我國智能電網的發展及其關鍵技術淺析

【摘要】文章結合筆者多年實際工程經驗，闡述了我國智能電網的發展和特點，指出了建設智能電網在網絡拓撲、通信系統、計量體系、需求側管理、智能調度、電力電子設備、分布式電源接入等領域需要解決的關鍵技術問題。

【關鍵詞】智能電網；需求側管理；智能調度

智能電網就是電網的智能化，是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備、先進的控制方法以及先進的決策支持系統的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效和環境友好的目標。

本文通過介紹智能電網的發展、特點和意義，詳細討論了智能電網的關鍵技術，希望可以增進更多的人對智能電網的了解。

1.智能電網的發展

根據國家電網2009年6月公布的智能電網發展計劃，2009年至2010年為規劃試點階段，自2011年開始至2015年為全面建設階段，2020年時基本建成以信息化、自動化、互動化為特征的“堅強智能電網”。

今年國家電網公司將建設堅強智能電網的投資將超過3000億元，國家電力市場交易電量超過4100億千瓦時，用于研發核心技術和關鍵設備的經費達80億元，并規劃“十二五”期間實施新的無電地區通電工程，預計在2012年為9.6萬戶超過40萬無電人口解決用電問題。將推廣建設11類智能電網試點工程。建成智能變電站67座；在19個城市核心區建成配電自動化系統；推廣應用5000萬具智能電表；新建173座電動汽車充換電站和9211個充電樁；完成25個智能小區/樓宇建設；推廣建設6.2萬戶電力光纖到戶；完成中新天津生態城智能電網綜合示范工程建設；接納風電容量2000萬千瓦；制定智能電網標準88項。國家電網將在2015年基本建成堅強智能電網，實現接入風電1億千瓦和光伏發電500萬千瓦的目標。

2.智能電網的特點

根據相關文獻，智能電網的特點如下：

1）自愈和自適應。實時掌控電網運行狀態，及時發現、快速診斷和消除故障隱患；在盡量少的人工干預下，快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發生。

2）安全可靠。更好地對人為或自然發生的擾動做出辨識與反應。

3）經濟高效。優化資源配置，提高設備傳輸容量和利用率，實現整個電力系統優化運行。

4）兼容。既能適應大電源的集中接入，也支持分布式發電方式友好接入以及可再生能源的大規模應用，滿足電力與自然環境、社會經濟和諧發展的要求。

5）與用戶友好互動。實現與客戶的智能互動，以最佳的電能質量和供電可靠性滿足客戶需求。

3.建設智能電網的意義

智能電網為相關企業提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。通過對電力生產、輸送、零售各個環節的優化管理，可以節省電費、實現智能管理、具有更強的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動力車的接入，以及使家電設備智能化。國家對能源、電網的期望是節能減排，提高能源利用效率。電網公司主要關注電網運營的安全性、可靠性和經濟性。用戶關注電費支出和用電可靠性。因此，提高電網運營的安全性、可靠性和經濟性，降低用戶電費支出，提高能源利用效率，實現節能減排、低碳環保，是智能電網建設發展的根本目標。

4.建設智能電網涉及的關鍵技術

4.1堅強而靈活的網絡拓撲

堅強、靈活的電網結構是未來智能電網的基礎。我國能源分布與生產力布局很不平衡，無論從當前還是從長遠看，要滿足經濟社會發展對電力的需求，必須走遠距離、大規模輸電和大范圍資源優化配置的道路。如何進一步優化特高壓和各級電網規劃，做好特高壓交流系統與直流系統的銜接、特高壓電網與各級電網的銜接，促進各電壓等級電網協調發展、送端電網和受端電網協調發展、城市電網與農村電網協調發展、一次系統和二次系統協調發展，成為需要解決的關鍵問題。

4.2開放、標準、集成的通信系統

智能電網的發展對網絡安全提出了更高的要求，智能電網需要具有實時監視和分析系統目前狀態的能力：既包括識別故障早期征兆的預測能力，也包括對已經發生的擾動做出響應的能力，其監測范圍將大范圍擴展、全方位覆蓋，為電網運行、綜合管理等提供外延的應用支撐，而不僅局限于對電網裝備的監測。

4.3高級計量體系和需求側管理

智能電網的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一。人網和分布式管理的智能化網絡系統，可對電網與用戶用電信息進行實時監控和采集，并且采用最經濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置與利用，提高電網運營的可靠性和能源利用效率。所以電網的智能化首先需要電力供應機構精確得知用戶的用電規律，從而對需求和供應有一個更好的平衡。

因此目前國外推動智能電網建設，一般以構建高級量測體系為切入點。同時，高級讀表體系為電力系統提供了系統范圍的可觀性。不但可以使用戶參與實時電力市場，而且能夠實現對諸如遠程監測、分時電價和用戶側管理等的更快和準確的系統響應，構建智能化的用戶管理與服務體系，實現電力企業與用戶之間基本的雙向互動管理與服務功能以及營銷管理的現代化運行。

4.4智能調度技術和廣域防護系統

智能調度是未來電網發展的必然趨勢，調度的智能化是對現有調度控制中心功能的重大擴展。調度智能化的最終目標是建立一個基于廣域同步信息的網絡保護和緊急控制一體化的新理論與新技術，協調電力系統元件保護和控制、區域穩定控制系統、緊急控制系統、解列控制系統和恢復控制系統等具有多道安全防線的綜合防御體系。智能化調度的核心是在線實時決策指揮，目標是災變防治，實現大面積連鎖故障的預防。

4.5高級電力電子設備

電力電子技術在發電、輸電、配電和用電的全過程均發揮著重要作用。現代電力系統應用的電力電子裝置幾乎全部使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP 全數字控制技術。目前我國在電力電子技術領域與國外的主要差距是：國內不能制造全控電力電子器件；大功率變流器制造技術水平較低，裝置可靠性差；電力電子全數字控制技術水平還處于初級階段；應用系統控制技術和系統控制軟件水平較低；缺乏重大工程經驗積累等。

4.6可再生能源和分布式能源接入

在發展智能電網時，如何安全、可靠地接入各種可再生能源電源和分布式能源電源也是面臨的一大挑戰。分布式能源包括分布式發電和分布式儲能，在許多國家都得到了迅速發展。分布式發電技術包括：微型燃氣輪機技術、燃料電池技術、太陽能光伏發電技術、風力發電技術、生物質能發電技術、海洋能發電技術、地熱發電技術等。分布式儲能裝置包括蓄電池儲能、超導儲能和飛輪儲能等。風能、太陽能等可再生能源在地理位置上分布不均勻，并且易受天氣影響，發電機的可調節能力比較弱，需要有一個網架堅強、備用充足的電網支撐其穩定運行。隨著電網接入風電量的增加，風電廠規劃與運行研究對風電場動態模型的精度和計算速度提出了更高的要求。

5.結語

智能電網作為電網發展一項革命性的新技術應用運動，世界各國都在投入人力物力逐步推進。而我國也在積極建設中國特色的智能電網，這是一項高度復雜的系統工程，也是我國電網發展的目標。相信在廣大電力科技工作者的不懈努力下，一定會建成堅強、穩定、科學、高效的智能電網。