上海堅強智能電網(wǎng)建設(shè)

上海市電力公司 阮前途

發(fā)展智能電網(wǎng)已成為當(dāng)今世界電力行業(yè)的發(fā)展趨勢，2009年國家電網(wǎng)公司根據(jù)中國國情提出建設(shè)中國特色的堅強智能電網(wǎng)。劉振亞總經(jīng)理指出，智能電網(wǎng)首先應(yīng)當(dāng)是一個堅強的電網(wǎng)。堅強是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能是堅強電網(wǎng)充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵，兩者相輔成、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

兩年多來，上海市電力公司在國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，以國家能源戰(zhàn)略為導(dǎo)向，加快推進電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和公司發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，按照統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)的原則，積極開展堅強智能電網(wǎng)建設(shè)，服務(wù)上海“四個中心”建設(shè)、服務(wù)低碳經(jīng)濟和清潔能源發(fā)展取得了顯著的成效，推動了智能電網(wǎng)發(fā)展。

1 建設(shè)智能電網(wǎng)的背景與意義

當(dāng)今世界面臨一些問題，如全球氣候變化、環(huán)境污染、經(jīng)濟增長、增加就業(yè)、不同國家之間能源供應(yīng)和需求的不平衡，如何利用可再生清潔能源取代傳統(tǒng)能源等等。建設(shè)堅強智能電網(wǎng)是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，也是電網(wǎng)自身發(fā)展的內(nèi)在要求和必然趨勢。

當(dāng)前全球能源變革正在向多元化、清潔化的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)電網(wǎng)比較，智能電網(wǎng)更加清潔、高效、安全、經(jīng)濟。堅強智能電網(wǎng)是連接能源供應(yīng)和消費、實現(xiàn)能源變革的橋梁與紐帶，可降低能耗、提高能源傳輸效率，解決分布式能源接入問題，滿足電動汽車接入電網(wǎng)要求，滿足未來多樣化的用電需求。堅強智能電網(wǎng)是未來智能能源系統(tǒng)的重要組成，也是未來智能城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)（參見圖1）。

上海市電力公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)具有重大意義（參見圖2）。一是上海市電力公司對堅強智能電網(wǎng)的試點和建設(shè)將對國網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)整體推進工作有明確的示范和引領(lǐng)作用；二是滿足上海城市戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的需要，在上海建設(shè)綠色智慧城市過程中，電力公司作為主要能源提供商必須扮演重要角色，積極參與并占領(lǐng)示范和標(biāo)準(zhǔn)的高地；三是進一步加強上海電網(wǎng)安全可靠運行的需要，未來電網(wǎng)規(guī)模擴大與用電模式多元化發(fā)展，給電網(wǎng)安全帶來新的挑戰(zhàn)，在供需兩側(cè)需要通過智能互動等方式確保電網(wǎng)安全運行；四是電網(wǎng)企業(yè)自身轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求，探索堅強智能電網(wǎng)發(fā)展路徑，推動相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)從單一電力供應(yīng)商向電力綜合服務(wù)供應(yīng)商轉(zhuǎn)型。

2 智能電網(wǎng)基本內(nèi)涵

國家電網(wǎng)公司結(jié)合基本國情和特高壓實踐，提出了具有中國特色的堅強智能電網(wǎng)定義：以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。我們要建設(shè)的堅強智能電網(wǎng)具備五大特征：堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動。未來發(fā)展目標(biāo)是：建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)。

“2010年堅強智能電網(wǎng)與上海經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略研究報告”中指出：堅強智能電網(wǎng)有利于促進清潔能源的開發(fā)利用，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放。據(jù)該報告測算：到2020年，堅強智能電網(wǎng)發(fā)展將降低用戶電量需求約12.6億kWh，按平均每kWh消耗燃料費用約0.2163元計算，全社會將節(jié)約燃料費用約2.7億元；到2020年上海電網(wǎng)可節(jié)約標(biāo)煤約60萬噸，相應(yīng)分別減少二氧化碳排放約160萬噸，減少二氧化硫排放約1萬噸，減少氮氧化物排放約1680噸，為社會帶來巨大的效益。堅強智能電網(wǎng)建設(shè)還有利于促進裝備制造和信息通信等行業(yè)的技術(shù)升級，為占領(lǐng)世界相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)制高點提供平臺。堅強智能電網(wǎng)建設(shè)將促進新產(chǎn)品開發(fā)和新服務(wù)市場的形成，帶動就業(yè)，促進經(jīng)濟增長。從2010至2020年，建設(shè)堅強智能電網(wǎng)平均每年將帶動上海GDP增加100億元，提供就業(yè)崗位約8000個。

上海市電力公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的愿景是：成為中國堅強智能電網(wǎng)領(lǐng)跑者，在一些關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全國領(lǐng)先的試點與推廣應(yīng)用。上海市電力公司將在國網(wǎng)公司統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)部署下，按照規(guī)劃試點、全面建設(shè)、引領(lǐng)提升三個階段逐步推進堅強智能電網(wǎng)建設(shè)，爭取在2020年全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備全面達到國際先進水平（參見圖3）。

3 建設(shè)智能電網(wǎng)實踐

在國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一部署下，上海市電力公司穩(wěn)步推進堅強智能電網(wǎng)各項工作，共承擔(dān)國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)試點工程11項。去年4月20日，國內(nèi)首個智能電網(wǎng)展區(qū)——“上海世博園智能電網(wǎng)示范工程”在上海世博園國家電網(wǎng)企業(yè)館落成，涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度環(huán)節(jié)，累計接待參觀人數(shù)達161.1萬人次；去年7月8日，世界上輸電距離最遠、輸送容量最大、技術(shù)最先進的特高壓直流輸電工程-向家壩-上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程成功投運，上海電網(wǎng)邁入了特高壓電網(wǎng)時代；今年7月25日，亞洲首條柔性直流輸電示范工程-上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程正式投入運行。這些都標(biāo)志著上海在堅強智能電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用領(lǐng)域走在全國、乃至國際的前列。

1）向家壩－上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程

向家壩－上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程，線路全長1907公里，額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率720萬千萬，是我國自主研發(fā)、自主設(shè)計和自主建設(shè)，世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠、技術(shù)水平最先進的直流輸電工程，也是我國能源領(lǐng)域取得的世界級創(chuàng)新成果，代表了當(dāng)今世界高壓直流輸電技術(shù)的最高水平（參見圖4）。特高壓直流輸電示范工程投運后，每年可向上海輸送320億千瓦時的清潔電能，最大輸送功率約占上海高峰負荷的三分之一，可節(jié)省原煤1500萬噸，減排二氧化碳超過3000萬噸。這項工程標(biāo)志著國家電網(wǎng)全面進入特高壓交直流電網(wǎng)時代，為推動電力布局從就地平衡向全國乃至更大范圍統(tǒng)籌平衡轉(zhuǎn)變，從根本上解決長期存在的煤電運緊張矛盾奠定了堅實的基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)變我國電力發(fā)展方式的關(guān)鍵工程。

2）故障搶修管理系統(tǒng)

故障搶修管理系統(tǒng)（簡稱TCM系統(tǒng)）研發(fā)與應(yīng)用是上海市電力公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的重要實踐。TCM系統(tǒng)整合了電網(wǎng)企業(yè)中的PMS，CMS，SCADA/DSCAD和其他信息系統(tǒng)，建立了一體化電網(wǎng)平臺基礎(chǔ)上的故障搶修協(xié)同工作管理機制。通過系統(tǒng)實現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位、工單自動過濾、搶修資源合理調(diào)配、搶修方案智能化輔助決策等高級應(yīng)用,全面提升上海市電力公司故障搶修體系的綜合管理水平，提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平和客戶滿意度。

TCM系統(tǒng)于2010年4月2日率先擔(dān)負起世博園及周邊地區(qū)供電保障任務(wù)，在試點區(qū)域中實現(xiàn)了以“統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一流程、統(tǒng)一平臺”的電網(wǎng)與客戶故障搶修管理模式，為世博園區(qū)及周邊地區(qū)的供電保障作出了突出貢獻。

3）用電信息采集系統(tǒng)

用電信息采集系統(tǒng)是實現(xiàn)智能用電、雙向互動營銷的基礎(chǔ)，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)架構(gòu)。上海市電力公司計劃在2014年前完成全市800萬用戶智能電表更換工作。到2010年底，已經(jīng)完成126萬戶，覆蓋面達15%。我們預(yù)計今年年底將完成241萬戶，覆蓋面達45%。

4）電力光纖到戶

光纖復(fù)合低壓電纜是指將光纖復(fù)合在低壓電纜中，使電纜在進行電力傳輸?shù)耐瑫r具備光纖通信的功能。將光纖隨低壓電力線敷設(shè)，實現(xiàn)到表到戶，能夠承載用電信息采集、智能用電雙向交互等業(yè)務(wù)。上海市電力公司大力推進電力光纖到戶工作，2010年完成浦東東郊紫園別墅小區(qū)、智匯園、張江名邸花園等3個大型新建居住區(qū)電力光纖試點，實現(xiàn)了電力光纖方式的集中抄表、配網(wǎng)自動化、負荷測錄、電能量采集等業(yè)務(wù)。2011年，上海市8萬平方米以上新建住宅項目將全部實現(xiàn)電力光纖到戶，老小區(qū)電力光纖到戶覆蓋20萬用戶。

5）家庭智能用電控制。

上海“越富豪庭”小區(qū)是國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)服務(wù)試點小區(qū)，小區(qū)采用EPON全光纖到戶的接入方式，通過安裝智能插座，采用PLC（電力線載波）方式實現(xiàn)內(nèi)部智能用電控制，并憑借“電力貓”和智能插座整合了電話、高清電視、互聯(lián)網(wǎng)、智能家電，可以自動讀取水，電和煤氣表，記錄家庭的電力消費習(xí)慣，并支持遠程控制，實現(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的高效協(xié)同（參見圖5）。

6）電動汽車充換電設(shè)施

電動汽車充換電設(shè)施是堅強智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)估計，中國將在2015年擁有50萬輛電動車。為了滿足電動車發(fā)展的需求，國家電網(wǎng)公司計劃建設(shè)大量電動汽車充換電設(shè)施。上海市電力公司去年共完成7座電動汽車充電站、360個交流充電樁的建設(shè)任務(wù)，并在世博園區(qū)國家電網(wǎng)館和漕溪能源轉(zhuǎn)換綜合展示基地分別建成一座電動汽車示范充放電站及電動汽車充放電集中監(jiān)控中心。今年再建設(shè)完成電動汽車充換電站及電池配送站9座，交流充電樁1100臺，以在上海電動汽車充電服務(wù)市場發(fā)揮主導(dǎo)作用，促進電動汽發(fā)展及并推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

7）儲能技術(shù)系統(tǒng)

儲能是構(gòu)建堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。上海漕溪能源轉(zhuǎn)換綜合展示基地包括大容量城市電網(wǎng)儲能、能源轉(zhuǎn)換綜合展示廳兩個展示工程，其中展示的儲能電池有：100kW級鈉硫電池儲能、100kW磷酸鐵鋰電池儲能、100kW鎳氫電池儲能、10kW液流電池等。2007年1月，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和上海市電力公司合作成功研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的容量為650Ah的鈉硫儲能單體電池，使我國成為世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國家。

8）柔性直流輸電工程

柔性直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的制高點，也是智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一。2011年7月25日，亞洲的第一個柔性直流輸電示范工程--上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程投入商業(yè)運行。它是中國第一個世界級的靈活的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的直流輸電線路。

上海南匯風(fēng)電場柔性輸電工程聯(lián)結(jié)南風(fēng)和書柔換流站，工程容量為20兆伏安。到目前為止，南匯風(fēng)電并網(wǎng)性能優(yōu)越，運行狀況良好。今年6月，國家電網(wǎng)公司在該線路開展了世界首次柔性直流輸電系統(tǒng)的交流側(cè)短路故障試驗，在三相短路電壓跌落90%、兩相短路電壓跌落50%的情況下，風(fēng)電場母線電壓維持穩(wěn)定。試驗結(jié)果表明，該工程可有效提升風(fēng)電場低電壓穿越能力達50%以上

4 發(fā)展計劃

未來，上海堅強智能電網(wǎng)應(yīng)具備堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，具有各類電源接入、送出的適應(yīng)能力，適應(yīng)特大型城市用電特點的保障、協(xié)調(diào)能力和用戶多樣化服務(wù)能力，以實現(xiàn)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、清潔、高效、互動的電力供應(yīng)，滿足上海經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展要求。

按照上海電網(wǎng)“十二五”智能化規(guī)劃的總體目標(biāo)和重點工程，上海電網(wǎng)“十二五”期間智能化投資約126.10億元。其中，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度六個環(huán)節(jié)以及通信信息平臺的各自投資分別約為2.1億元、1.94億元、10.99億元、25.54億元、48.77億元、6.64億元和30.13億元，各占總投資的比例分別約為1.67%、1.54%、8.72%、20.25%、38.67%、5.27%和23.81%，其中用電環(huán)節(jié)投資比例最大，約為38.67%。

“十二五”期間，上海電網(wǎng)將重點打造虹橋商務(wù)區(qū)、奉賢南橋新城、楊浦江灣新城和崇明陳家鎮(zhèn)等區(qū)域智能電網(wǎng)，以點帶面推進堅強智能電網(wǎng)建設(shè)，讓電網(wǎng)更安全、運行更高效、能源更清潔、環(huán)境更友好，生活更多彩。