能装置能改善电能质量，提高系统稳定性、提高经济效益；电力电子变压器利用电力电子技术可以进行能量转换和控制，可使可再生能源发电达到电网接入要求，以实现"绿色变换"。

3.3 实现开放、标准、集成的电子通信系统

电力信息通信技术在电力系统配电、发电、输电和用电各个阶段的运行过程中非常重要。所以应将国内外先进的测量技术、传感器技术和控制技术引入到智能电网的建设中，以保证电网的高效稳定运行。为保证电力数据信息通信的问题快速及时解决，必须要在原来信息通信方式的基础上，利用光传输网络技术，应用智能网络技术，逐步形成智能光纤信息通信网络。智能电网中的电网结构最终要与用户终端结构互相连接，将各种形式的电源提供给用户。此外，在电力供应过程中，只有利用电力信息通信系统，才能使智能电网系统与用户建立通信并相互作用。

同时，智能电网的不断发展对网络安全要求越来越重要。智能电网需要实时监测与分析系统目前的状态，预测识别故障的早期征兆，在电网发生扰动时能及时响应，全方位覆盖，这些都要求电子通信系统为电网运行、综合管理等方面提供支持。

3.4 构建高效统一的应急调度中心网络

智能调度对智能电网的建设非常重要。智能调度的终极目标是建立基于网络集成广域保护的同步信息和急救控制，协调电力系统元件各种保护、控制等系统具有多道安全防线的综合防御体系。智能电网应急调度的技术方案是将语音、视频、数据在指挥调度平台进行融合统一，实现对多系统的高效联动，保证指挥的通信的手段更为丰富，更有针对性地应急决策，更好的保证针对各类突发状况的应急预案；通过系统内部丰富的接口单元，将应急调度平台与现有各类办公子系统、资源管理系统、运维系统对接，实现数据的互通与共享。

4 智能电网发展展望

目前，欧美等发达国家都高度关注并重视大力推进发展智能电网建设。世界各国未来将普遍投入巨大的科技、经济力量建设和发展智能电网技术，全面提高电网运行的安全性、可靠性和经济性，降低电力用户的费用，提高电力能源的利用率，实现节能减排。

作为当今全球经济发展最快的主要经济体之一，我国电网的发展也必将由传统电网升级为智能电网。面对新形势新挑战，我国应该加大对支撑智能电网新技术的进一步研究和探索力度，积极同国内外的高校和科研结构开展合作交流，不但跟踪和学习智能电网新技术，切实加强对智能电网下的电网规划和技术研究。智能化电网要以坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，以智能控制为手段，在电力系统的各个环节均实现电力、信息、业务的高度统一的融合。我国国家电网公司已经明确了目标在2030年真正建成具有坚强可靠、经济高效、友好互动且具有完全自愈能力的现代化智能电网。

5 结束语

目前，我国智能电网建设尚处于初期研究和规划试点本阶段，全面实现协调智能电网建设，应对对资源环境问题带来的挑战，还是任重道远的。在未来，智能电网必将给各国的电力工业的变革带来巨大的影响。我国智能电网的发展前景会更加广阔，也会充满巨大的挑战，因此对智能电网进行相关的探讨和研究尤为重要。

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.10.019

TM7文献标示码：A

1672-7274（2017）10-0050-03