智能電網(wǎng)的發(fā)展概述與展望

趙子涵

摘 要：信息化社會的來臨對傳統(tǒng)能源供給體系提出了更高的要求，智能電網(wǎng)成為未來電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。智能電網(wǎng)主要基于AMI/ADO/ATO/AAM這四種高級技術(shù)體系。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)具備信息和電能雙向流動、無縫對接清潔能源以及強大的自我恢復(fù)調(diào)節(jié)的能力。未來智能電網(wǎng)將向自動化、信息化、智能化的方向繼續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；雙向流動；清潔能源；自愈能力；自動化

中圖分類號：F426.61 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0128-02

近年來隨著全球氣候變暖現(xiàn)象的加劇與化石能源的逐漸枯竭，傳統(tǒng)的能源供給體系面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。同時進入數(shù)字網(wǎng)絡(luò)時代的人類社會也對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的輸電效率、抗干擾能力、負載能力等工作性能提出了更高的要求。伴隨著計算機和電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能電網(wǎng)逐漸成為了未來電力系統(tǒng)發(fā)展革新的突破方向。2005年加拿大人Mark Campbell為了減少一棟大樓的耗電量，發(fā)明了一種無線控制設(shè)備，使得該棟大樓內(nèi)的用電設(shè)備彼此之間可以相互“協(xié)調(diào)”，最終實現(xiàn)了這一目的，這也是智能電網(wǎng)迅速發(fā)展的開端[4]。目前智能電網(wǎng)作為一個新生事物，并沒有一個明確的概念，也缺乏相關(guān)的行業(yè)法規(guī)體系，各國對智能電網(wǎng)研究的方向也存在不同。美國能源部的定義中認為智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)電網(wǎng)硬件結(jié)構(gòu)更新的基礎(chǔ)上，其控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對整個輸配電過程中每個節(jié)點及終端用戶的信息采集、實時傳輸和反饋分析，從而實現(xiàn)電流和用電信息的雙向流動[5]；國家電網(wǎng)中相關(guān)部門則更加關(guān)注如何將目前迅速發(fā)展的電子信息及互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)與傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)有機結(jié)合，從而更加合理地配置電力資源，最大程度地實現(xiàn)電網(wǎng)的高效運行并提高電網(wǎng)的自我調(diào)節(jié)恢復(fù)能力，為用電方提供更完善、更優(yōu)質(zhì)、更環(huán)保的用電服務(wù)[2]。相對于傳統(tǒng)電網(wǎng)而言，智能電網(wǎng)通過對各節(jié)點及終端用戶實時反饋回來的信息進行計算分析，可以迅速甄別電網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)的故障情況并通過及時調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)配置來處理突發(fā)情況，極大地增強了電網(wǎng)的抗干擾能力；同時智能電網(wǎng)能夠接入水電發(fā)電等分布式清潔能源；并且基于智能電網(wǎng)中所建立的相應(yīng)用戶信息采集反饋系統(tǒng)和強大的調(diào)節(jié)能力，可以實現(xiàn)供電方與用電方的無障礙溝通，最大可能地節(jié)約了輸電及電網(wǎng)維護的成本。

1 智能電網(wǎng)的技術(shù)組成

智能電網(wǎng)實現(xiàn)了傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的有機結(jié)合，其技術(shù)組成主要包括了高級計量體系（AMI）、高級配電運行體系（ADO）、高級輸電運行體系（ATO）和高級資產(chǎn)管理體系（AAM）。

高級計量體系A(chǔ)MI通過分析從用戶戶內(nèi)網(wǎng)HAN反饋回的信息，制定用戶所使用的到的分時電價。AMI的功能包括了需求相應(yīng)、負荷控制和遠程開合。計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)MDMS作為AMI系統(tǒng)的核心，主要通過AMR自動讀表技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)中布置測點所采集到的數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、分析和后續(xù)處理，來滿足電網(wǎng)監(jiān)控等功能需求。高級配電運行體系A(chǔ)DO以帶有高級傳感器的運行管理系統(tǒng)和停運管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其內(nèi)容包括配電快速仿真與模型等，與高級輸電運行體系A(chǔ)TO共同實現(xiàn)變電站的自動化、高級輸電網(wǎng)元件的保護與控制。ATO依照了ISO的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，包括輸電系統(tǒng)仿真與模擬等內(nèi)容。同時智能電網(wǎng)中輸電和配電的部分資產(chǎn)管理的部分可以相互滲透，高級資產(chǎn)管理體系A(chǔ)AM基于MDMS、ADO、ATO等系統(tǒng)采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來完成相應(yīng)的資產(chǎn)規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和可靠性維護的工作，在完善數(shù)據(jù)記錄的同時最大限度地提高資產(chǎn)的利用率。

高級計量系統(tǒng)AMI通過大量的智能電表以及多種通訊介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對每個用戶用電數(shù)據(jù)進行測量、采集，同時提供開放式雙向通信的系統(tǒng)，使用電方也可對電網(wǎng)進行控制；高級配電運行體系A(chǔ)DO則通過分布式電源的運行等部分得以實現(xiàn)智能電網(wǎng)的“自愈”功能；高級輸電運行體系A(chǔ)TO則是通過對大量數(shù)據(jù)的分析、計算，實時對輸電量以及輸電方向進行調(diào)控，進而減少運輸過程中的能量損失，同時防止大規(guī)模停電的發(fā)生；高級資產(chǎn)管理體系A(chǔ)AM能夠?qū)﹄娏Y源進行管理，最大可能地減少了資源浪費。

2 智能電網(wǎng)的特點

相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)具備強大的自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)能力。這是因為智能電網(wǎng)能夠自行對監(jiān)控測點和終端用戶反饋回的采集數(shù)據(jù)進行分析并調(diào)整電網(wǎng)系統(tǒng)中相應(yīng)參數(shù)的配置。在面對復(fù)雜的自然與社會環(huán)境下，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，智能電網(wǎng)能夠在盡量少的人工干預(yù)的情況下，對系統(tǒng)進行調(diào)整，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，如會對嚴重損壞區(qū)會進行隔離和盡快的整修，進而避免發(fā)生大面積癱瘓的事故。

智能電網(wǎng)集成了眾多形式的清潔能源和分布式能源。它既能夠適應(yīng)大規(guī)模發(fā)電設(shè)備的接入，也可以支持分散性發(fā)電設(shè)備的供電，同時能夠?qū)⑻柲?、風(fēng)能等清潔型能源發(fā)電設(shè)備接入，使得電網(wǎng)系統(tǒng)更加綠色環(huán)保；各個技術(shù)的配合，保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

用戶的反饋和參與是發(fā)揮智能電網(wǎng)優(yōu)越性的重要條件。電網(wǎng)可以根據(jù)終端用戶的用電信息從數(shù)據(jù)中分析一定區(qū)域的用地按規(guī)律，進而制定更為經(jīng)濟節(jié)能的發(fā)電和輸配電方案，從而有效提高電網(wǎng)終端的用電效率，實現(xiàn)“削峰填谷”，減少用電高峰時的電力需求從而降低電網(wǎng)的運行成本；同時用戶也可以通過查詢相應(yīng)的用電信息，選擇不同的用電方案，并配合家用智能化電器終端實現(xiàn)人性化的用電，因此用戶將成為電力系統(tǒng)中不可分割的一部分。

總的來說，傳統(tǒng)電網(wǎng)只是單方面的進行電力傳輸，既不考慮資源是否被合理利用，也不考慮運行的風(fēng)險的大小，難免造成資源浪費以及系統(tǒng)大規(guī)模癱瘓的情況發(fā)生。而智能電網(wǎng)可以將各個節(jié)點與用戶的信息、資源進行整合，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行情況的實時監(jiān)控與調(diào)整，使用電方與供電方可以無障礙溝通，最終實現(xiàn)整個電網(wǎng)安全、高效、穩(wěn)定、環(huán)保的運行。

3 智能電網(wǎng)發(fā)展問題及對策

目前智能電網(wǎng)還未形成成熟的技術(shù)體系，也沒有出臺相應(yīng)的較為完善的行業(yè)規(guī)章制度，其未來的發(fā)展存在著諸多不確定性。建成一個安全的、智能的、環(huán)保的智能電網(wǎng)需要漫長的時間，在這個過程中需要持續(xù)地研發(fā)技術(shù)并不斷地完善電網(wǎng)體系。以下是未來發(fā)展智能電網(wǎng)可能面臨的問題。endprint

智能電網(wǎng)需要大量的傳感設(shè)備以及多功能新型電表，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時的監(jiān)控及反饋。這些設(shè)備必須滿足在極端環(huán)境中能長時間穩(wěn)定工作的性能要求。這就需要大量的研究人員對高等材料、精密元件進行大量的研究，以滿足智能電網(wǎng)在硬件方面的需求。

智能電網(wǎng)在運行中會采集并記錄十分龐大的數(shù)據(jù)資料，能否妥善保管并且合理利用這些數(shù)據(jù)是能否發(fā)揮智能電網(wǎng)的優(yōu)越性的關(guān)鍵。因此必須找到能夠合理使用海量數(shù)據(jù)的運行方法，并且基于這些數(shù)據(jù)及方法開發(fā)出功能強大的控制系統(tǒng)，從而大大提高智能電網(wǎng)的運行效率。

智能電網(wǎng)在未來的發(fā)展過程中會不斷趨于數(shù)字化、智能化，這就大大增加了電網(wǎng)系統(tǒng)被惡意攻擊及隱私泄露的幾率。智能電網(wǎng)在未來的預(yù)想是用智能系統(tǒng)完全取代人工操作。若電網(wǎng)在運行過程中遭受惡意襲擊，整個系統(tǒng)可能發(fā)生的癱瘓以及后續(xù)過長的修復(fù)時間和可能的大量人力介入都是亟待解決的問題。另外，信息的大量記錄會伴隨著信息泄露的可能。如果用戶的個人信息被泄露，他人會根據(jù)用電信息判斷出用戶的行為及個人喜好，這些信息對電力供應(yīng)商及電網(wǎng)的規(guī)劃人員都具有重要價值。這就需要系統(tǒng)開發(fā)者對電網(wǎng)的安全性進行正確的評估，制定緊急事件應(yīng)對方案，并及時對電網(wǎng)的安全系統(tǒng)進行升級。

智能電網(wǎng)需要大量特高壓、智能化的設(shè)施，這可能會導(dǎo)致電力設(shè)備產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)。中國電器工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計中報道，國內(nèi)500KV、220KV，110KV以及以下變壓器總產(chǎn)能在30億KVA左右[1]，而市場年需求量目前不會超過13億KVA。材料表明，中低端設(shè)備產(chǎn)量過多的問題已經(jīng)凸顯出來了。如何在建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中合理地引導(dǎo)資產(chǎn)的投資方向，是國家需要面對的重大問題。

智能電網(wǎng)在運行過程中用戶也需要積極地進行數(shù)據(jù)反饋，這就意味著用戶本身也必須具有一定的環(huán)保、自主意識。智能電網(wǎng)擁有開放式雙向通信的系統(tǒng)，保證了用電方與供電方的無障礙溝通，能夠共同控制智能電網(wǎng)。如果用戶在用電過程中不能夠積極的配合系統(tǒng)進行調(diào)控，就無法對資源進行合理利用，電網(wǎng)也無法實時對城市用電進行合理調(diào)控，智能電網(wǎng)的優(yōu)越性就無法充分體現(xiàn)。

智能電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)并沒有明確的行業(yè)行規(guī)，也缺乏相關(guān)的法律文件，但是否需要快速的出臺相關(guān)文件，什么時候發(fā)布等問題需要慎重考慮。如果不出臺相關(guān)文件，難保發(fā)生生產(chǎn)的硬件設(shè)備不符合實際要求，開發(fā)的應(yīng)用程序契合度不夠高等情況，導(dǎo)致整個電網(wǎng)內(nèi)部良莠不齊；如果過早的頒布文件，則有可能限制相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。這就需要管理部門合理評估產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，合理的做出相關(guān)決策[1]。

另外，建設(shè)完善的智能電網(wǎng)需要全面的技術(shù)，需要各個國家竭誠合作。智能電網(wǎng)所設(shè)計的技術(shù)之多，覆蓋的范圍之廣是難以想象的，僅憑一個國家的力量所創(chuàng)造出的智能電網(wǎng)難免存在漏洞。就需要各個國家相互配合，取長補短，共同完成對各個地區(qū)智能電網(wǎng)的建設(shè)。

4 結(jié)語

智能電網(wǎng)的研發(fā)幾乎涵蓋了目前所有正蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，包括計算機、新能源、電子信息、通訊技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域，可以想見的是未來智能電網(wǎng)有可能像之前興起的國際互聯(lián)網(wǎng)一樣[3]，又一次對各個行業(yè)產(chǎn)生不可預(yù)估的深遠影響，甚至可能引發(fā)能源系統(tǒng)新一輪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。未來智能電網(wǎng)在無人化、信息化、智能化的方向會不斷進行技術(shù)突破和結(jié)構(gòu)革新，智能電網(wǎng)所覆蓋的范圍也將逐漸擴大。我國的相關(guān)電力部門應(yīng)當(dāng)盡快制定相應(yīng)的行業(yè)制度或技術(shù)法規(guī)，并且電氣企業(yè)應(yīng)當(dāng)投入力量進行相應(yīng)的創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，使得我國的智能電網(wǎng)發(fā)展能夠處在世界前列。

參考文獻

[1]陸嬌，江洪波.智能電網(wǎng)發(fā)展?jié)撛谪撁嫘?yīng)分析及對策[J].電力與能源，2013，（1）：13-17.

[2]李興源，魏巍，王渝紅，穆子龍，顧威.堅強智能電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009，（37）：1-7.

[3]余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)述評[J].中國電機工程學(xué)報，2009，（34）：1-8.

[4]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，沈杰.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，（8）：1-7.

[5]王立謙，朱清明.淺談智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2011，（19）：36.endprint