智能電網(wǎng)建設(shè)管理藝術(shù)初探

許麗 張艷

摘要：智能電網(wǎng)是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，本文從智能電網(wǎng)的定義、特點(diǎn)和歐美智能電網(wǎng)研究與建設(shè)的實(shí)踐出發(fā)，為我國的智能電網(wǎng)建設(shè)提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng);互聯(lián)網(wǎng)

引言

傳統(tǒng)能源日漸短缺，并且火力發(fā)電等方式還會(huì)帶來環(huán)境問題。這些讓環(huán)境污染和能源短缺成為了人類社會(huì)發(fā)展所面臨的兩大的挑戰(zhàn)。面臨能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，人類從各個(gè)角度出發(fā)，提出了能效技術(shù)、可再生能源、新型交通技術(shù)等低碳方案。這些新型技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用需要對傳統(tǒng)的電網(wǎng)做重大改變。以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為核心的智能電網(wǎng)成為世界電力工業(yè)發(fā)展的主要趨勢。

一、智能電網(wǎng)的定義

智能電網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到一定程度后才發(fā)展出的概念，所以目前尚未出現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的定義。但不同組織從各自的角度對智能電網(wǎng)的定義進(jìn)行了描述。

歐洲智能電網(wǎng)特別工作組是歐盟成立的協(xié)調(diào)歐盟智能電網(wǎng)建設(shè)的專門組織。歐盟智能電網(wǎng)特別工作組描述的智能電網(wǎng)是：可以智能化地集成所有接于其中的用戶——電力生產(chǎn)者（producer）、消費(fèi)者（consumer）和產(chǎn)消合一者（prosumer）——的行為和行動(dòng)，保證電力供應(yīng)的可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。美國能源部在其研究報(bào)告中將智能電網(wǎng)描述為：智能電網(wǎng)利用數(shù)字化技術(shù)改進(jìn)電力系統(tǒng)的可靠性、安全性和運(yùn)行效率，此處的電力系統(tǒng)涵蓋大規(guī)模發(fā)電到輸配電網(wǎng)再到電力消費(fèi)者，包括正在快速發(fā)展的分布式發(fā)電和分布式儲(chǔ)能。

美國強(qiáng)調(diào)了數(shù)字化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的重要作用，認(rèn)為現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)和新能源技術(shù)的結(jié)合是智能電網(wǎng)發(fā)展的動(dòng)力，也是帶動(dòng)新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展、增加就業(yè)的機(jī)遇，而這正是美國發(fā)展智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一;歐洲主要強(qiáng)調(diào)了對Prosumer的服務(wù)和管理，原因在于歐洲分布式能源和電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，配電網(wǎng)面臨巨大的壓力和挑戰(zhàn)，這是歐洲發(fā)展智能電網(wǎng)的最主要驅(qū)動(dòng)力之一。

二、智能電網(wǎng)的特征

近年來國內(nèi)學(xué)者逐漸開始關(guān)注智能電網(wǎng)，有研究者提出了智能電網(wǎng)的三個(gè)特征：靈活性、可觀測性和互操作性[1]。

靈活性是指系統(tǒng)負(fù)荷或功率發(fā)生較快的變化、造成較大功率不平衡時(shí)，通過調(diào)整發(fā)電或電力消費(fèi)保持可靠、持續(xù)供電的能力。電力用戶對功率的需求不平衡性導(dǎo)致電力供應(yīng)呈現(xiàn)時(shí)、空不均衡的特征。傳統(tǒng)電網(wǎng)通過發(fā)電站被動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電量的方法解決供需不平衡的問題，電力的傳輸由發(fā)電站——輸電——配電——用電，單向流動(dòng)。智能電網(wǎng)通過整合發(fā)電站，提高了發(fā)電站的靈活性，并通過控制電能的流動(dòng)方向，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)的靈活性。除電能的制造和輸送之外，用戶端設(shè)備的特征也是的智能電網(wǎng)可以控制用電負(fù)荷。如電動(dòng)汽車等可充電交通設(shè)備可以通過調(diào)整充電時(shí)間和充電速度控制用電負(fù)荷。如歐美國家都通過控制不同時(shí)段電價(jià)的手段鼓勵(lì)用戶在用電高峰以外充電。

可觀測性和可控性是指電網(wǎng)連接著眾多客戶端，需要實(shí)時(shí)觀測和控制才能根據(jù)用電情況的變化保證電力供應(yīng)和用電負(fù)荷的平衡。隨著社會(huì)的發(fā)展，電網(wǎng)的利用率越來越高，需要持續(xù)穩(wěn)定的提供電能。為了確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，發(fā)展出了WAMS和FACTS技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前輸電技術(shù)的主流。

互操作性是指多個(gè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或應(yīng)用與電能設(shè)備之間可以通過智能電網(wǎng)進(jìn)行有效、安全、協(xié)調(diào)的操作。例如通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將供電網(wǎng)絡(luò)和用戶常用的應(yīng)用鏈接起來，通過手機(jī)、電腦等客戶端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢和繳費(fèi)。

三、國外智能電網(wǎng)建設(shè)的研究與實(shí)踐

美國是世界上建設(shè)智能電網(wǎng)實(shí)踐最早、經(jīng)驗(yàn)最豐富的國家之一。在法制、國家戰(zhàn)略、技術(shù)等方面都積累了非常豐富的資源，值得借鑒。

在立法方面，美國制定了兩個(gè)與智能電網(wǎng)相關(guān)的重要法案：《能源獨(dú)立和安全法案》簡稱EISA2007和《復(fù)蘇與再投資計(jì)劃法案2009》簡稱ARRA2009[2]。EISA2007確立了智能電網(wǎng)的國家戰(zhàn)略地位，要求國家財(cái)政中撥付專項(xiàng)資金，編制智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，協(xié)調(diào)全國智能電網(wǎng)建設(shè)工作。ARRA2009中，政府明確撥付45億美元，且支持私人投資能源建設(shè)，支持智能電網(wǎng)相關(guān)的研究項(xiàng)目。政府財(cái)政報(bào)告表明ARRA2009的資金共支持了99個(gè)投資項(xiàng)目和32個(gè)示范項(xiàng)目。這些項(xiàng)目涵蓋輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)、電力部門勞動(dòng)力培訓(xùn)等。

在電能技術(shù)方面，美國智能電網(wǎng)主要基于高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)和配電管理技術(shù)。高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)解決方案是在傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中增加一些功能，應(yīng)對分布式能源并網(wǎng)、電動(dòng)汽車接入帶來的問題，降低網(wǎng)損和能源消耗。配電管理技術(shù)是將停電管理系統(tǒng)和智能電表集成，提高用戶停電管理水平、供電可靠性和工作效率。

在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院于2010年發(fā)布《智能電網(wǎng)互操作標(biāo)準(zhǔn)框架和技術(shù)路線圖》1.0 版，2012年發(fā)布了2.0版。路線圖通過分析研究，識(shí)別出19項(xiàng)需要優(yōu)先制修訂的標(biāo)準(zhǔn)。為促進(jìn)美國智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，吸引各利益相關(guān)方參與到標(biāo)準(zhǔn)化工作中來，美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院還組織成立了美國互操作論壇，在該論壇的推動(dòng)和指導(dǎo)下，美國已完成了一系列智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，形成了標(biāo)準(zhǔn)庫。

歐盟的智能電網(wǎng)建設(shè)是伴隨著歐盟應(yīng)對氣候變化和環(huán)境保護(hù)的進(jìn)程進(jìn)行的。從1997年起，歐盟就出臺(tái)了一系列促進(jìn)可再生能源、清潔能源、提高能源利用率的政策。2008年，歐盟發(fā)起了“歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃”，計(jì)劃中將綠色技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃的有力支撐。投入20多億歐元自主低碳項(xiàng)目。

在立法方面還提出了碳關(guān)稅政策，要求所有在歐洲陸地或領(lǐng)空運(yùn)行的交通工具都要限制碳排放量。對于碳排放量超標(biāo)的交通工具收取碳關(guān)稅，以稅收手段促進(jìn)節(jié)能減排的發(fā)展。智能電網(wǎng)通過合理調(diào)配電能的制造與輸送，也可以達(dá)到節(jié)能減排的效果。因此碳稅制度也間接促進(jìn)了智能電網(wǎng)的建設(shè)。

新加坡是最早提出智能電網(wǎng)建設(shè)的亞洲國家。新加坡智能電網(wǎng)的建設(shè)由新加坡的國有企業(yè)新加坡新能源電網(wǎng)公司主導(dǎo)[3]。新加坡21世紀(jì)之初就開始了本國智能電網(wǎng)的建設(shè)，以提供“高可靠性和高質(zhì)量”的供電系統(tǒng)為目標(biāo)，實(shí)行以狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修為核心的建設(shè)管理策略。

依托新加坡完善的互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，新加坡已經(jīng)建成了具備自愈功能的成熟的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。新加坡政府通過建設(shè)智能電網(wǎng)建設(shè)基地為其他地區(qū)的智能電網(wǎng)建設(shè)提供了參考，目前新加坡的電網(wǎng)已經(jīng)成為了集智能供電網(wǎng)絡(luò)、可再生資源并網(wǎng)、生態(tài)燃料電池及電動(dòng)汽車充電等功能為一體的智能電網(wǎng)。

四、對我國智能電網(wǎng)建設(shè)的建議

我國的智能電網(wǎng)建設(shè)還在起步階段。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)逐漸融合的趨勢下，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)速度將會(huì)比歐美國家更快，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)更高。智能電網(wǎng)的建設(shè)需要立法、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)等各方面的支持。結(jié)合其他國家智能電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，可以為我國的智能電網(wǎng)建設(shè)提供如下建議。

（一）制定和完善標(biāo)準(zhǔn)

智能電網(wǎng)整合了互聯(lián)網(wǎng)、通信設(shè)備和電能設(shè)備，協(xié)調(diào)這些設(shè)備需要一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。另外，新型電網(wǎng)也要面對我國復(fù)雜的地形、天氣狀況，充分考慮到極端氣候和地貌帶來的建設(shè)問題。這就需要為電力設(shè)施制造和電網(wǎng)建設(shè)制定專門的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)展智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)的開發(fā)與運(yùn)行離不開對供電數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘，大數(shù)據(jù)技術(shù)為智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的利用提供了有力支持。智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析需要全景的狀態(tài)數(shù)據(jù)，電網(wǎng)的檢修、管理過程中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，如何存儲(chǔ)和利用這些異構(gòu)、多態(tài)的數(shù)據(jù)是擺在電網(wǎng)管理者面前的問題。通過引進(jìn)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)可以幫助管理者解決這一問題。

（三）推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)再智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠促進(jìn)和提升電力行業(yè)整體技術(shù)的創(chuàng)新能力，關(guān)乎智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用首先要加大對智能電網(wǎng)相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的支持與發(fā)展，加快形成較為完備的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其次是推動(dòng)傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)企業(yè)與電力企業(yè)的深層次技術(shù)合作，進(jìn)行補(bǔ)充性關(guān)鍵技術(shù)研究和相關(guān)技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)[4]。

五、總結(jié)

智能電網(wǎng)建設(shè)是整合物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電能供應(yīng)等技術(shù)或設(shè)備的過程。智能電網(wǎng)的建設(shè)需要有國家政策、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)的保障。我國的智能電網(wǎng)建設(shè)還處在起步階段，但國外可借鑒的技術(shù)和建設(shè)模式很多。只有整合我國當(dāng)前通訊設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成果，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才能建設(shè)成真正智能的電網(wǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張東霞，苗新，劉麗平等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2015（01）：2-12

[2]張東霞，姚良忠，馬文媛.中外智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2013（31）：1-15

[3]王炳國.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力智能電網(wǎng)建設(shè)[J].信息技術(shù)與信息化.2012（02）：78-80

作者簡介：

許麗，女，1971——，大專，國家電網(wǎng)山東冠縣供電公司營銷部助理工程師;

張艷，女，1973——，大專，國家電網(wǎng)山東冠縣供電公司營銷部助理工程師。