智能電網(wǎng)發(fā)展回顧與展望

■ 王益民

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、科技水平的提高以及全球資源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，電網(wǎng)發(fā)展面臨新課題和新挑戰(zhàn)。依靠現(xiàn)代信息、通信和控制技術(shù)，積極發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求，已成為世界電力發(fā)展的共同選擇。

智能電網(wǎng)建設(shè)成就

2009年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司全面啟動(dòng)了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)研究實(shí)踐工作，取得了八個(gè)方面的重要成果。

一是先后建成3個(gè)世界上電壓最高、容量最大的特高壓交、直流工程，已累計(jì)送電超過(guò)800億千瓦時(shí)。

二是取得多項(xiàng)大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，支撐了新能源的開(kāi)發(fā)、消納和行業(yè)發(fā)展。經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)已超過(guò)6000萬(wàn)千瓦。

三是一批智能輸電技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輸電業(yè)務(wù)的精益化管理和電網(wǎng)安全運(yùn)行決策。已在15個(gè)省完成了輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署。

四是開(kāi)展了兩代智能變電站的持續(xù)實(shí)踐。在兩批共74座試點(diǎn)工程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級(jí)原有智能變電站技術(shù)方案，大幅優(yōu)化主接線及平面布局，構(gòu)建一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)并深化高級(jí)應(yīng)用功能。已新建并投運(yùn)智能變電站500多座，研制成功多項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備并得到規(guī)模應(yīng)用。

五是配電自動(dòng)化加速推廣應(yīng)用，在配電網(wǎng)自愈控制等方面取得進(jìn)展，在64個(gè)城市核心區(qū)建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，提升了配電網(wǎng)的智能化運(yùn)行水平。

六是累計(jì)實(shí)現(xiàn)1.55億戶用電信息采集，構(gòu)建了大規(guī)模的高級(jí)量測(cè)體系（AMI），支撐了智能用電服務(wù)的提升。

七是電動(dòng)汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)全面推進(jìn)，在26個(gè)?。▍^(qū)）建成投運(yùn)了電動(dòng)汽車充換電站360座、充電樁15333個(gè)，帶動(dòng)了電動(dòng)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

八是智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用，建成投運(yùn)了31個(gè)省級(jí)以上的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，提升了大電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

深化智能電網(wǎng)建設(shè)的挑戰(zhàn)

更大范圍優(yōu)化資源配置能力亟待提高

中國(guó)一次能源分布及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡性，決定了資源大規(guī)模跨區(qū)域調(diào)配、全國(guó)范圍優(yōu)化配置的必然性。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，就地平衡的電力發(fā)展方式與資源和生產(chǎn)力布局不均衡的矛盾日益突出。缺電與窩電現(xiàn)象并存，跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)滯后，區(qū)域間輸送及交換能力不足，電力資源配置范圍和配置效率受到很大限制，更大范圍優(yōu)化資源配置能力亟待提高。另外，由于環(huán)境問(wèn)題日益突出，尤其是東部地區(qū)頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣帶來(lái)的環(huán)保壓力，也要求加快建設(shè)以電為中心，實(shí)現(xiàn)“電從遠(yuǎn)方來(lái)”的能源配置體系。

新能源接入與控制能力需要進(jìn)一步強(qiáng)化

中國(guó)風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)展迅猛。一方面，八大千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地正在加快建設(shè)，呈現(xiàn)大規(guī)模、集約化開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。另一方面，分布式新能源及其他形式發(fā)電方興未艾，未來(lái)存在爆發(fā)式增長(zhǎng)的可能。2002年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)74.9%，光伏發(fā)電裝機(jī)年均增長(zhǎng)52.2%。這給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了重大的挑戰(zhàn)。一是需要進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)的精度，提高新能源發(fā)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性；二是需要合理安排新能源并網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光與傳統(tǒng)電源、儲(chǔ)能等的聯(lián)合運(yùn)行；三是需要進(jìn)一步提升大電網(wǎng)的安全性、適應(yīng)性和調(diào)控能力；四是需要進(jìn)一步加強(qiáng)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)與改造，要求配電網(wǎng)具有自愈重構(gòu)、調(diào)度靈活的特點(diǎn)，具備分布式清潔能源接納能力。

電網(wǎng)裝備智能化水平需持續(xù)提升

自2009年以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司應(yīng)用了輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障綜合分析告警、配電網(wǎng)自愈等一批先進(jìn)適用技術(shù)，但整體來(lái)說(shuō)，這些技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模、范圍和深度仍較低，需要進(jìn)一步加大推廣。同時(shí)，需更加注重應(yīng)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息和自動(dòng)控制等基礎(chǔ)技術(shù)，進(jìn)一步提升電網(wǎng)在線智能分析、預(yù)警、決策、控制等方面的智能化水平，滿足各級(jí)電網(wǎng)協(xié)同控制的要求，支撐智能電網(wǎng)的一體化運(yùn)行。

與用戶的互動(dòng)需不斷增強(qiáng)

隨著用戶側(cè)、配網(wǎng)側(cè)分布式電源的快速發(fā)展，尤其是隨著屋頂太陽(yáng)能發(fā)電、電動(dòng)汽車的大量使用，電網(wǎng)中電力流和信息流的雙向互動(dòng)不斷加強(qiáng)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和管理將產(chǎn)生重大影響。一是需要重點(diǎn)研究由此帶來(lái)的電網(wǎng)物理特性的改變，建立數(shù)學(xué)、物理模型，解決信息交換及調(diào)度控制等相關(guān)問(wèn)題；二是需要大力探索配套政策與商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式，適應(yīng)分布式電源并網(wǎng)的需要，豐富服務(wù)內(nèi)涵，拓展終端用能服務(wù)領(lǐng)域和內(nèi)容，促進(jìn)終端用能效率的提升，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域

面對(duì)發(fā)展的新形勢(shì)和新挑戰(zhàn)，國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)需要重點(diǎn)在以下幾個(gè)方向開(kāi)展研究與探索。

第一，發(fā)展特高壓、柔性交流及多端直流輸電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源資源在更大范圍內(nèi)靈活高效配置。中國(guó)能源資源的供給和需求呈遠(yuǎn)距離逆向分布，需要進(jìn)一步深化研究并探索如何更大規(guī)模地應(yīng)用特高壓輸電技術(shù)，需要發(fā)展大容量、遠(yuǎn)距離靈活輸電技術(shù)。通過(guò)研究基于全控器件的大容量靈活交流輸電技術(shù)、多端直流輸電關(guān)鍵技術(shù)、新型故障電流限制技術(shù)、晶閘管控制移相技術(shù)，將特高壓直流輸送電流提升至6250安，電壓提高至±1100千伏，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大而靈活的電網(wǎng)潮流控制能力，大幅提高電網(wǎng)能源資源配置的規(guī)模和效率，實(shí)現(xiàn)特高壓和跨區(qū)輸電能力在2015年和2020年分別達(dá)到2.1億千瓦和4.5億千瓦.

第二，破解多類型分布式電源安全高效接入與控制難題，滿足分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行需求。為實(shí)現(xiàn)數(shù)量大、類型多的分布式間歇性電源并網(wǎng)及安全高效運(yùn)行，亟須解決分布式電源有序接入、協(xié)調(diào)控制和能量?jī)?yōu)化管理的問(wèn)題。通過(guò)研究高精度天氣預(yù)報(bào)技術(shù)，提升分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)的精度，研究?jī)?chǔ)能和主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)，完善對(duì)分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車等需求側(cè)資源的調(diào)控技術(shù)手段，破解分布式電源安全高效接入與控制難題，實(shí)現(xiàn)分布式能源高效利用，促進(jìn)中國(guó)分布式電源的發(fā)展。

第三，研究“分布自治、集中協(xié)調(diào)”的調(diào)度運(yùn)行控制技術(shù)，構(gòu)建自適應(yīng)安全智能防御體系。隨著“發(fā)、輸、變、配、用”各個(gè)環(huán)節(jié)智能化水平的逐漸提升，作為智能電網(wǎng)的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，如何在各環(huán)節(jié)智能的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)度運(yùn)行控制實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)整體的智能運(yùn)轉(zhuǎn)是需要解決的一個(gè)難題。通過(guò)研究“源—網(wǎng)—荷”自律協(xié)同的電網(wǎng)能量管理與運(yùn)行控制技術(shù)、基于云計(jì)算技術(shù)的新一代智能調(diào)度技術(shù)、交直流混合電網(wǎng)的廣域協(xié)調(diào)穩(wěn)定控制技術(shù)等，在33個(gè)省級(jí)及以上調(diào)度中心全面建成互聯(lián)互動(dòng)的能量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度與運(yùn)行控制的一體化，提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)災(zāi)變的能力，進(jìn)一步提升駕馭大電網(wǎng)的能力。

第四，研究電力消費(fèi)和能源效率提升技術(shù)，提高電網(wǎng)和終端用戶能源利用效率。服務(wù)于電力用戶的多元化需求，提高用電服務(wù)質(zhì)量和用電能效，支持電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷，提高電網(wǎng)和終端用戶能源利用效率。亟須開(kāi)展終端用戶用能服務(wù)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，伴隨著充電速度更快、壽命更久、續(xù)航里程更長(zhǎng)的車載電源的不斷出現(xiàn)，需要重點(diǎn)探索高效、靈活的充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式、運(yùn)營(yíng)模式，支持國(guó)家“十二五”時(shí)期“50萬(wàn)輛”發(fā)展目標(biāo)。需要重點(diǎn)研究負(fù)荷側(cè)可調(diào)度資源的優(yōu)化控制技術(shù)，針對(duì)近年負(fù)荷組成結(jié)構(gòu)的變化，不斷改進(jìn)負(fù)荷建模思路和方法，提高負(fù)荷建模的準(zhǔn)確性，如建立電動(dòng)汽車及其動(dòng)力電池等作為可調(diào)度資源的負(fù)荷模型。同時(shí)，需要研究建設(shè)高級(jí)量測(cè)體系（AMI）,在2015年覆蓋3.4億用戶，實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)之間的信息交互，幫助用戶根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)自身的用電行為進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)削峰填谷，減小電網(wǎng)峰谷差。

第五，研究電力物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，促進(jìn)電力流、信息流與業(yè)務(wù)流的深度融合。電力流、信息流與業(yè)務(wù)流的高度一體化融合是智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，電力信息的全面感知、可靠傳輸及智能處理技術(shù)亟待突破。需要通過(guò)開(kāi)展電力信息統(tǒng)一建模技術(shù)、電力專用新型傳感技術(shù)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、海量數(shù)據(jù)云處理技術(shù)和基礎(chǔ)服務(wù)云平臺(tái)技術(shù)研究，打破環(huán)節(jié)間、系統(tǒng)應(yīng)用間資源壁壘，實(shí)現(xiàn)電力物理本體的深度感知和電力業(yè)務(wù)的跨域協(xié)同，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的深度挖掘，大力提升電力系統(tǒng)的智能化水平。

結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)技術(shù)是不斷發(fā)展的技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)是各國(guó)電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)企業(yè)共同的目標(biāo)，由于不同國(guó)家地區(qū)的國(guó)情、經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)不同，智能電網(wǎng)建設(shè)也有著各自的特色，這也有助于國(guó)際間合作與互補(bǔ)。

中國(guó)面臨著新能源消納能力不足，電動(dòng)汽車快速發(fā)展，調(diào)控峰谷差的能力較弱等問(wèn)題，智能電網(wǎng)建設(shè)是重要的解決途徑。國(guó)家電網(wǎng)公司期待與世界電力同行開(kāi)展更加廣泛、更深層次的合作，共同開(kāi)展技術(shù)研究與應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定等工作，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。