智能电网概述

1.1智能电网的内涵
自进入信息时代，全球资源环境的压力不断增大，能源需求不断增加，电力市场化的进程不断深入，用户对电能可靠性和质量的要求也在不断提升。电力行业面临前所未有的挑战和机遇，建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。在这种逐渐变化的环境下，人们在幻想着建立一个电力系统网络，将能源资源开发、转换（发电）、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施，通过数字化信息网络连接在一起，并通过智能化控制使整个系统得以优化。这一系统将充分利用各种能源资源，特别是低碳的天然气、风、光、水等可再生能源、核能以及各种废弃的资源等，依靠分布式能源系统、能源梯级利用系统、蓄能系统和蓄电交通系统等组合优化配置，实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到一个全新的水平，令环境污染与温室气体排放降低到一个可以接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理而有利的状态。人们普遍将这样的电力系统网络称为智能电网。
智能电网是以包括发、输、变、配、用、调度和信息等各环节的电力系统为对象，不断研发新型的电网控制技术、信息技术和管理技术，并将其有机结合，实现从发电到用电所有环节信息的智能交流，系统地优化电力生产、输送和使用。智能电网的本质就是能源替代和兼容利用，它需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，覆盖包括从需求侧设施到广泛分散的分布式发电再到电力市场的整个电力系统及相关环节，促进电力流、信息流、业务流的高度融合和统一。电力企业通过促成技术与具体业务的有效结合，使智能电网建设在企业生产经营过程中切实发挥作用，最终达到提高运营绩效的目的。
1.2智能电网的发展
智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。以欧美等发达国家为代表，上至欧盟委员会、美国能源部，下至各种类型的电力企业与组织，纷纷投入相当的精力，力图尽早取得突破。中国、日本、韩国、加拿大、澳大利亚等国家也开始注意到电网的这一新的发展动向，正在积极推进。
1.2.1 美国智能电网

在过去30年间，虽然信息、通信技术发生了翻天覆地的变化，但日渐老化的美国电网并没有跟上技术变革的步伐，用户也对电力供应提出了越来越高的要求，国家安全、环保等各方面政策都对美国电网的建设和管理提出了更高的标准。为了争取更多用户，在市场竞争中取胜，美国各电力企业纷纷提高服务水平，加强与用户的交互，提供更多产品供用户选择，最好地满足不同类型用户的需求。与此同时，近年在基础材料、电力技术、信息技术的研究中，出现了不少可以明显改善电网可靠性、效率等运行指标的技术。这些技术的推广应用为电网运行管理水平的提高创造了条件。为了解决电网存在的问题，美国电力行业目前普遍公认的解决方案是建设一个基于全新技术和架构的“智能电网”，利用日新月异的信息技术对电网进行彻底改造，以期建成一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。{page}

2001年，美国电力科学研究院创立了智能电网联盟，推动“IntelliGrid”研究。IntelliGrid项目有两个目标：①分析出电力系统运行的商业需求，包括现在、未来的各种需求，如自愈电网概念等；②以基于这些分析得出的电力系统的需求作为基础，提出支撑未来电力系统的信息需求系统，使用战术性的方法来建立一个战略视图，以战略的高度建立一个不依赖于具体技术的视图框架。这两个目标明确了未来电力系统是一个融合两种基础设施（电力输送能源基础设施和信息基础设施）的能源系统。这两种基础设施的融合表明，未来的能源系统必须在两个方面同时进行。
为了使美国电网实现现代化，保证经济安全和国家安全，美国能源部（DOE)于2003年发布了“Grid 2030”，对美国未来电网远景进行了阐述。DOE于2004年又进一步发布了“国家输电技术路线图”，为实现“Grid 2030”进行战略部署。在这两份文件以及工业界的指导下，2004年，在DOE支持下，电网智能化项目(Gridwise）启动，其目标包括：①利用信息技术对能源系统进行更新换代；②通过发展和部署技术方案，为所有参与者创造商业价值；③通过在电力网络中融合信息技术，促进电力更加稳定可靠，更富灵活性和自适应性；④鼓励用户参与电网，并从中获利。电网智能化联盟成员包括跨国技术公司有AREVA、GE、IBM;电力公司和电网运营商有AEP（美国电力公司）、巴纳维亚（Bonneville）电力管理局、PJM及法国电力集团（EDF）等，研究机构有EPRI、巴特尔（Battelle）、RDS和SAIC（科学应用国际公司）等。
2005-2006年，DOE与美国国家能源技术实验室（NETL）合作，发起了“现代电网”倡议，任务是进一步细化电网现代化愿景和计划，并在全国范围内达成共识。“现代电网”倡议创立一个全国范围内共享的关于现代电网主要特性及关键技术领域的一个蓝图。这个蓝图分析了电网的性能和技术缺口，提出了现代电网的国家级概念，鼓励工业界对现代电网的认可并协调区域技术的集成项目。“现代电网”倡议还建立了现代电网的视图，提出了现代电网的目标、性能、主要特征、关键技术以及评价体系等。它符合DOE的使命，并和其他一些工业界的努力和行动形成互补，如EPRI领导的IntelliGrid项目、Galvin Electric Initiative、GridApps联盟，还有其他致力于提高国家电网性能的机构。同时，DOE又成立了电网智能化架构委员会（GWAC GridWise ®Architecture Council）。该委员会既不是一个设计团队，也不是标准制定实体，它的主要工作是将合适的实体组织起来，促进各电力公用事业单位之间在电力系统方面的互操作性，为互操作概念和标准的发展提供参考准则，为智能电网的实现提供工业层面上的指导和必要的工具。国际电工委员会IEC于2008年底筹建了SG3智能电网战略工作组，以制定智能电网的相关标准，推进智能电网的进程，促进各国在智能电网发展过程中的一致性。智能电网战略工作组于2009年4月底在法国巴黎召开了首次会议，会议的目的是系统研究现有{page}

标准，提出智能电网的标准研究框架。会后战略工作组已开始与IEC各专业委员会联系，首先提出与智能电网有关的标准列表，经初步评估和分析后征集各专业委员会意见，并将在9月的会议上研究讨论建立智能电网标准框架。
2009年1月，美国白宫发布的《复苏计划尺度报告》宣布：将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000万美国家庭安装智能电表。2009年4月，奥巴马政府公布了40亿美元智能电网技术投资计划，计划划拨约40亿美元的刺激资金用于开发新的电力传输技术，其中34亿美元用于智能电网技术开发，6.15亿美元用于智能电网的演示项目。美国政府希望推动新的人工智能电网的开发，大大提高电力设施的效率。2009年6月，美国又公布了一项简称为“IEEE P2030”的智能电网标准和互通原则，其核心就是推动电力工程、通信和信息技术的互动。2009年4月，美国National Grid向马萨诸塞州公共事业部提交了一个持续两年、总投资达5700万美元的智能电网示范工程项目。该项目将包含新英格兰地区的15000个用户，为所有用户安装智能电表、可编程的恒温器，提供电子账单，并在一些变电站接入可再生能源。公司还计划集成分布式电源和即插即用混合电动汽车。
 1.2.2 欧洲智能电网
智能电网成为欧洲电网的发展趋势，有其独特的发展背景。其一，经过逾百年的长期发展，欧洲各国的电力系统已走完了以外延扩张为主的发展阶段，早已具备了可以满足经济社会运转需求的较为充裕的输配电供应能力，对电力行业的要求转向了更加高效、灵活、环保且有利于市场化等方面。其二，欧洲各国的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发展，尤其是风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展是近年来欧盟委员会能源政策的基本着力点和中心目标。因此，基于可再生能源的分布式电源发展成为欧洲电力市场的必然。其三，欧洲天然气管网发达、应用广泛且已市场化，为基于天然气的分布式发电技术的广泛应用提供了良好的能源供应基础和市场基础。
2004年欧盟委员会启动了相关的研究与建设工作，提出了在欧洲要建设的智能电网的定义。2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调欧洲已经进入一个新能源时代，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。实际上欧洲电网属于分布发电与交互式供电的发展模式，更适宜建立智能电网。因此，智能电网在英国、法国、德国等都有潮流性发展趋势。
作为欧洲2020年及后续的电力发展目标，未来欧洲电网应满足如下需求：①灵活性，在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求；②可接入性，使所有用户都可接入电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用；③可靠性，提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求；④经济性，通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。
2006年4月，未来电力网络技术平台顾问委员会发布了“欧洲未来电力网络视图和战略”(Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future）。在这个视图中指出，未来的电力市场和网络必须能为用户提供一个可靠、灵活、可访问和低成本的电力供应系统。充分利用大型集中的发电厂和小型分布式的电源。终端用户在电力市场和电网上均体现更重要的互动性。电力将由集中和分散的电源提供，电网系统在欧洲各层次上更加互连，促进安全和高效。这个新概念的电力网络称为智能电网视图。
随着智能电网视图的发布，顾问委员会在来自大学、研究机构、工业界、政策办以及电力企{page}

业的支持和建议下，发展了战略研究议程（Strategic Research Agenda,SRA）。SRA有5个主要的研究领域，并共分成19个研究任务。这是一个战略性的文件，希望告知、鼓励和简化欧洲及各成员国之间研究项目上的一致性。SRA是一个加强各利益相关者共同研究的参考性文件，它为未来的研究项目提供了一个框架。
2007年，欧洲委员会发布了最新的第七框架计划（The 7th Framework Programme，FP7)，执行期从2007年1月到2013年12月，旨在使欧洲经济成为最富活力、最具竞争力的经济体。该计划包括10个子项目，其中第5个和第6个分别为能源和环境（包括气候变暖）。这两部分和电力工业的发展息息相关，将直接影响电力工业的革新。能源子项目主要包括：氢能源和燃料电池、可再生电力、再生燃料生产、供热供冷的再生、C02捕获和储存以实现零排放发电、洁净煤炭技术、智能能源网络、能效和节能以及能源决策分析知识。
能源计划的发布将进一步促进欧洲智能电网的发展和部署。
2008年底，欧洲公用事业电信联合会（UTC)发布了一份名为“智能电网-构建战略性技术规划蓝图（Smart Grids：Building a Strategic Techonlogy Roadmap)”的报告，以帮助公用事业公司做充分的规划准备工作，进而更好的制定智能电网发展计划，实现智能电网的发展目标。
在智能电网的实践方面，欧洲已经有大量的电力企业在如火如茶地开展智能电网建设，内容覆盖发电、输电、配电和售电等环节。
意大利的电力公司早在2001年就安装和改造了约3000万台智能电表，实现自动抄表和管理，建立一个全新的、智能化计量管理网络。该项目的实施预计为该电力公司节省约5亿欧元管理费用；高峰负荷减少2.5％以上，优化和减少电网建设和改造投资；客户服务成本降低40％以上；电费回收周期减少2天，计费不准引起的纠纷减少50%，欠费问题减少；提高了对客户用电需求和负荷模式的认识水平以及服务水平，更好的编制供电计划；基于实时客户需求，创造新的服务，增加企业收入。
1.2.3 亚洲智能电网
1、韩国智能电网
韩国电力系统自1970年随着经济的发展而不断发展。2006年，韩国总发电容量达到64.5GW，峰值电量达到58.99GW。预计到2020年，韩国电力将保持稳步增长，这就需要未来在发电、输电、配电等方面巨大的投资。
为了满足韩国电力未来的需求，韩国需要持续建设传统的大型热电厂，包括核电、煤电、LNG等。但是由于环保要求的限制，建设这样大的电厂已经越来越困难了，结果韩国电力系统不断地出现各种分布式能源，如冷热电联供、风电和太阳能发电等等，这些分布式能源的出现对电力系统的运行和控制增加了难度。
韩国政府启动的“电力信息化工程”于2004年12月开始，为了增强电力系统的可靠性和安全性，通过资产管理减少运行维护费用，通过需求响应增加电力市场效率，提供新的电力行业服务，为制造厂提供新的商业机会。
参加电力信息化工程的单位和部门有100多个，主要包括知识经济部、电力信息化国家项目中心（CPIT）、KEPCO、KPX、KERI、LSIS、Hyosung 重工业公司、KDN、半导体高级研究联盟、韩国电力工业技术研究联盟、韩国电力制造协会、韩国电力工程和科学研究机构等等。{page}

该工程在2005-2010年提供大约2000亿美元的经费，主要用于10个大型的项目、10个小型的项目，还有两个基础设施项目。大型项目的研究时间是4-5年，而小型项目是1-2年。小型项目是用来支撑重点项目或者是作为重点项目间的连接桥梁。两个基础设施项目包括研究生和工业研究人员的教育和培训项目，电力IT相关的系统、设施和设备等的标准化研究。
韩国信息化工程是由一系列独立的项目组成，每个项目都基于其自身的研究内容和技术范畴来发展，每个项目都包含用途、应用主题、服务和基础设施。该工程总共由10个项目组成，其技术领域包括1个发电、4个输电、1个变电、4个配电和2个终端用户，下面给出这些项目及其涉及的领域：
(1）韩国能量管理系统；
(2）基于IT的柔性交流输电系统；
(3）智能输电网络监测和运行系统；
(4）基于数字控制技术的高级变电站自动化系统；
(5）智能配电管理系统；
(6）电力设施监测的主动遥测系统；
(7）用于IT能量商业服务的用户入口系统；
(8）宽带电力线通信；
(9）用于分布式发电和工业逆变应用的电力半导体；
(10）服务于微网的能量管理和测试系统。
在这10个研究项目中，3个项目主要用于实现智能电网的设备和组件的发展（比如基于IT 的柔性AC输电系统，宽带电力线通信，用于分布式发电和工业逆变应用的电力半导体）。尽管韩国电力信息化工程的方法是基于每个独立的项目，但是整个智能电网的实现可以通过集成每一个技术和项目来完成。2009年3月，韩国政府宣布，计划在2011年前建立一个智能电网综合性试点项目。届时能提高韩国环保能源的能力。韩国知识经济部认为这种电网能将普通导线和IT技术以及卫星通信系统结合起来，可实时监控电力需求和输出。韩国知识经济部将大力推进利用IT技术将电力网智能化的商用化。韩国知识经济部决定，2009-2012年，投自2547亿韩元开发商用化技术，并将名称定为“绿色电力IT "。绿色电力IT是在发电站、送电塔、电线杆、家电产品上安装传感器，生产、流通各种电力信息的技术。电力IT的主要技术包括智能型能源管理系统、基于IT的大容量电力输送控制系统、智能型送电网络监视及运营系统、电线通信普及技术等。韩国希望在未来20年内将绿色能源在总能源中所占的比例由2.4％提高到11％。智能电网将会是这项工作的一部分。
2、中国智能电网
随着全球资源环境压力的不断增大，电力市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，电力行业正面临前所未有的挑战和机遇，建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。我国电力工业也面临着类似于欧美国家的情况；在宏观政策层面，电力行业需要满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求，适应气候变化的需要；在市场化改革层面，交易手段与定价方式正在发展，市场供需双方的互动将会越来越频繁。这说明智能电网建设也将成为我国电网发展的一个新方向。另外，我国的电网规模正在快速扩张，用户的用电行为也在发生变化。以建设智能电网为抓手，借助电网扩张的机遇，能够比较方便地建成满足未来需要的下一代电力网络，直接占领电网技术的最高点。{page}

我国关于智能电网方面的研究进展缓慢，甚至是刚刚起步。2007年10月，华东电网公司启动了智能电网可行性研究项目，密切跟踪国际先进电力企业和研究机构对智能电网的研究，并结合华东电网的现状和今后发展的要求，提出了三个阶段的发展思路和行动计划-2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。争取在智能电网建设的方向上取得实质性的突破，为早日实现“一强三优”现代公司作出贡献。2009年1月华东电网公司在传达国家电网的年度会议上，又进一步强调：“聚焦高级调度中心项目群建设，开展‘互动电网夕前瞻性研究，开展企业一体化信息平台建设，全面推进创新型企业建设，提升公司引领发展的能力。”2008年，国家电网公司开始推行电力用户用电信息采集系统，规划用3-5年时间实现全网的电能信息采集，实现“全覆盖、全采集、全预付费”的目标，这将为智能电网的集成通信系统提供一个非常强大的信息网络平台，保证了数据的双向实时高速传递，为智能电网的下一步推行奠定了充分的基础。
2009年4月，中国国家电网公司高层领导访美，在华盛顿举办的一场题为“更坚强的电网-中国与美国展望”的会议上发表主旨演讲称：“中国国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、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。”国家电网公司指出，智能电网应涵盖发电、调度、输变电、配电和用户等各个环节，是一个闭环系统。智能电网首先应该是坚强的电网，能够实现能源资源的大范围优化配置，保障安全可靠的电力供应，进一步实现清洁、高效、互动的目标。
在2009年5月举行的特高压输电技术国际会议上，国家电网公司正式对外界公布了“坚强智能电网”计划。会议指出，“发展特高压电网是建设坚强智能电网的基础。为保障安全、清洁、高效、可持续的能源和电力供应，积极发展智能电网已成为世界电力发展的新趋势。”“智能电网首先应当是一个坚强的电网。坚强是智能电网的基础，智能是坚强电网充分发挥作用的关键，两者相辅相成、协调统一。因此，特高压对于发展智能电网来说至关重要。”国家电网公司同时提出规划和目标：将按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，在加快建设由l000kV交流和±800kV、±l000kV直流构成的特高压骨干网架，围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度等主要环节和信息化建设等方面，分阶段推进坚强智能电网发展。
国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网建设。2009-2010年是规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点；2011-2015年是全面建设阶段，将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；2016-2020年是引领提升阶段，将全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力大幅提升，清洁能源装机比例达到35%，分布式电源实现“即插即用”，智能电表得到普及应用。
智能电网已成为全球发展电力工业的焦点，在国外智能电网发展驱使下，中国应该根据自己的国情，抓住机遇，寻求适合中国特色的智能电网战略规划，并尽快实施。尽管智能电网的研究与实践尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿景和趋势，必将进一步推动电力工业的变革与进步。■