智能電網建設管理藝術初探

許麗 張艷

摘要：智能電網是現代電網發展的必然趨勢，本文從智能電網的定義、特點和歐美智能電網研究與建設的實踐出發，為我國的智能電網建設提出了幾點建議。

關鍵詞：智能電網;物聯網;互聯網

引言

傳統能源日漸短缺，并且火力發電等方式還會帶來環境問題。這些讓環境污染和能源短缺成為了人類社會發展所面臨的兩大的挑戰。面臨能源危機和環境危機，人類從各個角度出發，提出了能效技術、可再生能源、新型交通技術等低碳方案。這些新型技術的大規模應用需要對傳統的電網做重大改變。以互聯網、大數據、物聯網等技術為核心的智能電網成為世界電力工業發展的主要趨勢。

一、智能電網的定義

智能電網是在互聯網、大數據和物聯網技術發展到一定程度后才發展出的概念，所以目前尚未出現一個統一的定義。但不同組織從各自的角度對智能電網的定義進行了描述。

歐洲智能電網特別工作組是歐盟成立的協調歐盟智能電網建設的專門組織。歐盟智能電網特別工作組描述的智能電網是：可以智能化地集成所有接于其中的用戶——電力生產者（producer）、消費者（consumer）和產消合一者（prosumer）——的行為和行動，保證電力供應的可持續性、經濟性和安全性。美國能源部在其研究報告中將智能電網描述為：智能電網利用數字化技術改進電力系統的可靠性、安全性和運行效率，此處的電力系統涵蓋大規模發電到輸配電網再到電力消費者，包括正在快速發展的分布式發電和分布式儲能。

美國強調了數字化技術在智能電網中的重要作用，認為現代數字化技術和新能源技術的結合是智能電網發展的動力，也是帶動新型產業發展、增加就業的機遇，而這正是美國發展智能電網的驅動力之一;歐洲主要強調了對Prosumer的服務和管理，原因在于歐洲分布式能源和電動汽車發展迅速，配電網面臨巨大的壓力和挑戰，這是歐洲發展智能電網的最主要驅動力之一。

二、智能電網的特征

近年來國內學者逐漸開始關注智能電網，有研究者提出了智能電網的三個特征：靈活性、可觀測性和互操作性[1]。

靈活性是指系統負荷或功率發生較快的變化、造成較大功率不平衡時，通過調整發電或電力消費保持可靠、持續供電的能力。電力用戶對功率的需求不平衡性導致電力供應呈現時、空不均衡的特征。傳統電網通過發電站被動調節發電量的方法解決供需不平衡的問題，電力的傳輸由發電站——輸電——配電——用電，單向流動。智能電網通過整合發電站，提高了發電站的靈活性，并通過控制電能的流動方向，進一步提高了電網的靈活性。除電能的制造和輸送之外，用戶端設備的特征也是的智能電網可以控制用電負荷。如電動汽車等可充電交通設備可以通過調整充電時間和充電速度控制用電負荷。如歐美國家都通過控制不同時段電價的手段鼓勵用戶在用電高峰以外充電。

可觀測性和可控性是指電網連接著眾多客戶端，需要實時觀測和控制才能根據用電情況的變化保證電力供應和用電負荷的平衡。隨著社會的發展，電網的利用率越來越高，需要持續穩定的提供電能。為了確保電力供應的穩定性，發展出了WAMS和FACTS技術，這些技術已經成為當前輸電技術的主流。

互操作性是指多個互聯網設備或應用與電能設備之間可以通過智能電網進行有效、安全、協調的操作。例如通過物聯網技術，將供電網絡和用戶常用的應用鏈接起來，通過手機、電腦等客戶端實現實時查詢和繳費。

三、國外智能電網建設的研究與實踐

美國是世界上建設智能電網實踐最早、經驗最豐富的國家之一。在法制、國家戰略、技術等方面都積累了非常豐富的資源，值得借鑒。

在立法方面，美國制定了兩個與智能電網相關的重要法案：《能源獨立和安全法案》簡稱EISA2007和《復蘇與再投資計劃法案2009》簡稱ARRA2009[2]。EISA2007確立了智能電網的國家戰略地位，要求國家財政中撥付專項資金，編制智能電網的標準體系，協調全國智能電網建設工作。ARRA2009中，政府明確撥付45億美元，且支持私人投資能源建設，支持智能電網相關的研究項目。政府財政報告表明ARRA2009的資金共支持了99個投資項目和32個示范項目。這些項目涵蓋輸電系統、配電系統、電動汽車充電系統、電力部門勞動力培訓等。

在電能技術方面，美國智能電網主要基于高級配電自動化技術和配電管理技術。高級配電自動化技術解決方案是在傳統的配電自動化系統中增加一些功能，應對分布式能源并網、電動汽車接入帶來的問題，降低網損和能源消耗。配電管理技術是將停電管理系統和智能電表集成，提高用戶停電管理水平、供電可靠性和工作效率。

在技術標準體系建設方面，美國標準與技術研究院于2010年發布《智能電網互操作標準框架和技術路線圖》1.0 版，2012年發布了2.0版。路線圖通過分析研究，識別出19項需要優先制修訂的標準。為促進美國智能電網標準化工作，吸引各利益相關方參與到標準化工作中來，美國標準與技術研究院還組織成立了美國互操作論壇，在該論壇的推動和指導下，美國已完成了一系列智能電網標準的制修訂工作，形成了標準庫。

歐盟的智能電網建設是伴隨著歐盟應對氣候變化和環境保護的進程進行的。從1997年起，歐盟就出臺了一系列促進可再生能源、清潔能源、提高能源利用率的政策。2008年，歐盟發起了“歐洲經濟復蘇計劃”，計劃中將綠色技術作為經濟復蘇計劃的有力支撐。投入20多億歐元自主低碳項目。

在立法方面還提出了碳關稅政策，要求所有在歐洲陸地或領空運行的交通工具都要限制碳排放量。對于碳排放量超標的交通工具收取碳關稅，以稅收手段促進節能減排的發展。智能電網通過合理調配電能的制造與輸送，也可以達到節能減排的效果。因此碳稅制度也間接促進了智能電網的建設。

新加坡是最早提出智能電網建設的亞洲國家。新加坡智能電網的建設由新加坡的國有企業新加坡新能源電網公司主導[3]。新加坡21世紀之初就開始了本國智能電網的建設，以提供“高可靠性和高質量”的供電系統為目標，實行以狀態監測和狀態檢修為核心的建設管理策略。

依托新加坡完善的互聯網通信網絡，新加坡已經建成了具備自愈功能的成熟的配電自動化系統。新加坡政府通過建設智能電網建設基地為其他地區的智能電網建設提供了參考，目前新加坡的電網已經成為了集智能供電網絡、可再生資源并網、生態燃料電池及電動汽車充電等功能為一體的智能電網。

四、對我國智能電網建設的建議

我國的智能電網建設還在起步階段。在互聯網技術、物聯網技術、大數據技術逐漸融合的趨勢下，我國的智能電網建設速度將會比歐美國家更快，技術標準將會更高。智能電網的建設需要立法、標準和技術等各方面的支持。結合其他國家智能電網建設的經驗，可以為我國的智能電網建設提供如下建議。

（一）制定和完善標準

智能電網整合了互聯網、通信設備和電能設備，協調這些設備需要一個統一的技術標準。另外，新型電網也要面對我國復雜的地形、天氣狀況，充分考慮到極端氣候和地貌帶來的建設問題。這就需要為電力設施制造和電網建設制定專門的標準。

（二）利用數據挖掘技術發展智能電網

智能電網的開發與運行離不開對供電數據的數據挖掘，大數據技術為智能電網數據信息的利用提供了有力支持。智能電網數據分析需要全景的狀態數據，電網的檢修、管理過程中產生海量數據，如何存儲和利用這些異構、多態的數據是擺在電網管理者面前的問題。通過引進大數據、互聯網等技術可以幫助管理者解決這一問題。

（三）推動物聯網技術再智能電網中的應用

物聯網技術的應用能夠促進和提升電力行業整體技術的創新能力，關乎智能電網的安全運行。物聯網技術的應用首先要加大對智能電網相關的物聯網核心技術的支持與發展，加快形成較為完備的物聯網技術。其次是推動傳感器、RFID等物聯網技術企業與電力企業的深層次技術合作，進行補充性關鍵技術研究和相關技術研發，進一步提升物聯網技術的應用基礎[4]。

五、總結

智能電網建設是整合物聯網、互聯網、電能供應等技術或設備的過程。智能電網的建設需要有國家政策、行業標準和相關技術的保障。我國的智能電網建設還處在起步階段，但國外可借鑒的技術和建設模式很多。只有整合我國當前通訊設施等基礎設施建設成果，結合互聯網、物聯網技術才能建設成真正智能的電網。

【參考文獻】

[1]張東霞，苗新，劉麗平等.智能電網大數據技術發展研究[J].中國電機工程學報.2015（01）：2-12

[2]張東霞，姚良忠，馬文媛.中外智能電網發展戰略[J].中國電機工程學報.2013（31）：1-15

[3]王炳國.物聯網技術助力智能電網建設[J].信息技術與信息化.2012（02）：78-80

作者簡介：

許麗，女，1971——，大專，國家電網山東冠縣供電公司營銷部助理工程師;

張艷，女，1973——，大專，國家電網山東冠縣供電公司營銷部助理工程師。