淺析智能電網系統的發展與市場前景

李芝平 唐占發 甘肅省白銀市國網白銀供電公司

一、引言

信息時代建設背景下，智能電網系統在我國問世后得到了社會各界的一致好評。智能電網系統組建成本較低，通過控制總臺的集中化數據分析與處理過程，不但可利用大數據實現對用戶用電量的變化趨勢預估，也可降低基層電力工作人員的工作難度，不但省去了抄表員需挨家挨戶抄電表度數的麻煩，還規避了記錄數據錯誤而給用電客戶帶來的不必要經濟損失，通過高度可視的軟件系統，用戶端可直接了解用電情況，也可完成一站式繳費、報修服務，利用交互式數據通信技術，讓用戶的用電體驗切實提升，但仍需用戶直面和電力服務提供者面對的問題依然存在，這與日益增長的自動化用電需求相矛盾，故可通過探究未來智能電網系統發展趨勢和行業前景方式，切實有效提升電力部門的服務能力和問題解決效率。

二、智能電網的優勢

智能電網是電網智能化的簡稱，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，主要包括分布式發電和并網技術，建立成一個完整的電力系統，具有調節可控、智能分析、電能質量高等優點，能夠為日漸增長的電能需求服務，同時減少投資成本，提高用戶收益。智能電網是整體性的概念，它由智能變電站、智能交互終端、智能調度、新型儲能系統等構成，隨著5G時代的到來，其發展方向愈發寬泛，一旦覆蓋全球，將衍生出更多的相關產品，促進其它行業受益的同時，也將推動智能電網的發展。智能電網和傳統配電網相比具備以下優勢：智能配電網具備較強的自愈能力，在使用時能解決供電不穩定的問題；智能電網的安全性較高，在使用時能更好抵抗自然災害，在出現電力系統故障時能更好規避停電問題；支持分布式電源的大量接入，也能實現可再生能源的隨插隨用；支持用戶間的互動交流，根據用戶的電量使用情況來分階梯的收費；能實現對配電網的可視化管理，在配電網運行過程中可全面收集整理電網設備的數據信息，并對配電網的運行狀態進行在線監督和風險防控分析。

三、智能電網的發展現狀

隨著“十三五計劃”收官之年的到來，智能電網的關鍵技術的日益成熟，在電網的運行及控制方面，中國具有“統一調度”的社會主義體制優勢和深厚的運行、維護技術積累，電網的調度能力及水準已達到國際一流。在發電環節能夠將水能、潮汐能、風能及太陽能等可循環使用的可再生能源發電站連接并入傳統的電網系統之中，在輸電環節擁有超高壓和特高壓的直流、交流輸電技術，在變電環節擁有以智能自動化、集成化、數字信息化為特點且處于國際領先地位的智能變電站，在配用電環節掌握了配電自動化系統技術、分布式電源接入與微電網技術等。隨著中國智能電網十數年的快速發展，中國智能電網取得了令全世界矚目的成就，電網終將建設成具有堅強、智能兩大特征的國家電網乃至世界電網。

四、智能電網的關鍵技術

（一）柔性直流輸電技術

在傳統電網建設時期，由于技術及設備的落后，在輸電配電環節只能采用交流電的配電方案，隨著直流技術的發展及直流輸電具有穩定性、經濟性及低損耗等優點，直流輸配電方案絕對是具有發展潛力的配電方式。柔性直流輸電技術是繼交流輸電技術和常規直流輸電技術之外的輸電技術，柔性直流輸電技術是以電壓源換流器為核心，并且是目前可控性、適應性都極優秀的輸電技術。這項技術對智能電網的建設至關重要。

（二）智能設備的在線監測

近年來，傳感器技術快速發展，將傳感器應用于智能變電站的各類電器一次設備的在線監控已經能夠實現。智能變電站的實時監控不僅能夠監控各種電氣設備的狀態，還能根據大數據對電氣設備綜合評估并預防事故的發生。例如對斷路器的和監控，不但能夠監控斷路器內部的其他的密度及其密封性，還能夠實時監測斷路器內部觸頭構的機械損耗情況。

（三）自愈控制技術

智能電網的自愈控制技術指的是通過利用當前能調用的所有電網資源，了解電網運行狀態，并分析判斷當前電網是否存在運行隱患，對于正常運行的電網適時采用優化策略，而對于非正常狀態運行下的電網及時進行檢修等措施，對于可能產生的干擾現象進行遏制，減少人工操作，從而實現配電網擾動以及線路故障的影響最小化。

（四）電能質量技術的應用

在國際研究領域中，電能質量技術一直以來都是各國技術人員重點攻克的對象。在目前的應用過程中，電能質量技術的應用需要在電網系統中建立完善的電能質量評估方法以及等級的劃分體系，然后結合電網系統的實際運行特點從供電使用的接口進行經濟性的分析，對內和對外建立起內部技術等級評估體系與用戶經濟性評估體系，從而保證電網系統在運行的過程中能夠保持最優化的經濟方式運行。在目前我國電網系統的運行過程中，電能質量技術主要有電氣化鐵道平衡供電技術、連續調諧波濾波器關鍵技術、直流有源濾波器相關技術等，而且在我國大多數的電網建設中，統一電能質量控制器也基本上被應用，該設備能夠對電網系統中的重要用戶的電能質量進行保護，而且還在線路中加裝了蓄電池來實現電量的充放電過程，這樣可以對電網的供電情況進行有效地調節，從而保證電力系統的良好經濟效益。

（五）能量轉換技術的應用

在未來的發展過程中，可持續發展觀念已經成為各行各業發展的主要指導思想，在電網建設過程中也應當嚴格地遵循這一思想，保證能源的節約與充分利用。在可持續性的發展理念中，能量轉換技術的創新是其最主要的核心內容之一，太陽能、生物能、光能等利用是當前能量轉換領域中研究的重點，我國一直以來對這些領域也進行了深入的研究，到目前為止，風力發電機組變流器控制技術已經被廣泛地應用各種風力發電廠之中，在目前的研究領域中，我國主要集中力量來研究風電場的并網技術，與國外的研究成果相比，我國有關于能量轉換技術的研究依然還處于初級階段中，一些技術方面的論證還需要繼續進行。在電網建設過程中，能量轉換技術在風能、太陽能等可再生資源的利用以及大規模間歇性電源與微網等需要實現并網運行，因此，能量轉換技術也必須實現該領域中的應用，同時建立起合理的電源結構和布局，從而有效地提升太陽能、風能等可再生資源的能量轉換技術，在我國電力系統中構建出堅強的實體電網，進一步地優化電網的資源優化配置能力。

（六）精準負荷控制

在進行電力負荷控制的過程中，需要事先準確設定電網所能承受的電力負荷。當電網發生超負荷時，可借助報警裝置自動跳閘，從而對線路進行保護，是電網系統管理的重要方式。在傳統的電網管理過程中，由于信息通信效率低，一旦發現用電負荷超標，就需要切斷整個配電線路，嚴重影響用戶的正常生活。隨著電力企業對用電負荷的精確控制越來越準確，用戶可以避免過負荷用電的影響。在精確的負荷控制作用下，當發生過載時，可通過及時切斷充電樁或不連續供電來降低充電量，從而有效降低因電力負荷過大造成的損失。在正常情況下，信息通信技術可以有效地幫助企業快速發現故障源，使電網系統穩定運行。因此，精準負荷控制技術對于我國智能電網的發展有著重要的促進作用。

智能電網系統在經過長期發展后，在看到早期出現的半自動化系統讓部分人工操作得以免除后，電力部門的工作效率和服務質量得到了顯著提升。以電力搶修過程為例，過去在出現突發性險情時，多借助用戶撥打報修電話或來到線下營業廳告知等形式完成報修登記工作，整個過程不但費時費力，往往還需檢修部門在后臺接到請求后完成與報修用戶的信息核對工作，早期半自動化系統仍未解決最棘手的效率問題，因此曾一度被人詬病。

智能電網系統作為近年來的一大熱門研究方向不但吸引了無數科研人員的注意，我國相關技術的飛速發展也讓全世界為之矚目與贊嘆，伴隨科技強國工程的建設，未來智能電網系統的應用面也必將進一步深化。以智能充電系統為例，在本文論述物聯網和區塊鏈兩種技術為背景的電網系統后，我國部分地區的電動汽車推廣力度仍需進一步加強。

部分地區存在“有車無樁”等問題后，在相關電力部門和地方政府的積極響應下，為節能減排考慮不但有效出臺了各項新能源汽車優惠購置政策，還結合本地實際情況適當加密充電樁的設置，且充電樁對環境的要求較低，即便在我國嚴寒地區也可良好工作，但部分新能源汽車在接入國家電網的充電插口后曾存在反應慢或計費效率低等問題，還需未來進一步解決。智能電網系統組建成本低、應用范圍廣的特點不但得到了社會各界的廣泛支持認可，其系統還擁有我國獨享的各項專利。

智能電網系統在作為一大朝陽產業吸引無數科研人員研究的同時，高校電氣自動化等相關專業的開課深度也在隨著智能電網系統的發展而不斷深入，不但與時俱進開設了一批與實際應用場景契合度高、易上手理解的專業課程，部分地區智能電網系統的建設速度也不可想象，但現階段受限于部分汽車生產廠家新能源汽車制造與售后保養服務的不完善，新能源汽車在充電時的充電速度仍有一定提高空間，且部分地區仍存在計費錯誤或計費后充電系統不工作等問題，都需經過多次內部系統迭代后，才得以讓相關系統實現人們預期的各項新功能并具有良好穩定性，不但讓新能源汽車的充電難問題得以解決，還將提升新能源車主在充電時的體驗感，有效提升服務質量。

一般基于區塊鏈的電網管理系統存在數據存儲功能、交互網絡功能、電網功能、應用功能、組織管理功能，其中數據存儲功能對所有相關數據進行高效加密存儲，確保用戶用電信息的安全保密，并不易被無關人員查看。每組數據都被用區塊的形式打包處理，且鏈表的指向是唯一的，數據內部結構的嚴密也讓數據存儲過程高效安全；交互網絡功能內部包含通信的各項協議，在執行通信過程時節點也將工作，在傳輸期間通過管理員的設置將目標節點高效指向，進而在交換數據時利用區塊優勢發現網絡內的所有可連接節點，進行數據傳輸過程；電網功能則對電網所屬的電表和發電機高效連接；應用功能對各項規章制度進行存儲，內部對程序基本規則和相關文件內容保存在對應數據節點上，并通過對應語句代碼操作完成共識節點的執行過程；組織管理功能則對區塊鏈內的所有組織結構提供管理協議，在節點不能完成獨立運算以實現各項功能的同時，利用共識協議的計算優勢解決實際運算期間存在的錯誤。

在消費者利用區塊鏈系統加密簽訂合約時，首先由系統調用對應位置節點完成對合約的部署過程，后通過建立彼此關系，計算對應客戶的用電金額等形式，將對應計算結果保存到數據單元內，并通過電網功能的數據交互完成消費者與電力交易部門的一次信息交互。目前可將相關區塊鏈技術應用到電子合約的簽訂過程中，因相關文件協議具有極高的加密性，不但不易被外界獲取信息內容，在相關客戶安全意識較強的前提下，用戶的數據安全性將得到良好保障，物聯網條件的智能電網系統之缺點在區塊鏈技術背景下被得以解決，不但有效保證了交易期間的數據安全與高度集成智能化，數據的各項操作計算過程也具有極高的安全性，未來還可將區塊鏈技術在5G 相關產業的加推下，進一步完成對手機應用的信息加密，讓信息安全的愿景得以變成現實。

五、結束語

智能電網是電力系統發展過程中產物，智能電網貫穿經濟、能源、生活、國家安全等諸多方面，是社會穩定的重要基石之一，同時智能電網的建設過程中也會遇到極強的挑戰，智能電網的建設不僅能夠把清潔能源的發電并入電網，而且能夠為變電、輸電、配電及用電過程提供數字化、自動化、互動化等便利；未來的電力系統能源消耗結構清潔能源占比不斷加大；整個電力系統的運轉平穩、安全，處理電力系統故障精確、方便、快捷。