智能电网的挑战性问题

　　智能电网教育部重点实验室的研究人员余贻鑫、刘艳丽，在2015年第2期《电力系统自动化》杂志上撰文，智能电网发展的各个阶段，从基础科学和工程技术的研究直到开发、示范和运行都会出现障碍。指出其中关键性的障碍，可以明确如何才能最大限度地发挥其潜能，从而为国家提供广泛的社会效益和经济效益。为此，梳理出发展智能电网所面临的11个关键的挑战性问题，强调指出：计量科学和技术以及标准的制定是需要优先发展的重点领域，多学科交叉合作是发展智能电网的必然选择，法律框架和监管、市场设计以及管理改革是智能电网成功实施并获取应得效益的基本保障。

　　实施智能电网发展战略不仅能使用户获得高安全性、高可靠性、高质量、高效率和价格合理的电力供应，还能提高国家的能源安全，改善环境，推动可持续发展，同时能够激励市场不断创新，从而提高国家的国际经济竞争力。简而言之，提高供电安全性、生态可持续性和经济竞争力是智能电网的3个目标。

　　智能电网最本质的特点是：电力和信息的双向流动性，并由此建立起一个高度自动化和广泛分布的能量交换网络;把分布式计算和通信的优势引入电网，实现信息实时交换和达到设备层次上近乎瞬时的供需平衡。

　　未来的电网将由集成的电力网和通信网组成。电力网是灵活的、可重构的，且电所及之处均有可靠的双向通信，由底层的智能网络代理(INA)开始这两张网高度融合。

　　微处理器岁月之前创建的集中规划和控制的电力基础设施，在很大程度上限制了电网的灵活性，失去了效率，致使在安全性、可靠性等几个关键方面承担着风险。所以智能电网是分布式智能的基础设施。

　　以智能配电网为例，它被分成许多片(Cell)，每个Cell中有许多由片内通信连接起来的INAs(如继电保护、分布式电源(DER)等)，这些代理能够收集和交流系统信息，可以对局部控制作出自主决策(如继电保护)，也可以通过Cell中的配电快速仿真与建模(DFSM)协调做出决策(如电压调节与无功优化、网络重构);同时各片之间有通信联系，由装有DFSM的配电调度中心协调各片的决策;进而输、配电调度中心之间也通过通信联络起来，装有输电快速仿真与建模(TFSM)的输电调度中心，根据整个系统的要求协调决策，实现跨地理边界和组织边界的智能控制，使整个系统具有自愈功能和强抗扰能力。

　　在智能电网中由于能够实时交换信息，使得大量分布式发电(含风能和太阳能等可再生能源发电)和分布式储能在电网中可以即插即用，进而还可参与运行优化;使得用户中可平移负荷，可与电网友好合作(犹如虚拟电源)，帮助电网实现需求侧管理(如削峰填谷)，并在紧急情况下支援电网运行。

　　通常把分布式发电、储能和需求侧管理统称为DER。如何处理数以万计的DER并应对风能和太阳能等可再生能源发电的间歇性、多变性和不确定性，同时确保电网的可靠性以及人身和设备安全，并激励市场的问题已经历史性地摆在面前。

　　智能电网要实现前述3个目标并具备前述的特点，所面临的挑战是极其广泛的，涉及许多技术、体制和社会问题。在其发展的各个阶段，从基础科学和工程技术的研究直到开发、示范和运行都会出现障碍。厘清其发展过程中关键性的障碍，可以帮助明确如何才能使其最大限度地发挥潜能，从而为国家提供广泛的社会和经济效益。本文试图归纳智能电网关键的挑战性问题。

　　1)基础设施

　　2)标准和协议

　　3)计算机网络(赛博系统)安全

　　4)运行和规划模型

　　5)负荷与电源计划安排与调度

　　6)储能

　　7)能源效率、需求响应和负荷控制

　　9)态势感知

　　10)市场设计

　　11)法律框架和监管路径

　　结语

　　最后需要说明的是：当对智能电网3个目标的侧重点发生变化时，智能电网实施的路线图也会不同，因而上述挑战性问题的优先级也会略有变化。

　　这里特别强调指出以下几点。

　　1)计量科学和技术上的进步，以及标准的制定，将贯穿这些挑战，并影响智能电网的各个方面。例如：①缺乏标准和协议是实现系统优化和有效通信的障碍;②缺乏适当的评估、量测和证实方法，制约有效利用EE、DR和DLC策略的能力;③安全性(如电力系统概率的静态和动态安全性评估)、电网性能以及规划的测度不充分、不一致或不存在。

　　所有这些挑战都具有较强的计量科学和技术的根源。因此，如果得到解决，就可能产生深远的影响。为了加速智能电网的发展和收获潜在的(能量的、经济的、环境的和社会的)效益，这些无疑是至关重要的和需要优先研究的课题。

　　2)需要应对复杂的、多学科的工程挑战。为了加快智能电网的创新，同时需要科学与工程两个方面的进展。物理科学领域的科研人员和工程师需要与信息科学的同行密切合作，并使用共同的语言和协议，以确保获得具有抗扰能力的、可行的设计。

　　3)法律框架和监管、市场设计以及管理改革，是智能电网成功实施并获取应得效益的基本保障，需要国家层面的关注，也需要社会学家(含律师)与科技专家的密切合作。