智能電網解析

雷吉雨

摘 要：電網是現代能源產業體系的重要組成部分，智能電網是一個基于自動化、數字化的發電、輸電和配用電系統構成的集合。追溯智能電網發展的歷史，初步給出了智能電網的定義，并對智能電網的構成及其基本功能、基礎應用及高級應用作出一定的探討和解析。

關鍵詞：智能電網；智能配電網；智能電能表；控制策略

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）10-00-02

0 引 言

從概念提出到工程實踐探索，智能電網經歷了由論壇、技術路線再到政府企業推動等一系列發展歷程，這些可以從國內外的發展概況大致尋覓到一些蹤跡。

智能電網概念的提出源自于美國。為升級其老化的電網，提升電網的安全性、可靠性，并提高用電方效率，節省用電支出，美國的研究機構于2001年提出智能電網的概念，又在2009年將其確立為國家戰略，并相繼成立了智能電網聯盟和其他組織。在政府、電力企業和制造企業共同推廣下，Xcel公司建設了世界上第一個以智能計量為基礎的智能電網城市—— 博爾德（Boulder），逐步開展智能電網的工程實踐和示范應用。美國專注發展智能電網的配電和配電側，注意電力網絡基礎設施的更新和升級，同時促進可再生能源和分布式電源接入的發展。

歐洲智能電網主要是在分布式能源系統和可再生能源的大規模利用的基礎上建立的。2004年設立了智能電網技術論壇，從環境友好的視角著手，倡導并積極推動分布式電源，尤其是光伏發電的應用。

在世界其他國家都在積極建設智能電網的同時，中國也在積極推動著智能電網的發展進程。 在“2009特高壓輸電技術國際會議”上，我國國務院副總理張德江表示，已將智能電網發展納入到我國國家能源戰略的規劃中。同年8月，國家電網公司啟動了一項研究，以開發一個標準體系研究與制定、智能化規劃編制、重大項目和試點研究測試中心建設工程化研究等一系列工作。中國南方電網公司和其他一些地方電力公司還開展智能電網、智能配電網的基礎理論研究，基于集中抄表系統試點和饋線自動化的關鍵技術和設備的研究、開發及小規模示范應用。

國家電網公司明確提出：智能電網是以特（超）高壓為骨干網架，各級電網協調發展，以通信信息平臺為支撐，具有互動化、信息化、自動化特征，涵蓋電力系統的發電、變電、配電、輸電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合的現代電網。

在2011年，國家電網公司建成智能電網綜合示范工程——天津濱海新區“中新生態城”。南方電網公司正在啟動建設橫琴島智慧城市項目。

1 智能電網

1.1 智能電網的概念

目前為止，針對智能電網這一概念，分別從不同的角度分類和功能進行描述，出現了各種版本，尚未給出一個確切而嚴格的定義。一般而言，智能電網是集成了電力系統中計算機技術與信息技術的應用。從智能電網的混合動力控制理論出發，協同、有效和可靠的方式來實現所有的電網運行，具有自愈功能；能夠快速響應電力市場的業務需求；通過構建一個統一的通信架構平臺，實現實時、全面、準確的信息采集。

對于智能電網，堅強電網架構和雙向通信網絡可以為其提供物理支持，而各種集成高級應用功能可為其可視化軟件支持，準許可再生能源和分布式發電單元的大量接入和微網運行。

智能配電網以配電網高級自動化的先進技術為基礎，以先進的測量和傳感技術、控制技術、計算機技術和網絡技術、信息和通信等技術的應用和集成為媒介，采用智能開關設備、配電終端設備，經由堅強電網架構和雙向通信網絡的物理支持，以及各種集成高級應用功能的可視化軟件支持，準許可再生能源和分布式發電微電網操作單元大量接入和微網運行，促使不同類型的電力用戶主動參與到電網互動中來，進而使在正常工作狀態下配電網的全面監控、保護、控制、優化和非正常運行狀態下的自愈控制成為可能，最終為電力用戶提供安全、可靠、高質量、經濟、環保的電力供應及其他附加服務。

1.2 建設智能電網的重要意義

優化能源結構，保障能源安全供應；優化資源，提高電網資源配置能力；提升系統的清潔能源接納能力；推動節能減排，促進低碳經濟。

2 智能電網的系統組成

2.1 應用系統

智能電網的系統組成主要包括智能調度自動化系統、智能變電站自動化系統和智能配電自動化系統。調度自動化是集成自動化的一部分，由遙控裝置和調度主站系統組成，用于監視整個電網的運行狀態。通過對主站、廠站端、通信三大通信組件的調度實現自動化系統體系結構的調度。其作用包括：實現電網的安全運行監控，實現電網經濟調度，實現安全分析和事故處理的狀態。

智能變電站自動化系統由智能變壓器、智能開關等設備和各種繼電保護裝置、自動重合閘裝置、低頻自動減負荷裝置、備用電源自投裝置、遙控裝置等組成；其綜合了先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現了全變電站主要設備和輸、配電線路自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及通訊和調度等綜合自動化系統，集保護、測量、控制、調節、通信、調度于一體。

智能配電網絡主要是由主站系統、子站系統、通信系統、遠程終端的組成，采用分布網絡，智能模塊和設備，并結合了地理信息系統的應用。在正常情況下，使得配電網與電力系統各個環節的協調和優化運行得以實現；而在故障情況下，保證快速定位、隔離、恢復、負荷轉移等功能得以實現，為用戶提供優質可靠的電力，為電力企業提供便捷、高效的管理平臺和渠道，從而實現電力企業管理者、電力用戶、系統運行操作的協調和統一。

智能電網需要先進的技術支撐，其主要技術組成包括：智能化通信技術；智能化量測技術；智能化控制技術；智能調度技術；智能化設備技術。

2.2 基本功能與目標

智能電網作為一種先進的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網建設，提高控制水平，在電網受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質量：電能質量的三項主要指標是電壓、頻率和波形。通過系統的控制策略優化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現電能質量的優化；

降低網損：主要利用新的技術和設備，減輕設備磨損，采用調整經營模式的途徑以降低網損，通過合理控制調度初級能源的轉換效率；

環保：采用技術手段來開發并加大風電，太陽能發電能新能源接入電網的比例，以節省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環境的破壞等。

2.3 智能電網的基礎應用及高級應用

智能電網的基礎應用包括：傳統的生產、調度運維功能及其初步提升等；高級應用包括智能調度、智能控制、優化運行等，還包括一些定制化的應用。

2.4 智能配電網網架結構與通信平臺

配電網特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環境與調度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網側的分支與分段開關，理想狀態如圖1所示，與配電網主網架重合。結構合理、網架完善的配電網主體和安全經濟、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網的發展基礎。

圖 1 理想的通信與網架示意圖

通信平臺是智能配電網的信息通道，可以采用無源光纖等構建主環，利用有線、載波、光纖、無線、公網相結合的多種通信方式的整合應用來構建分支線路與區域。

3 結 語

智能電網從基礎研究的概念提出到關鍵技術和設備的研究和開發，再到智能電網的引入，直至當前登陸的示范應用，都是一個不斷發展的過程。智能電網的內涵和外延，伴隨著新材料、新技術的開發和利用都將不斷發生變化。

智能電網這一宏偉的目標并不能單純依靠幾個具體的項目建設來實現。縱觀歷史可以看出，推動工業革命發展的力量是能源的發展，從蒸汽機時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網技術可以更加靈活有效的控制需求來實現電源系統。

綜上所述，今后智能電網和電力人追求的目標和關注的重點應該是：通過不斷研發改進各種關鍵技術，實現的電網自愈，故障的隔離和網絡的重組，進而完成對電網的快速反應。

參考文獻

[1]肖世杰.構建中國智能電網技術思考[J].電力系統自動化，2009，33（9）：1-4. f

[2]胡學浩.智能電網——未來電網的發展態勢[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/，2011.

[3]苗新，張逸飛，劉津.智能電網的中國之路[J].國家電網，2009（7）：54-56.

[4]鄭宏.談國外智能電網研究對建設中國智能電網的影響[J].高科技與產業化，2009（10）：53-54.

[5]何光宇，孫英云.智能電網基礎[M].北京：中國電力出版社，2010.

智能電網作為一種先進的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網建設，提高控制水平，在電網受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質量：電能質量的三項主要指標是電壓、頻率和波形。通過系統的控制策略優化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現電能質量的優化；

降低網損：主要利用新的技術和設備，減輕設備磨損，采用調整經營模式的途徑以降低網損，通過合理控制調度初級能源的轉換效率；

環保：采用技術手段來開發并加大風電，太陽能發電能新能源接入電網的比例，以節省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環境的破壞等。

2.3 智能電網的基礎應用及高級應用

智能電網的基礎應用包括：傳統的生產、調度運維功能及其初步提升等；高級應用包括智能調度、智能控制、優化運行等，還包括一些定制化的應用。

2.4 智能配電網網架結構與通信平臺

配電網特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環境與調度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網側的分支與分段開關，理想狀態如圖1所示，與配電網主網架重合。結構合理、網架完善的配電網主體和安全經濟、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網的發展基礎。

圖 1 理想的通信與網架示意圖

通信平臺是智能配電網的信息通道，可以采用無源光纖等構建主環，利用有線、載波、光纖、無線、公網相結合的多種通信方式的整合應用來構建分支線路與區域。

3 結 語

智能電網從基礎研究的概念提出到關鍵技術和設備的研究和開發，再到智能電網的引入，直至當前登陸的示范應用，都是一個不斷發展的過程。智能電網的內涵和外延，伴隨著新材料、新技術的開發和利用都將不斷發生變化。

智能電網這一宏偉的目標并不能單純依靠幾個具體的項目建設來實現。縱觀歷史可以看出，推動工業革命發展的力量是能源的發展，從蒸汽機時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網技術可以更加靈活有效的控制需求來實現電源系統。

綜上所述，今后智能電網和電力人追求的目標和關注的重點應該是：通過不斷研發改進各種關鍵技術，實現的電網自愈，故障的隔離和網絡的重組，進而完成對電網的快速反應。

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[5]何光宇，孫英云.智能電網基礎[M].北京：中國電力出版社，2010.

智能電網作為一種先進的工具，其基本功能與目如下：

提高供電的可靠性：通過物理電網建設，提高控制水平，在電網受到各種干擾時，以保證可靠運行；

改善電能質量：電能質量的三項主要指標是電壓、頻率和波形。通過系統的控制策略優化無功，在地方分層分類控制就地平衡的基礎上，確保電壓合格率的前提下，減少諧波量，從而實現電能質量的優化；

降低網損：主要利用新的技術和設備，減輕設備磨損，采用調整經營模式的途徑以降低網損，通過合理控制調度初級能源的轉換效率；

環保：采用技術手段來開發并加大風電，太陽能發電能新能源接入電網的比例，以節省化石能源的使用，從而控制碳排放量，并減少對環境的破壞等。

2.3 智能電網的基礎應用及高級應用

智能電網的基礎應用包括：傳統的生產、調度運維功能及其初步提升等；高級應用包括智能調度、智能控制、優化運行等，還包括一些定制化的應用。

2.4 智能配電網網架結構與通信平臺

配電網特征是點多、面廣、線長、變化快。其通信環境與調度中心到變電站之間的點對點的不同，要求涵蓋整個配電網側的分支與分段開關，理想狀態如圖1所示，與配電網主網架重合。結構合理、網架完善的配電網主體和安全經濟、靈活可靠的智能配電裝備是智能配電網的發展基礎。

圖 1 理想的通信與網架示意圖

通信平臺是智能配電網的信息通道，可以采用無源光纖等構建主環，利用有線、載波、光纖、無線、公網相結合的多種通信方式的整合應用來構建分支線路與區域。

3 結 語

智能電網從基礎研究的概念提出到關鍵技術和設備的研究和開發，再到智能電網的引入，直至當前登陸的示范應用，都是一個不斷發展的過程。智能電網的內涵和外延，伴隨著新材料、新技術的開發和利用都將不斷發生變化。

智能電網這一宏偉的目標并不能單純依靠幾個具體的項目建設來實現。縱觀歷史可以看出，推動工業革命發展的力量是能源的發展，從蒸汽機時代的化石燃料向可再生能源時代，電力作為二次能源的時代，從集中式向分布式，智能電網技術可以更加靈活有效的控制需求來實現電源系統。

綜上所述，今后智能電網和電力人追求的目標和關注的重點應該是：通過不斷研發改進各種關鍵技術，實現的電網自愈，故障的隔離和網絡的重組，進而完成對電網的快速反應。

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