淺談智能電網(wǎng)及其在中國(guó)的發(fā)展前景

劉 碩 單增禮

1引言

2003年8月14日美國(guó)東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故，事故持續(xù)29個(gè)小時(shí)，造成美國(guó)八個(gè)州以及加拿大的安大略省的電力中斷、400多臺(tái)發(fā)電機(jī)組解列，事故波及近5000萬(wàn)人口，美國(guó)能源部估計(jì)這次大停電造成了至少60億美元的經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)生這次規(guī)?？涨暗拇笸ｋ娛鹿实囊粋€(gè)很重要的原因，就是美國(guó)電網(wǎng)的陳舊與老化。供電的可靠性是是考核供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)也是電力系統(tǒng)的生命線，從美加兩國(guó)大停電不難看出：傳統(tǒng)電網(wǎng)將無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能品質(zhì)與供電安全的要求。于是，智能電網(wǎng)(SmartGrid)的概念應(yīng)運(yùn)而生，它不僅可以通過(guò)提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網(wǎng)的電能損耗來(lái)提高電力系統(tǒng)的性能，還能夠通過(guò)提高能源的利用效率減少對(duì)環(huán)境的危害?？梢哉f(shuō)，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為今后電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2智能電網(wǎng)的概念及特點(diǎn)

2.1智能電網(wǎng)的概念

到目前為止，智能電網(wǎng)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。智能電網(wǎng)是通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、市場(chǎng)化、集成化以及標(biāo)準(zhǔn)化等六大實(shí)現(xiàn)手段，將先進(jìn)的量測(cè)、通訊、控制、決策技術(shù)和輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)以物理電網(wǎng)作為基礎(chǔ)，融合電力流、業(yè)務(wù)流、信息流，在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)采用智能化的器件，利用先進(jìn)的傳感量測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制.通過(guò)建立高速雙向信息通信系統(tǒng)構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能運(yùn)行。

2.2智能電網(wǎng)的特點(diǎn)

(1)可觀測(cè)。智能電網(wǎng)采用全新的量測(cè)與傳感技術(shù)對(duì)電網(wǎng)中所有元件的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，消除了監(jiān)控中的盲點(diǎn)。

(2)可控制。智能電網(wǎng)采用復(fù)雜的控制系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)到的系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，提升了運(yùn)行人員對(duì)電阿的駕馭能力。

(3)自愈性。是指在發(fā)生事故的時(shí)候，智能電網(wǎng)可以自動(dòng)判斷故障進(jìn)而采取措施排除故障，完成自主恢復(fù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(4)兼容性。智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了大電源接入與分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)的兼容，解決了新能源發(fā)電上網(wǎng)難的問(wèn)題。智能電網(wǎng)的這一特點(diǎn)可以使能源結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化，極大促進(jìn)新能源的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展。

(5)安全可靠。智能電網(wǎng)能夠?qū)Υ蟮臄_動(dòng)或是極端自然條件做出智能判斷與反應(yīng)，使電網(wǎng)發(fā)生大面積停電的概率大大降低，并利用信息安全技術(shù)保證保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(6)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與節(jié)能環(huán)保。智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源的合理配置，在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)合理地利用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度；通過(guò)技術(shù)手段大大降低電網(wǎng)損耗，提高能源的利用效率，節(jié)約能源的同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境。

(7)用戶與電網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)。智能電網(wǎng)允許用戶選擇滿足其需求的電能，還支持用戶向電力公司出售剩余的電力，不僅可以通過(guò)互動(dòng)提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，還可以進(jìn)一步推動(dòng)電力市場(chǎng)的健康發(fā)展。

3智能電網(wǎng)的核心技術(shù)

3.1通信技術(shù)(Communications Technology)

智能電網(wǎng)的諸多特點(diǎn)均基于高速雙向信息通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該通信系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)信息的高速雙向傳輸來(lái)滿足用戶與電網(wǎng)的實(shí)時(shí)互動(dòng)，還能夠獲取系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使電網(wǎng)實(shí)時(shí)地進(jìn)行自我監(jiān)測(cè)，進(jìn)行補(bǔ)償和校正，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的自愈功能。高速雙向通信系統(tǒng)使得電網(wǎng)中各種智能電子設(shè)備(IEDs)、智能表計(jì)、控制中心、保護(hù)系統(tǒng)連同用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信，真正達(dá)到提高供電的可靠性與安全性、優(yōu)化電網(wǎng)性能的目標(biāo)。

3.2量測(cè)技術(shù)(Metering Technology)

智能電網(wǎng)通過(guò)先進(jìn)的量測(cè)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的測(cè)量，并利用高速雙向信息通信系統(tǒng)將這些運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信息，以此對(duì)電網(wǎng)的安全性、可靠性進(jìn)行綜合評(píng)估，及時(shí)獲取完整的電網(wǎng)信息，提高能源的利用效率。對(duì)于用戶側(cè)，智能電網(wǎng)將使智能表計(jì)大規(guī)模的普及，智能表計(jì)可以記錄每天不同時(shí)間段的用電量，并計(jì)算出電費(fèi)，甚至可以幫助用戶選擇最為優(yōu)化的用電方案。

3.3設(shè)備技術(shù)(Device Technology)

為了能夠更大限度的提升電力系統(tǒng)的性能，智能電網(wǎng)采用新一代的電力設(shè)備，充分利用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，這些技術(shù)主要包括超導(dǎo)電纜技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、新型電力電子技術(shù)等。其中超導(dǎo)電纜技術(shù)將使大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電的損耗大大降低，儲(chǔ)能技術(shù)和分布式發(fā)電技術(shù)可以使新能源得到更為有效的利用，新型電力電子技術(shù)將為智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

3.4控制技術(shù)(ConlrolTechnology)

智能控制技術(shù)依靠于智能電網(wǎng)先進(jìn)的通信技術(shù)、量測(cè)技術(shù)與決策技術(shù)，監(jiān)控電網(wǎng)中的關(guān)鍵位置，利用分析軟件與先進(jìn)的計(jì)算方法對(duì)收集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷，自動(dòng)決策并向系統(tǒng)運(yùn)行人員提供最優(yōu)的處理辦法和解決方案，從而防止因擾動(dòng)而引起的供電中斷等事故。

3.4決策支持技術(shù)(Decision SupportTechnology)

現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)電力調(diào)度人員的決策時(shí)間有著嚴(yán)格的限制，智能電網(wǎng)利用人工智能的可視化手段為調(diào)度人員提供了最為關(guān)鍵的信息，而不是原有的大量數(shù)據(jù)。這種決策支持技術(shù)通過(guò)可視化的界面使得運(yùn)行人員可以實(shí)時(shí)地做出準(zhǔn)確決策，提高了運(yùn)行人員的決策能力，促進(jìn)了電力調(diào)度由經(jīng)驗(yàn)型向智能分析型的轉(zhuǎn)變。

4智能電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展前景

4.1美國(guó)和歐洲智能電網(wǎng)的發(fā)展方向

歐美各國(guó)開(kāi)展智能電網(wǎng)的研究相對(duì)較早，但各國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)有所不同。美國(guó)擁有世界上最先進(jìn)的信息技術(shù)，所以美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)旨在最大限度地利用信息技術(shù)，使系統(tǒng)智能控制逐步替代人工控制。同時(shí)，美國(guó)電網(wǎng)的陳舊老化使得美國(guó)希望通過(guò)智能電網(wǎng)的建設(shè)更新升級(jí)本國(guó)的電力基礎(chǔ)架構(gòu)，奧巴馬上任后提出的智能電網(wǎng)計(jì)劃重點(diǎn)就是對(duì)現(xiàn)行陳舊老化的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代，“建設(shè)一個(gè)可實(shí)現(xiàn)電力在東西兩岸傳輸?shù)男碌膱?jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”；歐洲各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)十分重視，所以歐洲發(fā)展智能電網(wǎng)的重點(diǎn)在于大力開(kāi)發(fā)可再生能源和清潔能源，研發(fā)分布式發(fā)電技術(shù)，重點(diǎn)解決分布式發(fā)電接入電網(wǎng)的問(wèn)題，同時(shí)歐洲的智能電網(wǎng)更傾向于開(kāi)放電力市場(chǎng)并與用戶互動(dòng)，旨在建立面向服務(wù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。

4.2智能電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展前景

我國(guó)國(guó)土幅員遼闊，沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、負(fù)荷密集但能源稀缺，內(nèi)陸地區(qū)能源豐富但經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，所以我國(guó)必須建立一個(gè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的各級(jí)電網(wǎng)高度協(xié)調(diào)發(fā)展的智能電網(wǎng)。2009年我國(guó)首個(gè)特高壓輸電工程正式投入運(yùn)行，這標(biāo)志著我國(guó)的特高壓輸電技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，特高壓電網(wǎng)的建設(shè)將為今后我國(guó)的智能電網(wǎng)構(gòu)筑起堅(jiān)強(qiáng)的輸電網(wǎng)架。與此同時(shí)國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“提高大型互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)研究”為智能電網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度與控制提供了基本的分析工具，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電也正在蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些地區(qū)已經(jīng)準(zhǔn)備開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)數(shù)字化變電站、高級(jí)調(diào)度中心，這都為我國(guó)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，建設(shè)智能電網(wǎng)不可能一蹴而就，中國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)也面臨著一系列的問(wèn)題：在技術(shù)上，超導(dǎo)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)等運(yùn)用于智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步研究；在政策上，智能電網(wǎng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，制約了智能電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)；在經(jīng)濟(jì)上，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)投資巨大，需要耗費(fèi)國(guó)家大量的人力、物力、財(cái)力；在管理上，電力公司需要采用全新的管理模式來(lái)應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。這都是我國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)過(guò)程中需要面對(duì)的問(wèn)題。

5結(jié)語(yǔ)

智能電網(wǎng)是世界電力發(fā)展的一個(gè)必然的趨勢(shì)，中國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的前景一片光明：一方面我國(guó)擁有世界先進(jìn)的特高壓電網(wǎng)技術(shù)，這為我國(guó)打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)架基礎(chǔ)；另一方面由于世界各國(guó)在智能電網(wǎng)的建設(shè)上基本處于同一起跑線上，這就給我國(guó)建設(shè)世界領(lǐng)先的智能電網(wǎng)創(chuàng)造了極好的機(jī)遇。智能電網(wǎng)涉及電力、建設(shè)、裝備制造、教育、環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域，貫穿發(fā)電、輸電、配電、用電全過(guò)程，它的建設(shè)將使電力系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域取得跨越式的發(fā)展，并對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)事業(yè)以及人民生活水平的提高起到不可估量的推動(dòng)作用!