淺析智能電網與新能源

保定供電公司 李會濤

近年來國際范圍內逐步開展了智能電網的研究與實踐計劃，智能電網的概念首先是在歐美發達國家提出的。由于計算機、通信、電力電子等新技術的飛速發展，社會各行各業都已經應用這些新技術提高行業的現代化水平，電力工業是一個傳統的產業，已經經歷了上百年的歷史，而且歐美發達國家的電網設備已經進入老化的時期，迫切要求更新改造，而這些新技術的發展使得實現電網智能化成為可能。

智能電網技術有機融合了高級傳感、通信、自動控制等技術，具有自我管理與恢復、兼容性強等特點，其快速發展為分布式能源的無縫并網提供了良好的技術保障。通過合理利用各類高級控制技術，能推動各類分布式能源與現有電力系統的有機融合，實現“即插即用”、實時互動和協調運行。目前，分布式能源的開發利用多處于自治運行模式，缺乏一個長遠的具體發展模式，進而實現分布式能源的大規模的開發利用。因此，積極研究智能電網環境下的分布式能源發展模式對未來實現分布式能源大規模的開發，緩解能源危機等戰略目標具有重要的意義。

一、智能電網與微電網概述

所謂智能電網，就是電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，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技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。智能電網的核心內涵是實現電網的信息化、數字化、自動化和互動化，簡稱為“堅強的智能電網。

智能電網的智能化主要體現在：

可觀測——采用先進的量測、傳感技術；

可控制——對觀測狀態進行有效控制嵌入式自主處理技術；實時分析——完成數據到信息的提升；自適應和自愈等幾個方面。

綜合而言，智能電網具有以下主要特征：

1.堅強。在電網發生大擾動和故障時，電網仍能保持對用戶的供電能力，而不發生大面積停電事故：在自然災害和極端氣候條件下或人為的外力破壞下仍能保證電網的安全運行：具有確保信息安全的能力和防計算機病毒破壞的能力。

2.自愈。具有實時、在線連續的安全評估和分析能力，強大的預警控制系統和預防控制能力，自動故障診斷、故障隔離和系統自我恢復的能力。

3.兼容。支持可再生能源的正確、合理的接入，適應分布式發電和微電網的接入，能使需求側管理的功能更加完善和提高，實現與用戶的交互和高效互動，滿足用戶多樣化的電力需求。

4.經濟。支持電力市場和電力交易的有效開展；實現資源的合理配置；降低電網損耗；提高能源利用效率；為用戶提供可承受電價水平的電力。

5.集成。實現包括監視、控制、維護、EMS、DMS、MOS等電網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精細化管理。

6.協調。實現電網與批發電力市場和零售電力市場問的無縫銜接，提高電辦系統的規劃、運行和可靠性管理水平，促進電力市場競爭效率的提高。

想到這些，我按捺不住激動地撥通了父親的電話：“爸，我今天到拜城縣的工地檢查工作，這段路好長啊，別說是開車了，光是一個單程三百多公里坐下來，就感到好累好累，真不知道您當年是怎么熬過來的！”電話那頭的父親只是“呵呵”地笑著說：“現在的路比我們進疆那時不知好了多少倍，峽谷巖壁上崎嶇險峻的路，如今已天塹變通途，舒適、高效而寬坦，出行很便利，駕車不再那么疲勞了。”

7.優化。優化資產的利用，提高資產利用效率，降低投資成本和運行維護成本。

8.優質。電力用戶的電能質量得到有效保障，實現電能質量的差別定價。

9.交互。實現電網與用戶設備和行為間的交互，促使電力用戶發揮積極作用，實現電力運行和環境保護等多方面收益。

為整合分布式發電的優勢，削弱分布式電源對電網的沖擊和負面影響，充分發揮分布式能源的效益和價值，應積極構建基于分布式能源的微電網。

微電網是一種由負荷和微型電源共同組成的系統，它可同時提供電能和熱量；微電網內部的電源主要是由電力電子裝置負責能量轉換，并提供必須的控制；微電網相對外部大電網表現為單一的可控單元，同時滿足用戶對電能質量和供電可靠性、安全性的要求。

智能電網和微電網是21世紀新興的兩個概念，隨著世界多個國家的積極探索和研究，已迅速延伸至政府、電力、信息、經濟、金融等多個行業和領域，成為電力系統未來發展的重要方向。智能電網和微電網在國際上的蓬勃發展，對中國未來電網的規劃和建設有著很好的啟示和借鑒意義。隨著中國電力體制改革的深入完善、電網結構的不斷調整和發展方式的逐步轉變，將給建設智能電網和微電網帶來巨大的發展機遇。

二、智能電網與微電網的關系

1.智能電網首要的特點是自愈，即不論發生什么事故，它都能通過自身解決，保證電力系統的安全性。而微電網是一個集成了分布式電源、負荷、儲能以及保護和控制等一系列環節的小型供能系統，它最大的特點是能夠自治運行，這一特點與智能電網的自愈特點相類似。2.智能電網鼓勵終端用戶參與電網進行互動，實現資源的優化合理配置。微電網作為一個獨立的供能網絡，也需要根據用戶的信息進行動態調整，實現供需平衡。3.智能電網具有全方位的安全決策，能夠抵御物理攻擊和網絡攻擊。同樣，微電網不僅能夠作為備用電源對受端網絡提供有效支撐，還能在遭受極端災害條件下提高整個電網的抗災能力和災后應急能力。4.智能電網的可兼容性允許接入不同類型的發電和儲能系統。而微電網本身就是分布式電源和分布式儲能的集合體，正是基于這個條件微電網才能實現系統內部的能量存儲和轉化。5.智能電網能夠提供滿足未來用戶需求的電能質量。而微電網構建的條件之一是靠近負荷中心，對負荷進行分級。微電網可以對不同級別的負荷實現個性化供電，即能夠為重要用戶提供優質可靠的電力服務。

三、新能源與智能電網

目前煤炭在我國一次能源消費中占比高達70%，遠高于29%的世界平均水平。在當前日益嚴峻的環保和減排壓力下，加快新能源的發展，改變現有的能源結構已成為我國當務之急：進入21世紀后，美國電力科學研究院、美國能源部以及歐盟委員會等紛紛提出各自對未來智能電網的設想和框架，用以推進新能源的發展進程。但是如果新能源發電大規模接入就會引起電網電能質量下降、電網電壓、頻率的不穩定等問題。因此，如何優化新能源與智能電網的配置成為亟待解決的問題。

發展新能源和建設智能電網已成為世界的潮流。新能源與智能的電網發展是相輔相成的。從新能源利用方式來看，新能源主要通過轉化為電能實現其終端的利用，且新能源發電有著不同于常規電源的出力特性；電網作為電力輸送的載體，智能電網代表未來電網的發展方向，是實現新能源發展的平臺和重要保障。新能源與智能電網協調發展是我國轉變能源和電力發展方式，實現可持續性發展的內在要求。在我國，風能、太陽能資源多集中分布在遠離負荷中心的西部地區，更需要通過建設堅強智能電網，全面提升電網的大范圍資源優化配置能力，滿足新能源大規模接入和消納的需求。智能電網切合新能源產業發展，對經濟具有強大的拉動作用.智能電網應從我國的歷史背景和經濟背景出發，探索高效的發展模式。

新能源指在技術基礎上開發利用的能源，有太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能水能等非化石能源，具體即是能量的轉化，將太陽能、風能、生物質能等轉換成電能。新源的主要特征是可再生，而且分布廣、品種多，可當地化開發和分散式利用。更為突出的優點是不含碳或含碳少：缺點是能量密度低，開發利用需要較大的空間，而且具有波動性、間隙性及不穩定性等特征。智能電網的成熟成為新能源產業根本突破發展瓶頸的前提。

大力發展分布式能源勢必給當前電網的正常運行帶來巨大的挑戰。多數分布式能源的輸出功率具有較強的隨機性和間歇性，如風能發電、太陽能發電等。大規模清潔電源的并入會導致電網電壓水平變動、線路傳輸功率超出極限、系統短路容量增加和系統暫態穩定性改變等一系列問題。智能電網技術有機融合了高級傳感、通信、自動控制等技術，具有自我管理與恢復、兼容性強等特點，其快速發展為分布式能源的無縫并網提供了良好的技術保障。通過合理利用各類高級控制技術，能推動各類分布式能源與現有電力系統的有機融合，實現“即插即用”、實時互動和協調運行。目前，分布式能源的開發利用多處于自治運行模式，缺乏一個長遠的具體發展模式，進而實現分布式能源的大規模的開發利用。因此，積極研究智能電網環境下的分布式能源發展模式對未來實現分布式能源大規模的開發，緩解能源危機等戰略目標具有重要的意義

從利用角度來看，新能源只有當它實現能量的轉化，才能發揮其作用。因此，新能源也期望能進入電網，實現自身的價值。然而，新能源如太陽能和風能在能量的轉化過程中存在一個致命的弱點就是其自身的間歇性、不穩定性、不連續性等。這些必然降低電網的可調度性，甚至降低電網的安全運行，嚴重時甚至會造成電網的解裂，從而導致電網接入率低，風電場利用小時數低，無法形成規模效應等問題。因此，如何契合新能源與智能電網就成為當務之急。

從協調發展內涵來看，實現新能源與智能電網協調發展就是要求新能源發展與智能電網發展在速度上匹配、在規模上均衡、在技術上適應、在政策上配套。從新能源發展角度來看，新能源的發展要適應電網發展的要求，就是要建設電網友好型新能源電，全面提高新能源發電的可調、可控性，滿足電網靈活調度運行的要求。從電網發展角度來看，電網的發展要適應新能源發展的要求，就是要建設新能源友好型電網，即智能電網，全面提高電網接納新能源發電的能力，滿足新能源大規模發展的要求。新能源與智能電網是電力系統的有機組成部分，從電力系統來看，涵蓋了發電、電網、用電、調度等環節，新能源與智能電網協調發展應該是在電力系統各環節內相互適應、相互配合、相互促進的過程，只有實現新能源和智能電網在各個環節的協調發展，才能最終實現新能源與智能電網的總體協調發展。

從新能源與智能電網協調發展分析來看，電網和發電環節協調水平相對較高，而用電和調度環節的協調水平較低。表明目前實現新能源與智能電網協調發展的薄弱環節是用電，因此，我國新能源與智能電網協調發展的優先次序依次是用電、調度、發電和電網環節。從各環節協調發展分析來看，各指標對環節協調度的影響程度不同，從而決定了各環節新能源與智能電網協調發展的重點領域。發電環節的重點領域包括：建設電網友好型新能源電廠，提高新能源功率預測水平，加快調峰電源建設。電網環節的重點領域包括：加快配套電網建設，提高電網輸送能力，提高電網自愈能力。用電環節的重點領域包括：實施靈活電價機制，加強需求側管理，鼓勵用戶蓄能。調度環節的重點領域包括：實施靈活調度策略，加強新能源調控能力建設，將新能源全面納入調度計劃管理體系。

四、結語

從電網發展角度來看，電網的發展要適應新能源發展的要求，就是要建設新能源友好型電網，即智能電網，全面提高電網接納新能源發電的能力，滿足新能源大規模發展的要求。新能源與智能電網是電力系統的有機組成部分，從電力系統來看，涵蓋了發電、電網、用電、調度等環節，新能源與智能電網協調發展應該是在電力系統各環節內相互適應、相互配合、相互促進的過程，只有實現新能源和智能電網在各個環節的協調發展，才能最終實現新能源與智能電網的總體協調發展。

[1]李興源,魏巍,王渝紅,穆子龍,顧威.堅強智能電網發展技術的研究[J].電力系統保護與控制,2009(17).

[2]王振銘.我國熱電聯產的發展[C].熱電聯產學術交流會論文集1999,6.

[3]曹軍威,萬宇鑫,涂國煜,張樹卿,夏艾瑄,劉小非,陳震,陸超.智能電網信息系統體系結構研究[J].計算機學報,2013(01).