綜 合 調 研 報 告
題 目:《智能電網(wǎng)》綜合報告
系 別:電氣與控制工程學院
專業(yè)年級:電氣工程與智能控制2014級
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摘要
第三次科技革命以來，雖然信息、通信技術發(fā)生了翻天覆地的變化，但日漸老化的傳統(tǒng)電網(wǎng)結構并沒有跟上技術變革的步伐，用戶對電力供應提出了越來越高的要求，國家安全、環(huán)保等各方面政策都對電網(wǎng)的建設和管理提出了更高的標準。建造堅強智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，能夠帶動整個電力工業(yè)的優(yōu)化，發(fā)電系統(tǒng)作為電力工業(yè)發(fā)、輸、配、送的一個組成部分，必然也要向智能化方向協(xié)調發(fā)展，最終實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展。因此，對發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展水平評價研究具有很重要的作用。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術的應用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。
本文首先介紹了不同國家對于智能電網(wǎng)概念的不同理解，然后介紹了智能電網(wǎng)的主要應用和特征，最后著重介紹了智能電網(wǎng)在國內外發(fā)展的現(xiàn)狀和一些自己的思考，在科技引領社會變革的時代，智能電網(wǎng)必將展現(xiàn)出其特有的強勁的生命力。
Abstract
Since the third scientific and technological revolution, although the information, communication technology have changed a lot , but the traditional structure of power grid did not keep up with the pace of technological changes, the user of the power supply had a great increasing demands, environmental protection and other aspects of policy of power grid construction and management . Building a strong smart grid is an inevitable trend of the development of the power grid in China, which can drive the optimization of the entire power industry. Power generation system as a component of the power industry to send, transmission, distribution, delivery.
This paper firstly introduces the different countries have different understanding of the concept of the smart grid, then introduces smart grid applications and characteristics, at last introduces the smart grid in the domestic and foreign development present situation with my own thinking, science and technology lead the social changes of the times, the smart grid will show its strong vitality.
Key words: smart grid; transmission technology; current situation
目 錄
第一章 緒 論1
第二章 智能電網(wǎng)的概述2
2.1 智能電網(wǎng)的背景 2
2.2 智能電網(wǎng)的概念及特性 3
第三章 智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀、研究及應用5
3.1 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀 5
3.2 智能電網(wǎng)的研究及應用 7
第四章 智能電網(wǎng)的技術現(xiàn)狀10
4.1 參數(shù)量測技術 10
4.2 配電技術現(xiàn)狀 10
4.3 智能通信技術 10
4.4 智能調度技術 10
4.5 分布式能源接入技術 10
4.6 高級電力電子技術 11
4.7 數(shù)字變電站技術 11
第五章 智能電網(wǎng)的發(fā)展方向12
5.1 智能電網(wǎng)發(fā)展的新動向 12
5.2 智能電網(wǎng)的展望 12
結 語14
參考文獻15
第一章 緒 論
智能電網(wǎng)是當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，并被認為是21世紀電力系統(tǒng)的重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢。協(xié)調發(fā)展不是單個系統(tǒng)的事情，而是一種“整體性”、“綜合性”和“內生性”的同步發(fā)展的聚合，可持續(xù)發(fā)展已成為國家、城市、產(chǎn)業(yè)和企業(yè)等共同追求的目標。協(xié)調發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展首要的基礎和前提性因素，是可持續(xù)發(fā)展的動因和手段。更加適應高度市場化的電力交易的需要，更加適應客戶的自主選擇需要。為此不同的國家和織都不約而同地提出要建設具有靈活、清潔、安全、經(jīng)濟、友好等性能的網(wǎng)的一個發(fā)展方向。盡管智能電網(wǎng)的研究與實踐尚處于起步階段，但是建設智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界電力行業(yè)的一種美好愿景，必將進一步推動電力工業(yè)的變革與進步。
智能電網(wǎng)對發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調性提出了新的要求，這不僅包括資金流上的協(xié)調性，還包括信息流上的協(xié)調性，通過智能電網(wǎng)建設，電力發(fā)、輸、配、售各領域都將發(fā)生飛躍和提升，電網(wǎng)的發(fā)展也將隨之發(fā)生深刻變化。
智能電網(wǎng)能夠實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全，全方位地支持和促進全國范圍的資源優(yōu)化配置以及新型能源發(fā)展方式和新型電能利用方式的進步。由此還能帶動以IT 為特點的其他相關產(chǎn)業(yè)和服務業(yè)的大發(fā)展。
第二章 智能電網(wǎng)的概述2.1 智能電網(wǎng)的背景
在20世紀，大電網(wǎng)作為工程領域的最大成就之一，體現(xiàn)了能源工業(yè)的戰(zhàn)略布局，是實現(xiàn)各種一次能源轉換成電力能源之后進行相互調劑、互為補充的迅速、靈活、高效和能源流通渠道。然而，世界能源體系正面臨著抉擇，目前全球能源供應和消費的發(fā)展趨勢從環(huán)境、經(jīng)濟、社會等方面來看具有很明顯的不可持續(xù)性。在當前世界能源短缺危機日益嚴重、電力系統(tǒng)規(guī)模的持續(xù)增長、氣候環(huán)境變化加劇等因素的影響下，21世紀電力供應面臨一系列新的挑戰(zhàn)。因此，在美國和中國，政府、高校研究機構和企業(yè)共同參與，針對保證21世紀能源供應面臨的技術問題、技術難點和技術路線開展了深入的研究，提出了智能電網(wǎng)的概念。目前，這些國家和地區(qū)將智能電網(wǎng)提高到國家戰(zhàn)略的高度，將發(fā)展智能電網(wǎng)視為關系到國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的重要舉措。智能電網(wǎng)是解決2l世紀電力供應面臨問題的有效途徑。
我國隨著江蘇沿海大開發(fā)的迅猛推進，鹽城地區(qū)的風力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其接入以及正常運行對電網(wǎng)的影響日益顯現(xiàn)，電網(wǎng)面臨著巨大挑戰(zhàn)和機遇。一方面，電網(wǎng)需要應對
日益嚴峻的資源和環(huán)境壓力，實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，提高全天候運行能力，滿足能源結構調整的需要，適應電力體制改革；另一方面，輸配電、發(fā)電、信息化、數(shù)字化等技術的進步也為解決這一系列問題提供了堅實的技術支持。由此智能電網(wǎng)成為現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的方向。2009年舉行的特高壓輸電技術國際會議上提出，到2020年，我國將全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)。
節(jié)能減排、清潔能源、可持續(xù)發(fā)展是當前人們關注的焦點。在國家宏觀政策及科學技術發(fā)展等因素共同驅動下，如何建造能源使用的創(chuàng)新體系，如何以信息技術徹底改造現(xiàn)有的能源利用體系，最大限度地開發(fā)電網(wǎng)體系能源效率等問題日益突出：
（1）隨著近年來大規(guī)模興建電網(wǎng)的陸續(xù)投產(chǎn)，2007年我國出現(xiàn)電力過�，F(xiàn)象，但是這種過�，F(xiàn)象具有典型特殊性，是區(qū)域性電力過剩與區(qū)域性電力短缺共存的，而且隨季節(jié)波動；
（2）2008年中國全社會用電量34268億千瓦時，輸電、配電和用戶端損耗約為9%，即每年線路損耗約為3000億千瓦時。由于需求側變化難測、管理手段不足造成電網(wǎng)調度難以實現(xiàn)優(yōu)化、節(jié)能和安全；
（3）可再生和分布式能源將大規(guī)模介入電網(wǎng)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)潮流將發(fā)生變化，即從原先的單向流動變?yōu)殡p向流動，電網(wǎng)發(fā)展方式以及電力企業(yè)的運營管理也將隨之變化。
為解決電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸問題，美國以及歐洲做出了積極的探索，他們期望通過一個數(shù)字化信息網(wǎng)絡系統(tǒng)將能源資源開發(fā)、輸送、儲存、轉換（發(fā)電）、輸電、配電、供電、售電、服務以及蓄能與能源終端用戶的各種電器設備和其它用能設施連接在一起，通過智能化控制實現(xiàn)精確供能、對應供能、互助供能和互補供能，將能源利用效率和能源供應安全提高到全新的水平，將污染與溫室氣體排放降低到環(huán)境可以接受的程度，使用戶成本和投資效益達到一種合理的狀態(tài)�；谏鲜鲈妇埃诒泵篮蜌W洲已經(jīng)形成了強大的研究群體，開展IntelliGrid /SHG（Self Healing Grid，自愈電網(wǎng)）/Modern Grid/Smart Grid[1-6]的研究。由于目前尚無統(tǒng)一的稱謂，筆者選用使用較為廣泛的Smart Grid即智能電網(wǎng)一詞結合我國電網(wǎng)特點以及國內外研究現(xiàn)狀，初探智能電網(wǎng)的發(fā)展。
2.2 智能電網(wǎng)的概念及特性智能電網(wǎng)，是以物理電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。當今世界各國因經(jīng)濟水平和發(fā)展戰(zhàn)略不同，智能電網(wǎng)建設的水平和側重目標亦不相同。美國側重于利用可再生能源發(fā)電，以解決電網(wǎng)老化和設備更新升級等問題。歐盟擴大可再生資源利用，則將目標指向減少溫室氣體排放，提高能源利用效率。中國當前的目標，則是建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網(wǎng)。
舉例而言，位于河西走廊西段的酒泉市素有“世界風庫”之稱。甘肅省近年來在此建設了我國首個千萬千瓦級風電基地——甘肅酒泉千萬千瓦級風電場，2010年底實現(xiàn)裝機容量550.45萬千瓦，風電發(fā)電量突破20億千瓦時，接近了三峽電站的發(fā)電量。但是風電的外送和并網(wǎng)問題一直是困擾風電發(fā)展的大難題，只有通過加快建設特高壓智能電網(wǎng)，才能提升對可再生能源的接納能力，為可再生能源的發(fā)展提供高效的發(fā)展平臺。
舉例而言，位于河西走廊西段的酒泉市素有“世界風庫”之稱。甘肅省近年來在此建設了我國首個千萬千瓦級風電基地——甘肅酒泉千萬千瓦級風電場，2010年底實現(xiàn)裝機容量550.45萬千瓦，風電發(fā)電量突破20億千瓦時，接近了三峽電站的發(fā)電量。但是風電的外送和并網(wǎng)問題一直是困擾風電發(fā)展的大難題，只有通過加快建設特高壓智能電網(wǎng)，才能提升對可再生能源的接納能力，為可再生能源的發(fā)展提供高效的發(fā)展平臺。
研究智能電網(wǎng)在我國起步較晚，目前為止還沒有從國家層面制定智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，不過在某方面的研究還是對智能電網(wǎng)的發(fā)展起到了借鑒作用。華東電網(wǎng)公司建設智能電網(wǎng)呈現(xiàn)的特點為：規(guī)劃以自愈為目標的智能電網(wǎng);實現(xiàn)智能化調度;新型材料和智能設備的全面使用;可再生能源的友好接入;實現(xiàn)與用戶的智能互動。國家啟動了多項863高技術研究發(fā)展計劃項目，在“十一五”期間，在三大先進能源技術領域設立重大項目和重點項目，包括：以煤氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)示范工程，MW級并網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)，太陽能熱發(fā)電技術及系統(tǒng)示范等項目。一般來說，智能電網(wǎng)具有以下功能特點：
1. 自愈—穩(wěn)定可靠
自愈是實現(xiàn)電網(wǎng)安全可靠運行主要功能，指無需或僅需少量人為干預，實現(xiàn)電力網(wǎng)絡中存在問題元器件的隔離或使其恢復正常運行，最小化或避免用戶的供電中斷。
2. 安全—抵御攻擊
無論是物理系統(tǒng)還是計算機遭到外部攻擊，智能電網(wǎng)均能有效抵御由此造成的對電力系統(tǒng)本身的攻擊傷害以及對其他領域形成的傷害，一旦發(fā)生中斷，也能很快恢復運行。
3. 兼容—發(fā)電資源
傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡主要是面向遠端集中式發(fā)電的，通過在電源互聯(lián)領域引入類似于計算機中的“即插即用”技術(尤其是分布式發(fā)電資源) ，電網(wǎng)可以容納包類型電源甚至是儲能裝置。
4. 交互—電力用戶
電網(wǎng)在運行中與用戶設備和行為進行交互，將其視為電力系統(tǒng)的完整組成部分之一，可以促使電力用戶發(fā)揮積極作用，實現(xiàn)電力運行和環(huán)境保護等多方面的收益。
5. 協(xié)調—電力市場
與批發(fā)電力市場甚至是零售電力市場實現(xiàn)無縫銜接，有效的市場設計可以提高電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行和可靠性管理水平，電力系統(tǒng)管理能力的提升促進電力市場競爭效率的提高。
第三章 智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀、研究及應用3.1 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1.1我國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求日益增強，而國內能源結構不合理、能源分布不均衡嚴重制約電力行業(yè)的發(fā)展。特高壓電網(wǎng)解決了遠距離、大容量輸電問題，在一定程度上解決了能源輸送問題，但“重電源輕電網(wǎng)”導致供電可靠性較低，同時網(wǎng)架結構薄弱則限制了新能源有效利用。為了解決這些問題，國內電網(wǎng)企業(yè)也開始尋求利用信息技術提高電網(wǎng)運營能力，而智能電網(wǎng)則是一個重要的研究方向。 我國的智能電網(wǎng)與西方國家有所不同 ,是建立在特高壓建設基礎上的堅強的智能電網(wǎng)。中國式智能電網(wǎng)將以特高壓電網(wǎng)為主干網(wǎng)架 ,利用先進的通信信息和控制技術 ,構建以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領先的智能電網(wǎng)。其特征將包括在技術上實現(xiàn)信息化、數(shù)字化、自動化和互動化 ,同時在管理上實現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標準化。 2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動了以提升大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能力為目的的智能互動電網(wǎng)可行性研究項目。2008年4月，在前期智能電網(wǎng)研究成果的基礎上，華東電網(wǎng)啟動高級調度中心項目群建設，該項目是智能電網(wǎng)建設藍圖“三步走”的第一階段“鞏固提升”的重點內容。 從2007年華北電網(wǎng)公司開始進行智能電網(wǎng)相關的研究和建設，致力于打造智能調度體系，為智
能輸電網(wǎng)奠定基礎；建立企業(yè)級服務總線，搭建智能電網(wǎng)信息架構；超前研發(fā)清潔能源關鍵技術，做好可再生能源并網(wǎng)準備；結合客戶信息采集系統(tǒng)，試點建設智能供電網(wǎng)。2009年華北電網(wǎng)將在前期工作的基礎上，深度體會國網(wǎng)公司建設中國特色智能電網(wǎng)的概念、理論，結合華北特色大力建設智能電網(wǎng)，制定智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和實施方案，繼續(xù)推進智能電網(wǎng)的研究和建設。
3.1.2美國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
早在2003年美國電力研究院（EPRI）就已經(jīng)將未來電網(wǎng)定義為“智能電網(wǎng)”，同年6月，美國能源部輸配電辦公室發(fā)布的“Grid 2030：電力的下一個100年的國家設想”的報告描繪了美國未來電力系統(tǒng)的設想，并確定了各項研發(fā)和試驗工作的分階段目標。2004年美國Battelle研究所和IBM公司也先后提出自己對“智能電網(wǎng)”的理解。美國PJM（賓夕法尼亞—新澤西—馬里蘭互聯(lián)電網(wǎng)）公司在2006年底完成的戰(zhàn)略規(guī)劃將智能電網(wǎng)建設作為其發(fā)展愿景。2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)宣布成為全美第一個智能電網(wǎng)城市，家庭用戶可以和電網(wǎng)互動，了解實時電價，合理安排用電；同時電網(wǎng)還可以根據(jù)實際情況進行電力的實時調配，提高供電可靠性
在美國，奧巴馬政府的經(jīng)濟刺激計劃中，有大約45億美元貸款用于智能電網(wǎng)投資和地區(qū)示范項目。智能電網(wǎng)采用數(shù)字技術收集、交流、處理數(shù)據(jù)，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的效率和可靠性。智能電網(wǎng)的倡導者要讓客戶相信， 智能電網(wǎng)將幫助客戶減少電費支出。經(jīng)濟刺激方案規(guī)定，獎勵高效率的電力公司。智能電網(wǎng)聯(lián)盟（由全球70家能源行業(yè)成員組成，該聯(lián)盟認為智能電網(wǎng)對推動可再生能源利用和提高能源效率具有重要作用）近日發(fā)布了其成員荷蘭KEMA 企業(yè)撰寫的2008年度《智能電網(wǎng)工作報告》。《報告》指出：智能電網(wǎng)技術將在未來幾年內為美國直接創(chuàng)造出28萬個新的就業(yè)機會。另外，太陽能等分布式可再生能源、即插即拔式電動車等還將創(chuàng)造大量間接的工作機會，智能電網(wǎng)將帶來數(shù)百萬個“綠色就業(yè)機會”。
2006 年，美國IBM 公司與全球電力專業(yè)研究機構、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。
電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復供電，消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。
2008 年9 月，谷歌與通用電氣對外宣布共同開發(fā)清潔能源業(yè)務，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)，同時強調，21 世紀的電力系統(tǒng)必須結合先進的能源和信息技術，而這正是通用電氣和谷歌的優(yōu)勢領域。2009 年2 月10 日，谷歌表示已開始測試名為谷歌電表(PowerMeter)的用電監(jiān)測軟件。該公司還向美國議會進言，要求在建設智能電網(wǎng)時采用非壟斷性標準。
2009 年1 月25 日，美國白宮最新發(fā)布的《復蘇計劃尺度報告》宣布：將鋪設或更新3 000 英里輸電線路，并為4 000 萬美國家庭安裝智能電表。美國還將集中對落后的電網(wǎng)系統(tǒng)進行升級換代，建立美國橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)，逐步實現(xiàn)太陽能、風能、地熱能的統(tǒng)一入網(wǎng)管理。
2009 年2 月，IBM 與地中海島國馬耳他簽署協(xié)議——雙方將建立一個“智能公用系統(tǒng)”，以實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)的數(shù)字化，其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡。IBM 將提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機會，降低成本及碳排放量。谷歌已宣布了一個與太平洋煤氣和電力公司(PG&E)的測試合作項目。
美國能源部西北太平洋國家實驗室正在協(xié)助建立電網(wǎng)智能化聯(lián)盟并進行實地示范，如近期完成的高級需求響應網(wǎng)絡太平洋西北電網(wǎng)智能化試驗臺。在該項目中，通過英維思控制器(Invensys Controls)將家庭網(wǎng)關設備連接到裝有IBM 軟件的新型高級儀表和可編程恒溫器上，將112 個家庭與實時電力價格信息聯(lián)系起來。最終結果表明，參與者節(jié)約了約10%的能源費用，并且需求響應良好。加州已完成第一階段試驗性200 萬戶小區(qū)先進電表系統(tǒng)(advanced metering infrastructure，AMI)的安裝，初步分析顯示，節(jié)省電力可達16%~30%。
3.2 智能電網(wǎng)的研究及應用國內開展智能電網(wǎng)的體系性研究雖然稍晚，但在智能電網(wǎng)相關技術領域開展了大量的研究和實踐，在輸電領域，多項研究應用達到國際先進水平，在配用電領域，智能化應用研究也正在積極探索。結合國際電網(wǎng)技術發(fā)展方向和我國電網(wǎng)發(fā)展特點，國家電網(wǎng)公司重點組織開展了新型能源接入、特高壓輸電、大電網(wǎng)運行控制、數(shù)字化變電站與數(shù)字化電網(wǎng)、靈活交直流輸電及儲能、電網(wǎng)防災減災與城鄉(xiāng)電網(wǎng)安全可靠供電、電網(wǎng)環(huán)保與節(jié)能等方面的研究，培育出一批具有國際先進水平、引領電網(wǎng)發(fā)展的科技成果，在特高壓輸電技術、電網(wǎng)廣域監(jiān)測分析保護控制技術、電網(wǎng)頻率質量控制技術、穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)/動態(tài)三位一體安全防御技術和自動電壓控制技術等方面處于國際領先地位。 國家電網(wǎng)公司大力推進特高壓電網(wǎng)、“SG186”工程、一體化調度支持系統(tǒng)、資產(chǎn)全壽命周期管理、電力用戶用電信息采集系統(tǒng)和電力通信等建設，打造堅強電網(wǎng)，強化優(yōu)質服務，為智能電網(wǎng)建設奠定了扎實的基礎。目前，1 000 kV 交流輸變電工程(即晉東南—南陽—門特高壓交流試驗示范工程)已正式投入運行，特高壓系統(tǒng)和設備運行平穩(wěn)，全面驗證了特高壓交流輸電的技術可行性、設備可靠性、系統(tǒng)安全性、設計和施工方案的先進性以及環(huán)境的友好性，實現(xiàn)了我國在遠距離、大容量、低損耗的特高壓核心技術和設備國產(chǎn)化上的重大突破。
以寬帶網(wǎng)絡為主要標志的電網(wǎng)信息基礎設施已具規(guī)模，骨干網(wǎng)絡覆蓋全部網(wǎng)省公司，基于同步數(shù)字體系(SDH)光傳輸網(wǎng)的電力統(tǒng)一時間系統(tǒng)取得重大突破。數(shù)據(jù)交換體系建設加快，實現(xiàn)了統(tǒng)計數(shù)
據(jù)等關鍵信息的及時上報、自動匯總和動態(tài)發(fā)布，各種生產(chǎn)自動化系統(tǒng)獲得廣泛應用，大大提高了生產(chǎn)自動化水平。
自主研發(fā)的能量管理系統(tǒng)(EMS)等在省級以上調度機構得到了廣泛應用，全部地區(qū)級以上電力調度機構均配置了電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)，引入了電能量計費系統(tǒng)和廣域測量系統(tǒng)，新規(guī)則下的電力市場交易技術支持系統(tǒng)正在建設之中。變電站實現(xiàn)了計算機監(jiān)控和無人、少人值守，地理信息系統(tǒng)(GIS)已開始應用于輸電、變電和配電管理等業(yè)務。
以提高信息化水平和生產(chǎn)效率為目標的生產(chǎn)運營管理信息系統(tǒng)，如電網(wǎng)生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)、設備檢修管理、變電站建設視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在電網(wǎng)生產(chǎn)管理業(yè)務方面發(fā)揮了重要作用；以提高經(jīng)濟效益、優(yōu)質服務為中心的電力客戶服務系統(tǒng)，如集中抄表計費、用電查詢等系統(tǒng)，直接提供了高效快捷的客戶服務，電力負荷管理、電力營銷管理等現(xiàn)代化管理手段得以廣泛應用。
2007 年，華東電網(wǎng)公司啟動了高級調度中心、統(tǒng)一信息平臺等智能電網(wǎng)試點工程，目前，先行開展的高級調度中心項目一期工作已通過驗收。上海市電力公司在 2008 年開展了智能配電網(wǎng)研究，重點關注智能表計、配電自動化以及用戶互動等方面。此外，華北電網(wǎng)公司也于 2008 年啟動了數(shù)字電表等用戶側的智能電網(wǎng)相關實踐。
綜上所述，以數(shù)字化、自動化為特征的各類應用已覆蓋了電網(wǎng)規(guī)劃、設計、建設、運行、調度和維護等各個方面，信息技術的應用領域深入到電網(wǎng)生產(chǎn)運行、經(jīng)營和管理的各個環(huán)節(jié)，取得了諸多標志性成果。但是，現(xiàn)有電網(wǎng)生產(chǎn)各應用系統(tǒng)都是基于本業(yè)務或本部門的需求，存在不同的平臺、不同的應用系統(tǒng)、不同的數(shù)據(jù)格式，難以從整個電網(wǎng)公司生產(chǎn)全流程的角度來考慮數(shù)據(jù)的使用，這導致電力公司內部不同的系統(tǒng)信息資源分散，橫向不能共享，上下級間縱向貫通困難。這些系統(tǒng)雖然有豐富的信息資源，卻形成了以縱向層次多、橫向系統(tǒng)多為主要特征的“信息孤島”。就廠站端的應用系統(tǒng)來說，存在著規(guī)約繁雜、信息承載率低、信息不完整、信息雜亂、系統(tǒng)聯(lián)調復雜、數(shù)據(jù)采集資源重復浪費等問題。目前還有一些生產(chǎn)所需信息沒有納入計算機應用系統(tǒng)，電力企業(yè)的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)處于相互分離狀態(tài)，彼此不能有效結合，不能實現(xiàn)管控一體化，數(shù)據(jù)信息不能集成共享，不利于實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)的綜合管理。在數(shù)字化變電站的建設方面，目前國內還沒有形成統(tǒng)一的體系結構，對數(shù)字化一次設備的計量、檢驗及驗證也缺乏統(tǒng)一的標準，迫切需要制定相關技術標準來規(guī)范數(shù)字化變電站的建設和數(shù)字化一次設備的入網(wǎng)試驗、計量檢驗和驗證。
2009 年 5 月 21 日，國家電網(wǎng)公司劉振亞總經(jīng)理在 2009 年特高壓輸電技術國際會議上宣布了建設中國堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，明確提出：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，利用先進的通信、信息和控制等技術，構建以信息化、自動化、數(shù)字化、互動化為特征的國際領先、自主創(chuàng)新、中國特色的堅強智能電網(wǎng)；通過電力流、信息流、業(yè)務流的高度一體化融合，實現(xiàn)多元化電源和不同特征電力用戶的靈活接入
和方便使用，極大提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力，大幅提升電網(wǎng)的服務能力，帶動電力行業(yè)及其它產(chǎn)業(yè)的技術升級，滿足我國經(jīng)濟社會全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展要求。這一重大戰(zhàn)略決策必將有力地推動中國智能電網(wǎng)的研究和建設，尤其在當前金融危機嚴重影響我國經(jīng)濟的特殊時期更具有重大的意義。
第四章 智能電網(wǎng)的技術現(xiàn)狀4.1 參數(shù)量測技術參數(shù)量測技術是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的手段。參數(shù)量測技術是智能電網(wǎng)基本的組成部件。先進的參數(shù)量測技術獲得數(shù)據(jù)并轉換成數(shù)據(jù)信息，供智能電網(wǎng)的各個方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進行表計的讀取、電費評估以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。
4.2 配電技術現(xiàn)狀智能信息技術貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度各環(huán)節(jié)，是智能電網(wǎng)建設的重要內容和堅強支撐。基于智能電網(wǎng)的信息技術具有三大特征：一是數(shù)字化程度更高；二是利用面向服務架構體系(Service-Oriented Architecture，SOA)整合相關業(yè)務數(shù)據(jù)和應用，建立統(tǒng)一的信息平臺；三是深入應用生產(chǎn)管理、人力資源、電力營銷、調度管理等輔助決策數(shù)據(jù)，構建一個數(shù)據(jù)集中、業(yè)務整合、符合模型標準、應用可擴展的輔助分析系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)、營銷、調度、人財物等業(yè)務數(shù)據(jù)的集中存儲、統(tǒng)一管理、系統(tǒng)分析，形成智能決策，滿足跨業(yè)務系統(tǒng)的綜合查詢，為管理決策層提供有效的數(shù)據(jù)分析服務。
4.3 智能通信技術建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎，高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個動態(tài)的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施。當這樣的通信系統(tǒng)建成后，智能電網(wǎng)通過連續(xù)不斷地自我監(jiān)測和校正，應用先進的信息技術，實現(xiàn)其最重要的特征——自愈特征。它還可以監(jiān)測各種擾動，進行補償，重新分配潮流，避免事故的擴大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設備(IEDS)、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統(tǒng)以及用戶進行網(wǎng)絡化的通信，提高對電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質服務的水平。
4.4 智能調度技術智能電網(wǎng)的核心是調度的智能化，智能調度是聯(lián)系發(fā)電、輸電、變電、配電、用電之間的紐帶和橋梁，智能調度研究發(fā)展的方向在于整合提升現(xiàn)有EMS、WAMS 等系統(tǒng)功能，開展統(tǒng)一網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫建設，逐步整合實現(xiàn)調度一體化平臺，并采用動畫、動態(tài)著色、虛擬現(xiàn)實等技術輔助決策，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制水平。
4.5 分布式能源接入技術分布式能源（(Distributing Energy Resource，DER）包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)電技術包括微型燃氣輪機技術、燃料電池技術、太陽能光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、生物質能發(fā)電技術、海洋能發(fā)電技術、地熱發(fā)電技術等分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。
4.6 高級電力電子技術電力電子設備可以實現(xiàn)電能質量的改善與控制，為用戶提供電能質量滿足其特定需求的電力，同時它們也是能量轉換系統(tǒng)的關鍵部分，所以電力電子技術在發(fā)電、輸電、配電和用電的全過程中均發(fā)揮著重要作用。
4.7 數(shù)字變電站技術4.7.1數(shù)字變電站概述變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，擔負著電能轉換和重新分配的任務，對于電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。隨著電力系統(tǒng)容量、輸電電壓等級的提高，使得電力系統(tǒng)的測量與控制更加復雜，傳統(tǒng)變電站的缺陷日漸突出，主要體現(xiàn)在安全性，可靠性已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求；供電電能質量缺乏保證；不適應電力系統(tǒng)快速計算和時實控制的要求；維護工作量巨大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平；占地面積大，增加了征地投資等缺點。數(shù)字化變電站就是將信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站。全站采用統(tǒng)一的通訊規(guī)約構建通信網(wǎng)絡, 保護、測控、計量、監(jiān)控、遠動、VQC等系統(tǒng), 均用同一網(wǎng)絡接收電流、電壓和狀態(tài)信息, 各個系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。數(shù)字化變電站技術意味著變電站自動化系統(tǒng)將邁入一個新的發(fā)展平臺。數(shù)字化變電站技術將逐步引領未來變電站自動化系統(tǒng)技術發(fā)展的趨勢。促使二次系統(tǒng)信息應用模式發(fā)生根本性變化的原因是非常規(guī)互感器、IEC61850標準、網(wǎng)絡通信技術、智能斷路器技術等相關支撐技術的發(fā)展。
4.7.2IEC61850簡介 IEC61850《變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》是新一代的變電站站內通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)協(xié)議，但其所規(guī)定的內容已不限于規(guī)約范疇。為適應電子式互感器、智能一次設備的發(fā)展，IEC61850將變電站IED重新劃分為過程層、間隔層和站控層并對各層的功能劃分及要求進行了說明。為了充分利用高速通信的效率，避免復雜的規(guī)約開發(fā)、轉換和維護工作，IEC61850根據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點，制定了滿足實時信息傳輸要求的服務模型；采用抽象通信服務接口、特定通信服務映射等以適應未來通信技術的發(fā)展；采用面向對象建模技術，面向設備建模和自我描述，以適應功能擴展，滿足應用開放互操作要求；采用配置語言，配備配置工具，在信息源定義數(shù)據(jù)屬性；定義和傳輸元數(shù)據(jù)，擴充數(shù)據(jù)和設備管理功能；傳輸采樣測量值等。
第五章 智能電網(wǎng)的發(fā)展方向5.1 智能電網(wǎng)發(fā)展的新動向
由美國發(fā)起的智能電網(wǎng)研究和實施目前已逐漸推向全球，國外在智能電網(wǎng)的研究和開發(fā)方面也有一些新的動向。
1. 智能電網(wǎng)的概念大大擴展。過去 1~2 年內，工業(yè)界“智能化”的核心定義已從“智能表計”迅速發(fā)展到“智能電網(wǎng)”，即原來關心的主要是 AMI，目前還要包括：①家域網(wǎng)(home area networks，HANS)，這有可能成為創(chuàng)新和投資的新熱門；②網(wǎng)絡側的有效應用(如無功控制和自動化)；③電力公司的未來功能(如分布式發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、電動汽車)等。將需求響應與 AMI相結合也是一種趨勢，因為需求響應會大大改變用戶的行為。智能溫度調節(jié)器、智能開關、智能用電器等的采用將吸引各種產(chǎn)品制造商參與進來；同時，客戶有各種要求，也可以通過需求響應得到滿足，要求電力公司具有各種增值服務。
2. 系統(tǒng)集成商對電力公司有關智能電網(wǎng)決策的影響力將更大。有些注意力已轉向系統(tǒng)集成，由于大量表計數(shù)據(jù)的接入和通過更為廣泛和智能化的傳感器網(wǎng)絡來顯示運行數(shù)據(jù)，因此，系統(tǒng)集成勢在必行。
3. 不久的將來，注意力會轉向一些特殊功能，如風電的接入、分布式太陽能發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、電動汽車、分布式儲能技術等，而智能電網(wǎng)將使這些技術成為可能。
4. 自開發(fā) AMI 以來，前沿的通信技術的選擇變得越來越復雜，在采用何種技術上往往有爭議：是采用寬帶技術(broadband)還是射頻(RF)或電力線載波(PLC)？是用第三代移動通信技術(3G)還是通用無線分組業(yè)務(GPRS)或微波存取全球互通技術(WiMax)?是采用電力專用網(wǎng)還是利用公用通信網(wǎng)？家庭中用的表計可能要被“數(shù)據(jù)服務器”代替，以形成所謂的“虛擬表計”，并與家庭中的計算機相連，它可實施 HANS 功能，還可將用電度數(shù)傳回供電公司。國外智能電網(wǎng)技術的這些動向基本上都與配電網(wǎng)有關。
5.2 智能電網(wǎng)的展望智能電網(wǎng)是信息化電網(wǎng)、簡單化電網(wǎng)和智慧化電網(wǎng)。
信息化是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎。信息是感知的基礎，是控制的保障，是服務的支撐。智能電網(wǎng)的信息化，是在傳統(tǒng)的信息采集基礎上，通過應用先進的信息技術，更加全面、準確且及時地實現(xiàn)對電網(wǎng)運行和運營狀態(tài)的感知和控制。先進的傳感技術，可以觀測出以前無法獲知的信息；安全的信息技術，可以提高電網(wǎng)抵御風險的能力；海量數(shù)據(jù)的高速傳輸和處理技術，可以保障控制措施的有效性和及時性；凡此種種，信息化將極大地提升智能電網(wǎng)的安全可靠性。同時，信息即財富。無論是能源網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的結合，還是海量用戶信息中蘊藏的豐富服務商機，都將成為實現(xiàn)電力增值服務的重要依托。
簡單化是解決電網(wǎng)復雜性的重要手段。電網(wǎng)是公認的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，而且隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和能源更大規(guī)模的開發(fā)利用而變得越來越復雜，如何解決電網(wǎng)的復雜性問題，是智能電網(wǎng)建設的關鍵。
簡單化不是指電網(wǎng)結構的簡單化，而是指控制方式簡單化。電網(wǎng)的復雜性表現(xiàn)在其模型的多維、高次和非線性等方面，因此解決之道也是對應它的這些特點，通過化簡電網(wǎng)控制模型，實現(xiàn)控制模式簡單化。從數(shù)學模型角度而言，化簡多維、高次和非線性方程組的方式包括解耦、線性化等手段，對應于物理系統(tǒng)的控制而言，可以通過降低控制維數(shù)、簡化控制方法和增加控制手段等方式實現(xiàn)。實踐證明，由一個堅強網(wǎng)架下大量具備充分自治能力的分布式電網(wǎng)組成的大規(guī)�；ヂ�(lián)電網(wǎng)具有更加穩(wěn)定可靠的運行特性，這也與人類社會的管理經(jīng)驗相吻合。當然，分布式電網(wǎng)的實現(xiàn)受限于多種自然因素和條件，但好在隨著新能源的大量應用，以及分布式電源技術、儲能技術以及輸電技術的進步，電氣意義上的分布式電網(wǎng)愈來愈成為可能。
簡單化電網(wǎng)涉及的關鍵技術眾多，既包括基礎材料技術，如儲能材料、輸電導線材料以及新型電力電子器件等，也包括先進的傳感、信息通信以及控制技術等。儲能可能是其中最為關鍵的技術，甚至可以將其理解為“人造能源”，儲能材料技術的突破，將革命性地改變能源利用結構和消費方式，盡管從目前的技術進展看，距離商業(yè)化應用還有較大差距，但比照信息存儲材料和技術的進展，也許驚喜就在不遠的未來。電力電子技術已經(jīng)有了較為廣泛的應用，對于簡化電網(wǎng)控制方法和增加控制手段具有重要意義，隨著技術的不斷進步，必將會有更多更有效的電力電子裝置在電力系統(tǒng)中得到應用。
智慧化是智能電網(wǎng)的重要目標，實現(xiàn)智能運行控制，一直是電網(wǎng)控制技術領域的重要課題，也是未來技術發(fā)展的必然趨勢。標準化和規(guī)范化是實現(xiàn)智能控制的基礎，控制策略的數(shù)字化是實現(xiàn)智能控制的關鍵。必須明確指出的是，機器智能永遠也不可能達到人類智能的水平，這是一個核心的世界觀問題。因此，未來的智能技術發(fā)展將通過降低決策控制的難度和復雜程度，實現(xiàn)決策控制策略的簡約化和數(shù)字描述化，進而實現(xiàn)智能控制。
結語我國正在建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會，智能電網(wǎng)建設是其中重要的組成部分。國家電網(wǎng)公司站在履行社會責任的高度，對智能電網(wǎng)建設高度重視，出臺了一系列措施和辦法，對建設統(tǒng)一、堅強智能電網(wǎng)工作進行了安排和部署，非常必要和及時，十分具有前瞻性和指導性，為建設智能電網(wǎng)指明了方向。我們要在國家電網(wǎng)公司的領導下，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)籌協(xié)調、分步實施。在具體實施中應把握以下原則
1)統(tǒng)一、堅強的電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的基礎。沒有一個統(tǒng)一調度管理的電網(wǎng)，沒有一個優(yōu)化我國電力資源配置的以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電壓協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)，智能電網(wǎng)就將是無源之水。利用特高壓骨干網(wǎng)架解決我國電力資源分布不均的問題，即將西部水電等清潔能源輸送到東部負荷中心，將北部火電送往中東部。與此同時建設好堅強的受端網(wǎng)絡，使特高壓電力落得下、用得上，并輔以智能化使其更加高效、節(jié)能、安全。
2)智能化是核心。智能電網(wǎng)就是要解決當前在電網(wǎng)調度方面，由于規(guī)劃不合理，達不到穩(wěn)定的問題以及用戶停電問題，使故障發(fā)生時都能自動切換用戶不停電。另外如果細分目前的電網(wǎng)，對分散的發(fā)電設備的接入，一是不能適應，怕主供電電源故障時反送電；二是不能充分利用這些發(fā)電出力來供電，而不是小電源全部切除然后再逐個并網(wǎng)。同時智能用戶終端還可以提供家電管理、通訊、網(wǎng)絡等增值服務。這些智能化的功能還需要進一步的開發(fā)應用，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟和社會效益。
3)環(huán)保、節(jié)能、安全是目標。智能電網(wǎng)就是要使電網(wǎng)對清潔能源的利用最大化，對有排放污染物及溫室氣體的機組按單位電量排放物的多少來確定發(fā)電順序。電網(wǎng)自身潮流分布更加合理，采用低損耗設備，使電力輸送過程的能耗最低。智能電網(wǎng)利用網(wǎng)絡重構等技術使電網(wǎng)達不到故障、輸配電設備及用戶都不停電，電網(wǎng)更加安全可靠運行�？傊ㄔO統(tǒng)一、堅強智能電網(wǎng)是今后一個相當長時期的主要任務，我們要在國家能源方針政策的指導下，在國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一領導下，加強對智能電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃、試點先行，不能一哄而上造成重復建設和浪費，分步實施，一步一個腳印，因地制宜地實現(xiàn)有中國特色的智能電網(wǎng)，為建設和諧社會貢獻力量。
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