智能電網的發展概述與展望

趙子涵

摘 要：信息化社會的來臨對傳統能源供給體系提出了更高的要求，智能電網成為未來電網發展的新趨勢。智能電網主要基于AMI/ADO/ATO/AAM這四種高級技術體系。相較于傳統電網，智能電網具備信息和電能雙向流動、無縫對接清潔能源以及強大的自我恢復調節的能力。未來智能電網將向自動化、信息化、智能化的方向繼續發展。

關鍵詞：智能電網；雙向流動；清潔能源；自愈能力；自動化

中圖分類號：F426.61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0128-02

近年來隨著全球氣候變暖現象的加劇與化石能源的逐漸枯竭，傳統的能源供給體系面臨著越來越大的挑戰。同時進入數字網絡時代的人類社會也對傳統電力系統的輸電效率、抗干擾能力、負載能力等工作性能提出了更高的要求。伴隨著計算機和電力電子技術的迅猛發展，智能電網逐漸成為了未來電力系統發展革新的突破方向。2005年加拿大人Mark Campbell為了減少一棟大樓的耗電量，發明了一種無線控制設備，使得該棟大樓內的用電設備彼此之間可以相互“協調”，最終實現了這一目的，這也是智能電網迅速發展的開端[4]。目前智能電網作為一個新生事物，并沒有一個明確的概念，也缺乏相關的行業法規體系，各國對智能電網研究的方向也存在不同。美國能源部的定義中認為智能電網是在傳統電網硬件結構更新的基礎上，其控制系統能夠實現對整個輸配電過程中每個節點及終端用戶的信息采集、實時傳輸和反饋分析，從而實現電流和用電信息的雙向流動[5]；國家電網中相關部門則更加關注如何將目前迅速發展的電子信息及互聯網等高新技術與傳統的物理電網有機結合，從而更加合理地配置電力資源，最大程度地實現電網的高效運行并提高電網的自我調節恢復能力，為用電方提供更完善、更優質、更環保的用電服務[2]。相對于傳統電網而言，智能電網通過對各節點及終端用戶實時反饋回來的信息進行計算分析，可以迅速甄別電網運行過程中出現的故障情況并通過及時調整相應的參數配置來處理突發情況，極大地增強了電網的抗干擾能力；同時智能電網能夠接入水電發電等分布式清潔能源；并且基于智能電網中所建立的相應用戶信息采集反饋系統和強大的調節能力，可以實現供電方與用電方的無障礙溝通，最大可能地節約了輸電及電網維護的成本。

1 智能電網的技術組成

智能電網實現了傳感測量技術、通訊技術等現代技術與傳統電網的有機結合，其技術組成主要包括了高級計量體系（AMI）、高級配電運行體系（ADO）、高級輸電運行體系（ATO）和高級資產管理體系（AAM）。

高級計量體系AMI通過分析從用戶戶內網HAN反饋回的信息，制定用戶所使用的到的分時電價。AMI的功能包括了需求相應、負荷控制和遠程開合。計量數據管理系統MDMS作為AMI系統的核心，主要通過AMR自動讀表技術實現電網系統中布置測點所采集到的數據的存儲、傳輸、分析和后續處理，來滿足電網監控等功能需求。高級配電運行體系ADO以帶有高級傳感器的運行管理系統和停運管理系統為基礎，其內容包括配電快速仿真與模型等，與高級輸電運行體系ATO共同實現變電站的自動化、高級輸電網元件的保護與控制。ATO依照了ISO的相應標準，包括輸電系統仿真與模擬等內容。同時智能電網中輸電和配電的部分資產管理的部分可以相互滲透，高級資產管理體系AAM基于MDMS、ADO、ATO等系統采集傳輸的數據來完成相應的資產規劃、設計、建設和可靠性維護的工作，在完善數據記錄的同時最大限度地提高資產的利用率。

高級計量系統AMI通過大量的智能電表以及多種通訊介質，能夠實現對每個用戶用電數據進行測量、采集，同時提供開放式雙向通信的系統，使用電方也可對電網進行控制；高級配電運行體系ADO則通過分布式電源的運行等部分得以實現智能電網的“自愈”功能；高級輸電運行體系ATO則是通過對大量數據的分析、計算，實時對輸電量以及輸電方向進行調控，進而減少運輸過程中的能量損失，同時防止大規模停電的發生；高級資產管理體系AAM能夠對電力資源進行管理，最大可能地減少了資源浪費。

2 智能電網的特點

相較于傳統電網，智能電網具備強大的自我恢復和調節能力。這是因為智能電網能夠自行對監控測點和終端用戶反饋回的采集數據進行分析并調整電網系統中相應參數的配置。在面對復雜的自然與社會環境下，根據系統設定，智能電網能夠在盡量少的人工干預的情況下，對系統進行調整，保證電網的穩定性，如會對嚴重損壞區會進行隔離和盡快的整修，進而避免發生大面積癱瘓的事故。

智能電網集成了眾多形式的清潔能源和分布式能源。它既能夠適應大規模發電設備的接入，也可以支持分散性發電設備的供電，同時能夠將太陽能、風能等清潔型能源發電設備接入，使得電網系統更加綠色環保；各個技術的配合，保證了電網的穩定性。

用戶的反饋和參與是發揮智能電網優越性的重要條件。電網可以根據終端用戶的用電信息從數據中分析一定區域的用地按規律，進而制定更為經濟節能的發電和輸配電方案，從而有效提高電網終端的用電效率，實現“削峰填谷”，減少用電高峰時的電力需求從而降低電網的運行成本；同時用戶也可以通過查詢相應的用電信息，選擇不同的用電方案，并配合家用智能化電器終端實現人性化的用電，因此用戶將成為電力系統中不可分割的一部分。

總的來說，傳統電網只是單方面的進行電力傳輸，既不考慮資源是否被合理利用，也不考慮運行的風險的大小，難免造成資源浪費以及系統大規模癱瘓的情況發生。而智能電網可以將各個節點與用戶的信息、資源進行整合，實現對整個系統運行情況的實時監控與調整，使用電方與供電方可以無障礙溝通，最終實現整個電網安全、高效、穩定、環保的運行。

3 智能電網發展問題及對策

目前智能電網還未形成成熟的技術體系，也沒有出臺相應的較為完善的行業規章制度，其未來的發展存在著諸多不確定性。建成一個安全的、智能的、環保的智能電網需要漫長的時間，在這個過程中需要持續地研發技術并不斷地完善電網體系。以下是未來發展智能電網可能面臨的問題。endprint

智能電網需要大量的傳感設備以及多功能新型電表，從而實現對系統的實時的監控及反饋。這些設備必須滿足在極端環境中能長時間穩定工作的性能要求。這就需要大量的研究人員對高等材料、精密元件進行大量的研究，以滿足智能電網在硬件方面的需求。

智能電網在運行中會采集并記錄十分龐大的數據資料，能否妥善保管并且合理利用這些數據是能否發揮智能電網的優越性的關鍵。因此必須找到能夠合理使用海量數據的運行方法，并且基于這些數據及方法開發出功能強大的控制系統，從而大大提高智能電網的運行效率。

智能電網在未來的發展過程中會不斷趨于數字化、智能化，這就大大增加了電網系統被惡意攻擊及隱私泄露的幾率。智能電網在未來的預想是用智能系統完全取代人工操作。若電網在運行過程中遭受惡意襲擊，整個系統可能發生的癱瘓以及后續過長的修復時間和可能的大量人力介入都是亟待解決的問題。另外，信息的大量記錄會伴隨著信息泄露的可能。如果用戶的個人信息被泄露，他人會根據用電信息判斷出用戶的行為及個人喜好，這些信息對電力供應商及電網的規劃人員都具有重要價值。這就需要系統開發者對電網的安全性進行正確的評估，制定緊急事件應對方案，并及時對電網的安全系統進行升級。

智能電網需要大量特高壓、智能化的設施，這可能會導致電力設備產能過剩和重復建設。中國電器工業協會統計中報道，國內500KV、220KV，110KV以及以下變壓器總產能在30億KVA左右[1]，而市場年需求量目前不會超過13億KVA。材料表明，中低端設備產量過多的問題已經凸顯出來了。如何在建設智能電網的過程中合理地引導資產的投資方向，是國家需要面對的重大問題。

智能電網在運行過程中用戶也需要積極地進行數據反饋，這就意味著用戶本身也必須具有一定的環保、自主意識。智能電網擁有開放式雙向通信的系統，保證了用電方與供電方的無障礙溝通，能夠共同控制智能電網。如果用戶在用電過程中不能夠積極的配合系統進行調控，就無法對資源進行合理利用，電網也無法實時對城市用電進行合理調控，智能電網的優越性就無法充分體現。

智能電網相關產業并沒有明確的行業行規，也缺乏相關的法律文件，但是否需要快速的出臺相關文件，什么時候發布等問題需要慎重考慮。如果不出臺相關文件，難保發生生產的硬件設備不符合實際要求，開發的應用程序契合度不夠高等情況，導致整個電網內部良莠不齊；如果過早的頒布文件，則有可能限制相關技術的創新與發展。這就需要管理部門合理評估產業的發展情況，合理的做出相關決策[1]。

另外，建設完善的智能電網需要全面的技術，需要各個國家竭誠合作。智能電網所設計的技術之多，覆蓋的范圍之廣是難以想象的，僅憑一個國家的力量所創造出的智能電網難免存在漏洞。就需要各個國家相互配合，取長補短，共同完成對各個地區智能電網的建設。

4 結語

智能電網的研發幾乎涵蓋了目前所有正蓬勃發展的新興產業，包括計算機、新能源、電子信息、通訊技術、系統控制技術等高新技術領域，可以想見的是未來智能電網有可能像之前興起的國際互聯網一樣[3]，又一次對各個行業產生不可預估的深遠影響，甚至可能引發能源系統新一輪產業轉型。未來智能電網在無人化、信息化、智能化的方向會不斷進行技術突破和結構革新，智能電網所覆蓋的范圍也將逐漸擴大。我國的相關電力部門應當盡快制定相應的行業制度或技術法規，并且電氣企業應當投入力量進行相應的創新技術研發，使得我國的智能電網發展能夠處在世界前列。

參考文獻

[1]陸嬌，江洪波.智能電網發展潛在負面效應分析及對策[J].電力與能源，2013，（1）：13-17.

[2]李興源，魏巍，王渝紅，穆子龍，顧威.堅強智能電網發展技術的研究[J].電力系統保護與控制，2009，（37）：1-7.

[3]余貽鑫，欒文鵬.智能電網述評[J].中國電機工程學報，2009，（34）：1-8.

[4]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，沈杰.智能電網技術綜述[J].電網技術，2009，（8）：1-7.

[5]王立謙，朱清明.淺談智能電網的現狀與發展[J].黑龍江科技信息，2011，（19）：36.endprint