智能電網(wǎng)的概念

　　智能電網(wǎng)(smart power grids)，就是電網(wǎng)的智能化，它是以物理電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術、通訊技術、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)。它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質量、適應電力市場化發(fā)展為目的，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、情節(jié)、互動的電力供應和增值服務。

　　智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵是實現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動化和互動化，簡稱為“堅強的智能電網(wǎng)(Strong Smart Grid)”。

　　智能電網(wǎng)是人類面對電力供需平衡、新能源的接入、電網(wǎng)可靠性以及信息安全挑戰(zhàn)的一種必然選擇。它代表了電網(wǎng)將來進化的一種愿景：結合先進的自動化技術、信息技術以及可控電力設備，支持從發(fā)電到用電的整個電力供應環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，尤其是新能源的接入以及電網(wǎng)的安全運行。智能電網(wǎng)在電網(wǎng)安全運行、可為用戶可靠提供高質量電能前提下，提高能源使用效率，減少對環(huán)境影響，同時可以形成新的產(chǎn)業(yè)群，促進就業(yè)。

　　智能電網(wǎng)包括八個方面的主要特征，這些特征從功能上描述了電網(wǎng)的特性，而不是最終應用的具體技術，它們形成了智能電網(wǎng)完整的景象。

　　智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)

　　“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問題的元件從系統(tǒng)中隔離出來并且在很少或不用人為干預的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復到正常運行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。從本質上講，自愈就是智能電網(wǎng)的“免疫系統(tǒng)”。這是智能電網(wǎng)最重要的特征。自愈電網(wǎng)進行連續(xù)不斷的在線自我評估以預測電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的或正在發(fā)展的問題，并立即采取措施加以控制或糾正。自愈電網(wǎng)確保了電網(wǎng)的可靠性、安全性、電能質量和效率。自愈電網(wǎng)將盡量減少供電服務中斷，充分應用數(shù)據(jù)獲取技術，執(zhí)行決策支持算法，避免或限制電力供應的中斷，迅速恢復供電服務�；�于實時測量的概率風險評估將確定最有可能失敗的設備、發(fā)電廠和線路;實時應急分析將確定電網(wǎng)整體的健康水平，觸發(fā)可能導致電網(wǎng)故障發(fā)展的早期預警，確定是否需要立即進行檢查或采取相應的措施;和本地及遠程設備的通信將幫助分析故障、電壓降低、電能質量差、過載和其他不希望的系統(tǒng)狀態(tài)，基于這些分析，采取適當?shù)目刂菩袆�。自愈電網(wǎng)經(jīng)常應用連接多個電源的網(wǎng)絡設計方式。當出現(xiàn)故障或發(fā)生其他的問題時，在電網(wǎng)設備中的先進的傳感器確定故障并和附近的設備進行通信，以切除故障元件或將用戶迅速地切換到另外的可靠的電源上，同時傳感器還有檢測故障前兆的能力，在故障實際發(fā)生前，將設備狀況告知系統(tǒng)，系統(tǒng)就會及時地提出預警信息。

　　智能電網(wǎng)激勵和包括用戶

　　在智能電網(wǎng)中，用戶將是電力系統(tǒng)不可分割的一部分。鼓勵和促進用戶參與電力系統(tǒng)的運行和管理是智能電網(wǎng)的另一重要特征。從智能電網(wǎng)的角度來看，用戶的需求完全是另一種可管理的資源，它將有助于平衡供求關系，確保系統(tǒng)的可靠性;從用戶的角度來看，電力消費是一種經(jīng)濟的選擇，通過參與電網(wǎng)的運行和管理，修正其使用和購買電力的方式，從而獲得實實在在的好處。在智能電網(wǎng)中，用戶將根據(jù)其電力需求和電力系統(tǒng)滿足其需求的能力的平衡來調整其消費。同時需求響應(DR)計劃將滿足用戶在能源購買中有更多選擇的基本需求，減少或轉移高峰電力需求的能力使電力公司盡量減少資本開支和營運開支，通過降低線損和減少效率低下的調峰電廠的運營，同時也提供了大量的環(huán)境效益。在智能電網(wǎng)中，和用戶建立的雙向實時的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)鼓勵和促進用戶積極參與電力系統(tǒng)運行和管理的基礎。實時通知用戶其電力消費的成本、實時電價、電網(wǎng)目前的狀況、計劃停電信息以及其他一些服務的信息，同時用戶也可以根據(jù)這些信息制定自己的電力使用的方案。

　　智能電網(wǎng)將抵御攻擊

　　電網(wǎng)的安全性要求一個降低對電網(wǎng)物理攻擊和網(wǎng)絡攻擊的脆弱性并快速從供電中斷中恢復的全系統(tǒng)的解決方案。智能電網(wǎng)將展示被攻擊后快速恢復的能力，甚至是從那些決心堅定和裝備精良的攻擊者發(fā)起的攻擊。智能電網(wǎng)的設計和運行都將阻止攻擊，最大限度地降低其后果和快速恢復供電服務。智能電網(wǎng)也能同時承受對電力系統(tǒng)的幾個部分的攻擊和在一段時間內(nèi)多重協(xié)調的攻擊。智能電網(wǎng)的安全策略將包含威懾、預防、檢測、反應，以盡量減少和減輕對電網(wǎng)和經(jīng)濟發(fā)展的影響。不管是物理攻擊還是網(wǎng)絡攻擊，智能電網(wǎng)要通過加強電力企業(yè)與政府之間重大威脅信息的密切溝通，在電網(wǎng)規(guī)劃中強調安全風險，加強網(wǎng)絡安全等手段，提高智能電網(wǎng)抵御風險的能力。

　　提供滿足21世紀用戶需求的電能質量

　　電能質量指標包括電壓偏移、頻率偏移、三相不平衡、諧波、閃變、電壓驟降和突升等。由于用電設備的數(shù)字化，對電能質量越來越敏感，電能質量問題可以導致生產(chǎn)線的停產(chǎn)，對社會經(jīng)濟發(fā)展具有重大的損失，因此提供能滿足21世紀用戶需求的電能質量是智能電網(wǎng)的又一重要特征。但是電能質量問題又不是電力公司一家的問題，因此需要制定新的電能質量標準，對電能質量進行分級，因為并非所有的商業(yè)企業(yè)用戶和居民用戶，都需要相同的電能質量。電能質量的分級可以從“標準”到 “優(yōu)質”，取決于消費者的需求，它將在一個合理的價格水平上平衡負載的敏感度與供電的電能質量。智能電網(wǎng)將以不同的價格水平提供不同等級的電能質量，以滿足用戶對不同電能質量水平的需求，同時要將優(yōu)質優(yōu)價寫入電力服務的合同中。

　　減輕來自輸電和配電系統(tǒng)中的電能質量事件

　　通過其先進的控制方法監(jiān)測電網(wǎng)的基本元件，從而快速診斷并準確地提出解決任何電能質量事件的方案。此外，智能電網(wǎng)的設計還要考慮減少由于閃電、開關涌流、線路故障和諧波源引起的電能質量的擾動，同時應用超導材料、儲能以及改善電能質量的電力電子技術的最新研究成果來解決電能質量的問題。另外，智能電網(wǎng)將采取技術和管理手段，使電網(wǎng)免受由于用戶的電子負載所造成的電能質量的影響，將通過監(jiān)測和執(zhí)行相關的標準，限制用戶負荷產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)。除此之外，智能電網(wǎng)將采用適當?shù)臑V波器，以防止諧波污染送入電網(wǎng)，惡化電網(wǎng)的電能質量。

　　容許各種不同類型發(fā)電和儲能系統(tǒng)的接入

　　智能電網(wǎng)將安全、無縫地容許各種不同類型的發(fā)電和儲能系統(tǒng)接入系統(tǒng)，簡化聯(lián)網(wǎng)的過程，類似于“即插即用”，這一特征對電網(wǎng)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。改進的互聯(lián)標準將使各種各樣的發(fā)電和儲能系統(tǒng)容易接入。從小到大各種不同容量的發(fā)電和儲能在所有的電壓等級上都可以互聯(lián)，包括分布式電源如光伏發(fā)電、風電、先進的電池系統(tǒng)、即插式混合動力汽車和燃料電池。商業(yè)用戶安裝自己的發(fā)電設備(包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)裝置)和電力儲能設施將更加容易和更加有利可圖。在智能電網(wǎng)中，大型集中式發(fā)電廠包括環(huán)境友好型電源，如風電和大型太陽能電廠和先進的核電廠將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。加強輸電系統(tǒng)的建設使這些大型電廠仍然能夠遠距離輸送電力。同時各種各樣的分布式電源的接入一方面減少對外來能源的依賴，另一方面提高供電可靠性和電能質量，特別是對應對戰(zhàn)爭和恐怖襲擊具有重要的意義。

　　優(yōu)化其資產(chǎn)應用，使運行更加高效

　　智能電網(wǎng)優(yōu)化調整其電網(wǎng)資產(chǎn)的管理和運行以實現(xiàn)用最低的成本提供所期望的功能。這并不意味著資產(chǎn)將被連續(xù)不斷地用到其極限，而是有效地管理需要什么資產(chǎn)以及何時需要，每個資產(chǎn)將和所有其他資產(chǎn)進行很好的整合，以最大限度地發(fā)揮其功能，同時降低成本。智能電網(wǎng)將應用最新技術以優(yōu)化其資產(chǎn)的應用。例如，通過動態(tài)評估技術以使資產(chǎn)發(fā)揮其最佳的能力，通過連續(xù)不斷地監(jiān)測和評價其能力使資產(chǎn)能夠在更大的負荷下使用。

　　智能電網(wǎng)通過高速通信網(wǎng)絡實現(xiàn)對運行設備的在線狀態(tài)監(jiān)測，以獲取設備的運行狀態(tài)，在最恰當?shù)臅r間給出需要維修設備的信號，實現(xiàn)設備的狀態(tài)檢修，同時使設備運行在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)的控制裝置可以被調整到降低損耗和消除阻塞的狀態(tài)。通過對系統(tǒng)控制裝置的這些調整，選擇最小成本的能源輸送系統(tǒng)，提高運行的效率。最佳的容量、最佳的狀態(tài)和最佳的運行將大大降低電網(wǎng)運行的費用。此外，先進的信息技術將提供大量的數(shù)據(jù)和資料，并將集成到現(xiàn)有的企業(yè)范圍的系統(tǒng)中，大大加強其能力，以優(yōu)化運行和維修過程。這些信息將為設計人員提供更好的工具，創(chuàng)造出最佳的設計來，為規(guī)劃人員提供所需的數(shù)據(jù)，從而提高其電網(wǎng)規(guī)劃的能力和水平。這樣，運行和維護費用以及電網(wǎng)建設投資將得到更為有效的管理。

　　智能電網(wǎng)將使電力市場蓬勃發(fā)展

　　在智能電網(wǎng)中，先進的設備和廣泛的通信系統(tǒng)在每個時間段內(nèi)支持市場的運作，并為市場參與者提供了充分的數(shù)據(jù)，因此電力市場的基礎設施及其技術支持系統(tǒng)是電力市場蓬勃發(fā)展的關鍵因素。智能電網(wǎng)通過市場上供給和需求的互動，可以最有效地管理如能源、容量、容量變化率、潮流阻塞等參量，降低潮流阻塞，擴大市場，匯集更多的買家和賣家。用戶通過實時報價來感受到價格的增長從而降低電力需求，推動成本更低的解決方案，并促進新技術的開發(fā)，新型潔凈的能源產(chǎn)品也將給市場提供更多選擇的機會。

　　此外，智能電網(wǎng)可以促進節(jié)能減排，推動低碳經(jīng)濟發(fā)展——智能電網(wǎng)的首要作用是節(jié)能，我國一年社會用電總量近35000億千瓦時，實現(xiàn)電網(wǎng)信息化之后，每年在配電輸電用電等環(huán)節(jié)即可節(jié)約5%至10%的電力資源，節(jié)省價值近2000億元人民幣。建造智能電網(wǎng)還助于城市減排溫室氣體。

　　智能電網(wǎng)的社會意義

　　互動電網(wǎng)學說的本質，就是以信息革命的造法性標準和技術手段大規(guī)模推動工業(yè)革命的最重要資產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動。互動電網(wǎng)的功效包括：一是智能電網(wǎng)能夠實現(xiàn)雙向互動的智能傳輸數(shù)據(jù)，實行動態(tài)的浮動電價制度;二是可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)整合，遇到電力供應的高峰期之時，能夠在不同區(qū)域間進行及時調度，平衡電力供應缺口，從而達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理;三是智能電網(wǎng)能夠將新型可替代能源接入電網(wǎng)，比如太陽能、風能、地熱能等，實現(xiàn)分布式能源管理;四是可以提高供電效率，減少能量損耗，改善供電質量，解決電網(wǎng)商業(yè)化運轉;五是智能電表可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力部門以其終端用戶為基礎，進行通信、寬帶業(yè)務或傳播電視信號。

　　互動電網(wǎng)的本質就是能源替代、兼容利用和互動經(jīng)濟。從技術上講，互動電網(wǎng)應是最先進的通訊、IT、能源、新材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的集成，也是配電網(wǎng)技術、網(wǎng)絡技術、通信技術、傳感器技術、電力電子技術、儲能技術的合成，對于推動新技術革命具有直接的綜合效果。

　　建造互動的電網(wǎng)，將推進IT革命進入創(chuàng)新階段;將為消費者提供更好的減少能源消耗的路徑;將為整個社會節(jié)約成本、降低溫室氣體排放，并促進綠色經(jīng)濟占統(tǒng)治地位。

　　智能電網(wǎng)是培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務國家經(jīng)濟發(fā)展方式轉變的重要實踐。智能電網(wǎng)將融合通信、能源、新材料等高科技產(chǎn)業(yè)，一方面帶動其上下游及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動電力和其他產(chǎn)業(yè)結構調整，促進技術進步和裝備升級;另一方面將為通信、自動化、制造等技術深度融合提供友好平臺，促進關聯(lián)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展和新產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)。

　　智能電網(wǎng)的歷史發(fā)展

　　2001年，意大利的電力公司就安裝和改造了3000萬臺智能電表，建立起了智能化計量網(wǎng)絡。

　　2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術，利用的是(Swarm群體行為)原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調，減少大樓在用電高峰期的用電量�？藏悹柊l(fā)明了一種無線控制器，與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制。比如，一臺空調運轉15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24攝氏度;而另外兩臺空調可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運15分鐘。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標便可以實現(xiàn)。這個技術賦予電器于智能，提高能源的利用效率。

　　2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強調智能電網(wǎng)技術是保證歐盟電網(wǎng)電能質量的一個關鍵技術和發(fā)展方向。這時候的智能電網(wǎng)應該是指輸配電過程中的自動化技術。

　　2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點“(GridPoint)的公司最近開始出售一種可用于監(jiān)測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術調整家用電器的用電量。這個電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個基礎設施。

　　2006 年，美國IBM公司曾與全球電力專業(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。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，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。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。

　　2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級調度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項目的啟動標志著中國開始進入智能電網(wǎng)領域。

　　2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個智能電網(wǎng)城市，每戶家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀地了解當時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔能源。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現(xiàn)，可以重新配備電力。

　　2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。

　　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3000英里輸電線路，并為4000萬美國家庭安裝智能電表----美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。2月2 日獨能源問題專家武建東在《全面推互動電網(wǎng)革命拉動經(jīng)濟創(chuàng)新轉型》的文章中，明確提出中國電網(wǎng)亟須實施“互動電網(wǎng)”革命性改造。

　　2009年2月4日，地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達成的協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公用系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡。這種傳感器網(wǎng)絡和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎設施一起提供相關數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進行電力分配并檢測到潛在問題。 IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機會，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。

　　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。這是一個測試版在線儀表盤，相當于谷歌正在成為信息時代的公用基礎設施。

　　2009 年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設的一部分----華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過專家組的驗收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預警系統(tǒng)高度集成，調度人員無需在不同系統(tǒng)和平臺間頻繁切換，便可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務市場品質分析平臺，能有效提升調度部門對并網(wǎng)電廠管理的標準化和流程化水平。

　　美國谷歌2009年3月3日向美國議會進言，要求在建設“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時采用非壟斷性標準。

　　2010年1月12日，國家電網(wǎng)公司制定了《關于加快推進堅強智能電網(wǎng)建設的意見》，確定了建設堅強智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標。

來源：中國低壓電器網(wǎng)