智能電網(wǎng)的概念及基本特征

【發(fā)展智能電網(wǎng)的背景】

電網(wǎng)是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要的基礎設施，然而，近些年來，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的客觀環(huán)境正在發(fā)生著巨大的變化。電網(wǎng)負荷快速的增長，大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)初步形成，電力市場運行因素對電網(wǎng)運行的影響日益顯現(xiàn)，加之受全球氣候變化的影響，極端氣候環(huán)境對電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作提出了很多的新挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)并沒有一個確定的概念，需要根據(jù)實際情況賦予新的含義。

【什么是智能電網(wǎng)】

智能電網(wǎng)是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡 ，其中的每一個用戶和節(jié)點都得到實時監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一點上的電流和信息的雙向流動。智能電網(wǎng)通過廣泛的應用分布式智能和寬帶通信，以及自動控制系統(tǒng)的集成，保證市場交易的實時進行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動。

【智能電網(wǎng)的特點】

盡管各國根據(jù)自身的國情對智能電網(wǎng)建設有著不同的重點和目標，但是智能電網(wǎng)建設的驅(qū)動都是基于市場、安全、電能質(zhì)量和環(huán)境因素，其特征可歸結(jié)為：自愈、兼容、交互、協(xié)調(diào)、高效、優(yōu)質(zhì)、集成。

【智能電網(wǎng)的發(fā)展歷史】

1.2006年，美國IBM公司提出的"智能電網(wǎng)"解決方案；

2.奧巴馬上任后提出的能源計劃；

3.我國能源專家武建生提出的"互動電網(wǎng)"。

智能電網(wǎng)是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡，其中的每一個用戶和節(jié)點都被實時監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間每一點上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應用分布式智能、寬帶通信以及自動控制系統(tǒng)的集成，智能電網(wǎng)保證了市場交易的實時進行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動。從技術角度講，智能電網(wǎng)有3個層面的含義：首先是利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控；然后將獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行收集、整合；最后通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理。

中國智能電網(wǎng)

發(fā)展歷程

堅持智能電網(wǎng)的發(fā)展，可以使電網(wǎng)功能逐步擴展到促進能源資源優(yōu)化配置、保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、提供多元開放的電力服務、推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等多個方面，意義重大。

智能電網(wǎng)產(chǎn)生的巨大效益

作為我國重要的能源輸送和配置平臺，智能電網(wǎng)從投資建設到生產(chǎn)運營的全過程都將為國民經(jīng)濟發(fā)展、能源生產(chǎn)和利用、環(huán)境保護等方面帶來巨大效益。

1. 在電力系統(tǒng)方面：可以節(jié)約系統(tǒng)有效裝機容量；降低系統(tǒng)總發(fā)電燃料費用；提高電網(wǎng)設備利用效率，減少建設投資；提升電網(wǎng)輸送效率，降低線損。

2. 在用電客戶方面：可以實現(xiàn)雙向互動，提供便捷服務；提高終端能源利用效率，節(jié)約電量消費；提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量。

3. 在節(jié)能與環(huán)境方面：可以提高能源利用效率，帶來節(jié)能減排效益；促進清潔能源開發(fā)，實現(xiàn)替代減排效益；提升土地資源整體利用率，節(jié)約土地占用。

4.其他方面：可以帶動經(jīng)濟發(fā)展，拉動就業(yè)；保障能源供應安全；變輸煤為輸電，提高能源轉(zhuǎn)換效率，減少交通運輸壓力。

智能電網(wǎng)的發(fā)展歷程

智能電網(wǎng)在我國的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下三個發(fā)展階段：

1. 第一階段為規(guī)劃試點階段(2009—2010年)：重點開展堅強智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術標準和管理規(guī)范，開展關鍵技術研發(fā)和設備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點工作。

2. 第二階段為全面建設階段(2011—2015年)：加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務體系，關鍵技術和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應用。

3. 第三階段為引領提升階段(2016—2020年)：基本建成堅強智能電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平、運行效率，以及電網(wǎng)與電源、用戶之間的互動性顯著提高。

上述三個階段是為實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)建設目標做出的整體性安排，并不能截然分開。技術研發(fā)、設備研制、試點驗證、標準完善和推廣應用等工作將貫穿始終。針對不同階段的建設需求，將陸續(xù)安排新的技術研究和工程試點項目，待成熟后統(tǒng)一組織推廣應用。

中國智能電網(wǎng)的發(fā)展方向

智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎上，通過集成新能源、新材料、新設備和先進傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術，形成的新一代電力系統(tǒng)，具有高度信息化、自動化、互動化等特征，可以更好地實現(xiàn)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟、高效運行。

智能電網(wǎng)

發(fā)展智能電網(wǎng)是實現(xiàn)我國能源生產(chǎn)、消費、技術和體制革命的重要手段，是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎。

發(fā)展智能電網(wǎng)，有利于進一步提高電網(wǎng)接納和優(yōu)化配置多種能源的能力，實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費的綜合調(diào)配；

有利于推動清潔能源、分布式能源的科學利用，從而全面構(gòu)建安全、高效、清潔的現(xiàn)代能源保障體系；

有利于支撐新型工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化建設，提高民生服務水平；

有利于帶動上下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)我國能源科技和裝備水平的全面提升。

發(fā)展目標

2015年7月6日，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《關于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》明確了智能電網(wǎng)的定義和發(fā)展智能電網(wǎng)的重要意義。

《意見》指出了智能電網(wǎng)的發(fā)展目標，即到2020年，初步建成安全可靠、開放兼容、雙向互動、高效經(jīng)濟、清潔環(huán)保的智能電網(wǎng)體系，滿足電源開發(fā)和用戶需求，全面支撐現(xiàn)代能源體系建設，推動我國能源生產(chǎn)和消費革命；帶動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成有國際競爭力的智能電網(wǎng)裝備體系。

此外，《意見》還為智能電網(wǎng)的各項功能分別提出了發(fā)展目標：實現(xiàn)清潔能源的充分消納；提升輸配電網(wǎng)絡的柔性控制能力；滿足并引導用戶多元化負荷需求。

《意見》還提出智能電網(wǎng)建設的十大任務，即建立健全網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展和運營機制，全面提升電源側(cè)智能化水平；增強服務和技術支撐，積極接納新能源；加強能源互聯(lián)，促進多種能源優(yōu)化互補；構(gòu)建安全高效的信息通信支撐平臺；提高電網(wǎng)智能化水平，確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行；強化電力需求側(cè)管理，引導和服務用戶互動；推動多領域電能替代，有效落實節(jié)能減排；滿足多元化民生用電，支撐新型城鎮(zhèn)化建設；加快關鍵技術裝備研發(fā)應用，促進上下游產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展；完善標準體系，加快智能電網(wǎng)標準國際化。

電網(wǎng)

智能電網(wǎng)的關鍵技術概況介紹

智能電網(wǎng)的發(fā)展越來約收到社會的關注和重視，主要關鍵技術如下：

建立堅強、靈活的網(wǎng)絡拓撲

堅強、靈活的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是未來智能電網(wǎng)的基礎。我國能源分布與生產(chǎn)力布局很不平衡，為了緩解此現(xiàn)狀所帶來的不利影響，我國開展了特高壓聯(lián)網(wǎng)工程、直流聯(lián)網(wǎng)工程、點對點或點對網(wǎng)送電等工程的實施建設。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大、互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性與脆弱性問題越來越嚴重，對主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設計要求也相應地提高。

實現(xiàn)開放、標準、集成的通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)的發(fā)展對網(wǎng)絡安全提出了更高的要求，智能電網(wǎng)需要具有實時監(jiān)視和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)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(jīng)發(fā)生的擾動做出響應的能力。

配備高級的電力電子設備

現(xiàn)代電力系統(tǒng)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(shù)字控制技術，包括可控硅并聯(lián)電抗器、多功能固態(tài)開關、智能電子裝置、靜止同步補償器、有源濾波器、動態(tài)電壓恢復器、故障電流限制器以及高壓直流輸電所用裝置和配網(wǎng)用的柔性輸電系統(tǒng)裝置等。

智能調(diào)度技術和廣域防護系統(tǒng)

調(diào)度智能化的最終目標是建立一個基于廣域同步信息的網(wǎng)絡保護和緊急控制一體化的新理論與新技術，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)元件保護和控制、區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)、緊急控制系統(tǒng)、解列控制系統(tǒng)和恢復控制系統(tǒng)等具有多道安全防線的綜合防御體系智能化調(diào)度的核心是在線實時決策指揮，目標是災變防治，實現(xiàn)大面積連鎖故障的預防。

高級讀表體系和需求的側(cè)管理

智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一。電網(wǎng)的智能化首先需要電力供應機構(gòu)精確得知用戶的用電規(guī)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(wǎng)建設，一般以構(gòu)建高級量測體系為切入點。同時，高級讀表體系為電力系統(tǒng)提供了系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)對諸如遠程監(jiān)測、分時電價和用戶側(cè)管理等更快和更準確的系統(tǒng)響應，構(gòu)建智能化的用戶管理與服務體系，實現(xiàn)電力企業(yè)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(xiàn)代化運行。

高級配電自動化

高級的配電自動化將包含系統(tǒng)的監(jiān)視與控制、配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互。為此，高級的配電自動化需要更復雜的控制系統(tǒng)：①系統(tǒng)全部元件必須在一個開放式的通信體系結(jié)構(gòu)內(nèi)并具有協(xié)同工作能力；②將使用經(jīng)由分布式計算的局部分布式控制；③使用傳感器、通信系統(tǒng)和分布式的計算主體，對電力交換系統(tǒng)的擾動快速做出反應，以使其影響最小化。

可再生能源和分布式能源的接入

分布式能源包括分布式發(fā)電和分布式儲能，其中分布式發(fā)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(fā)電技術、風力發(fā)電技術、生物質(zhì)能發(fā)電技術、海洋能發(fā)電技術、地熱發(fā)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。

在我國，風能、太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方式是在沙漠、戈壁灘等偏遠的地區(qū)，但其在地理位置上分布不均勻，易受天氣影響，而且具有波動性和間歇性的特點，會對可靠供電造成沖擊，當?shù)仉娋W(wǎng)無法適應可再生能源集中開發(fā)和利用，這就需要解決風能、太陽能等可再生能源大規(guī)模開發(fā)的間歇性、不確定性問題，保證電力的規(guī)模接入和遠距離送出，這將是接入各種可再生能源電源和分布式能源電源面臨的一大挑戰(zhàn)。

中國智能電網(wǎng)發(fā)展的進展情況簡介

背景

進入21世紀以來，在經(jīng)濟發(fā)展低碳化、能源利用清潔化的大背景下，新一輪的能源變革在世界范圍內(nèi)蓬勃興起，智能電網(wǎng)發(fā)展方興未艾，成為世界各國開發(fā)利用清潔能源、應對氣候變化、保障能源安全的戰(zhàn)略選擇。

中國政府高度重視智能電網(wǎng)發(fā)展，連續(xù)兩年將發(fā)展智能電網(wǎng)寫入政府工作報告，并在《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》中明確指出：“發(fā)展特高壓等大容量、高效率、遠距離先進輸電技術，依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網(wǎng)建設。”發(fā)展特高壓和智能電網(wǎng)，已成為國家能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

國家電網(wǎng)公司堅持以科學發(fā)展為主題、以轉(zhuǎn)變發(fā)展方式為主線，準確把握中國能源資源和能源需求逆向分布的基本國情，于2009年5月率先提出了建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標，經(jīng)過幾年的探索實踐，取得了重要成果。

成果一

一是形成了完整的堅強智能電網(wǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃體系。實施“一特四大”戰(zhàn)略，是解決我國能源發(fā)展深層次問題、從根本上緩解煤電運緊張矛盾的戰(zhàn)略措施。創(chuàng)造性地將“堅強”與“智能”相融合，明確了建設以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標。編制了堅強智能電網(wǎng)規(guī)劃綱要以及電網(wǎng)智能化、配電網(wǎng)、通信網(wǎng)、信息網(wǎng)等專項規(guī)劃。按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標準、試點先行、整體推進的建設原則，全面推進堅強智能電網(wǎng)建設。

向家壩—上海特高壓直流示范工程

二是成功建設了特高壓交流、直流示范工程。自主建設了世界上電壓等級最高、輸電能力最強、技術水平最先進的晉東南—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程和±800千伏向家壩—上海特高壓直流示范工程，分別于2009年1月和2010年7月正式投運，一直保持安全可靠運行。特高壓交流試驗示范工程榮獲“新中國成立六十周年經(jīng)典工程”“國家優(yōu)質(zhì)工程金質(zhì)獎”和“中國工業(yè)大獎”等重要獎項。

上海世博園智能電網(wǎng)

三是系統(tǒng)開展了智能電網(wǎng)工程項目試點。目前開展的三批29類共287項智能電網(wǎng)試點項目涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度、通信信息所有環(huán)節(jié)，在世界范圍內(nèi)建設規(guī)模最大、應用領域最廣、推進速度最快。目前，已竣工127項，新建或改造了18座智能變電站，用電信息采集系統(tǒng)提前進入全面推廣階段，實現(xiàn)自動采集5451萬戶。結(jié)合我國實際提出了現(xiàn)階段以換電為主、插充為輔，集中充電、統(tǒng)一配送的電動汽車充換電運營模式，環(huán)渤海、長三角兩個區(qū)域的跨城際智能充換電服務網(wǎng)絡正在建設，上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程建成投運。國家級風光儲輸示范項目、中國與新加坡戰(zhàn)略性合作項目天津生態(tài)城綜合示范工程正在加快建設。智能小區(qū)、光纖入戶、直升機智能巡檢等項目也取得重要進展。

四是構(gòu)建了功能齊全、技術領先的試驗研究體系。建成特高壓交流、直流、高海拔、工程力學4個試驗基地，大電網(wǎng)仿真、直流成套設計2個研發(fā)中心，以及大型風電并網(wǎng)系統(tǒng)、太陽能發(fā)電、智能用電技術3個國家級的研發(fā)（試驗）中心。

五

五是實現(xiàn)了關鍵技術和設備的創(chuàng)新突破。依托自主創(chuàng)新，成功研制了大容量變壓器、6英寸晶閘管等大批特高壓關鍵設備和元器件，已獲授權(quán)專利441項，發(fā)布企業(yè)標準135項，在特高壓領域?qū)崿F(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領”。在智能電表、大容量儲能電池、可再生能源接入、風電機組低電壓穿越技術研究和設備研制等方面取得了一批重大成果。率先編制并發(fā)布《智能電網(wǎng)技術標準體系規(guī)劃》和《智能電網(wǎng)關鍵設備研制規(guī)劃》，構(gòu)建了系統(tǒng)的技術標準體系框架，發(fā)布企業(yè)標準129項。

六

六是提升了公司國際影響力和競爭力。國家電網(wǎng)公司發(fā)展特高壓和智能電網(wǎng)取得的理論和實踐成果得到了國際組織和同行的高度肯定和廣泛認同。公司在堅強智能電網(wǎng)方面的技術優(yōu)勢已經(jīng)成為實施“走出去”戰(zhàn)略的核心優(yōu)勢，不僅提升了公司在世界能源和電力領域的地位和影響力，帶動了民族裝備制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，而且促進了我國國際形象的提升。