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摘要：阐述了智能电网的内涵和特点，总结了智能电网技术的国内外研究现状以及发展智能电网对中国的重要意义，分析了我国发展智能电网的条件，介绍了智能电网的关键技术和功能，最后对我国在智能电网发展中所面临的机遇和挑战作了论述。
关键字：智能电网；智能调度；需求侧管理；分布式发电
0 引言
20 世纪人类取得的最伟大的技术成就是电气化。从19世纪末至今，电力在人类发展的进程中无处不在，电能成为人类不可或缺的二次能源。然而，虽然电力系统从诞生之日起一直在不断的发展，传统的电力系统却面临越来越多的挑战，尤其在全球环境状况急需改善，新能源的开发不断发展的今天，为实现可持续发展，全球各国都将“智能电网”的研究与建设作为 21 世纪的发展方向，但总体来说， 我国目前仍处于被动的跟踪阶段，并没有形成明确的建设思路。本文通过对智能电网概念、特点、结构等的浅析，引用国外的例证，指出智能电网是经济和技术展的必然结果。
1. 智能电网的概念
1.1 智能电网的含义
智能电网并没有一个确定的概念，各个领域的专家从不同角度阐述了智能电网的内涵，并且随着研究和实践的深入对其不断细化。天津大学余贻鑫院士给出如下定义[1]：智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛应用的分布式智能和宽带通信，以及自动控制系统的集成，能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。
根据 IBM 中国公司高级电力专家 MartinHauske 的解释，智能电网有 3 个层面的含义[2]：首先是利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控；然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合；最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。
埃森哲认为，智能电网利用传感、嵌入式处理、数字化通信和 IT 技术，将电网信息集成到电力公司的流程和系统，使电网可观测（能够监测电网所有元件的状态）、可控制（能够控制电网所有元件的状态）和自动化（可自适应并实现自愈），从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。
总之，智能电网就是通过传感器把各种设备、资产连接到一起，形成一个客户服务总线，从而对信息进行整合分析，以此来降低成本，提高效率，提高整个电网的可靠性，使运行和管理达到最优化。
1.2 智能电网的特点
根据相关文献，智能电网的特点如下：
1）自愈和自适应。实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。
2）安全可靠。更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。
3）经济高效。优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。
4）兼容。既能适应大电源的集中接入，也支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。
2 建设智能电网对我国具有重要意义
受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图[3]。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家电设备智能化。以智能电网的建设促进优化企业管理、全面节能减碳，确实是值得参考的做法。目前，智能电网在国外先进电网企业的实施和应用已经为企业带来了卓著的价值回报[4]。意大利主要电力运营商于2001年安装和改造了3000万台智能电表，建立起智能化计量网络，节省了约 5 亿欧元管理成本，客户服务成本降低 40%以上。《纽约时报》刊文称，美国能源部西北太平洋国家实验室的研究结果表明，仅使用数字工具设定家庭温度及融入价格信息，能源消耗每年可缩减15%。若推广使用需求侧监控系统 20 a，则在建设、维护、运营电厂、变电站和电网方面将节省 700 亿美元，这其中 40%的费用节省于发电，相当于 30个大型燃煤电站无需投建。
可见，智能电网除了能更灵活有效地调配电力供需，还通过利用先进电子电表所提供的实时用电信息来改变用户的用电行为模式，引导用户节约用电，另外也透过差异电价，进一步降低尖峰用电，避免增建电厂的庞大投资。有专家认为中国实施智能电网改造初期投资只需要 3000?5000 亿元，但是其对变压器、智能终端、网络管理技术等行业有较大的拉动作用。如果扩大投资规模，中国将可能成为主导全球互动电网变革的领先国家[5]。根据当前中国电网企业的发展状况和特点，在进行智能电网试点时， 应先重点关注电力生产运行，从条件比较成熟的地域和业务着手，制定适宜的策略和实施步骤，选择适宜的范围或试点。在技术层次上应重点关注生产运行相关数据采集和信息集成/共享，具体包括：
1）在数据采集上，可以结合电网新建和改造，增加对设备状态数据的实时采集，同时充分利用巡检过程记录的数据、设备检修和试验产生的数据、营销系统的部分数据等。通过作业管理与生产管理系统配合建设，有效提高生产业务数据的获取。
2）在信息集成方面，重点关注调度业务信息与生产管理信息的集成，建设调度综合数据平台，实现调度业务相关信息的共享，然后与第三、四安全分区中的生产业务数据集成，为数据分析和优化打下基础。其中模型和信息标准的建立十分关键。 3. 建设智能电网涉及的关键技术
3.1 坚强而灵活的网络拓扑
稳定、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡，无论从当前还是从长远看，要满足经济社会发展对电力的需求，必须走远距离、大规模输电和大范围资源优化配置的道路。特高压输电能够提高输送容量、减少输电损耗、增加经济输电距离，在节约线路走廊占地、节省工程投资、保护生态环境等方面也具有明显优势。因此，发展特高压电网，构建电力“高速公路”成为必然的选择。如何进一步优化特高压和各级电网规划，做好特高压交流系统与直流系统的衔接、特高压电网与各级电网的衔接，促进各电压等级电网协调发展、送端电网和受端电网协调发展、城市电网与农村电网协调发展、一次系统和二次系统协调发展，成需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大，互联大电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越突出，对主网架结构的规划设计要求相应地提高。只有灵活的电网结构才能应对冰灾战争等突发灾害性事件对电网安全的影响。
3.2 开放、标准、集成的通信系统
智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力：既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应能力。智能电网也需要不断整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理平台，从而为电网规划、建设、运行管理提供全方位的信息服务。因此，宽带通信网，包括电缆、光纤、电力线载波和无线通信，将在智能电网中扮演重要角色。智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，这一问题需要格外注意。目前美国 EPRI 的合作伙伴PowerWec、EEI、NERC 以及爱达荷州实验室正致力于信息安全问题的研究。
3.3 高级计量体系和需求侧管理
电网的智能化需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。目前我国的电表只是达到了自动读取，是单方面的交流，不是双方的、互动的交流。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的先进计量系统能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应。将来随着技术的发展，智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。这里涉及到用户门户（customer portal）技术，作为美国Intelligrid 项目的重要研究内容之一，该项研究致力于设计与目前用户使用的提供“非能源服务”的协议相连接的接口。
3.4可再生能源和分布式能源接入
在发展智能电网时，如何安全、可靠地接入各种可再生能源电源和分布式能源电源也是面临的一大挑战。分布式能源包括分布式发电和分布式储能，在许多国家都得到了迅速发展。分布式发电技术包括：微型燃气轮机技术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等。分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。风能、太阳能等可再生能源在地理位置上分布不均匀，并且易受天气影响，发电机的可调节能力比较弱，需要有一个网架坚强、备用充足的电网支撑其稳定运行。随着电网接入风电量的增加，风电厂规划与运行研究对风电场动态模型的精度和计算速度提出了更高的要求。
3.5决策支持和人机接口
现代电网需要专业的、无缝的、实时使用的应用工具，以满足电网操作和管理人员做出快速决策的需要[。决策支持和人机接口技术主要包括可减少大量数据到易于理解的可视格式的可视化工具和系统以及当系统运行人员操作时需提供的多种方案软件系统，还可以用作演示的控制板、先进的控制室设计等等。
4. 结语
由于各个国家能源和用户分布以及电网情况各不相同，各国对智能电网的认识和理解并不统一，但利用现代信息技术、控制技术实现电网的智能化已成为普遍的共识。受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用。中国发展智能电网是一项长期的系统性工程，不仅要涵盖欧、美智能电网的概念和范围，还要加强骨干电网建设，即建立一个以特高压电网为骨干网架的各级电网高度协调发展的智能电网。中国特色的智能电网必将引领国际智能电网的发展潮流。
5 参考文献
[1]余贻鑫，栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，25（1）：7-11.
[2] IBM论坛 2009，点亮智慧的地球[EB/OL].
[3] 谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，41（6）：19-22.Xie Kai，
[4] 陈建民，周健，蔡霖.面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析[J].华东电力，2008，36（11）：37-38.
[5] 王明俊.自愈电网与分布式电源[J].电网技术，2007，31（6）：1-7. [6] 王明俊.突出自愈功能的智能电网[J].动力与电气工程师，2007（2）：12-16.
关键字：智能电网；智能调度；需求侧管理；分布式发电
0 引言
20 世纪人类取得的最伟大的技术成就是电气化。从19世纪末至今，电力在人类发展的进程中无处不在，电能成为人类不可或缺的二次能源。然而，虽然电力系统从诞生之日起一直在不断的发展，传统的电力系统却面临越来越多的挑战，尤其在全球环境状况急需改善，新能源的开发不断发展的今天，为实现可持续发展，全球各国都将“智能电网”的研究与建设作为 21 世纪的发展方向，但总体来说， 我国目前仍处于被动的跟踪阶段，并没有形成明确的建设思路。本文通过对智能电网概念、特点、结构等的浅析，引用国外的例证，指出智能电网是经济和技术展的必然结果。
1. 智能电网的概念
1.1 智能电网的含义
智能电网并没有一个确定的概念，各个领域的专家从不同角度阐述了智能电网的内涵，并且随着研究和实践的深入对其不断细化。天津大学余贻鑫院士给出如下定义[1]：智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛应用的分布式智能和宽带通信，以及自动控制系统的集成，能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。
根据 IBM 中国公司高级电力专家 MartinHauske 的解释，智能电网有 3 个层面的含义[2]：首先是利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控；然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合；最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。
埃森哲认为，智能电网利用传感、嵌入式处理、数字化通信和 IT 技术，将电网信息集成到电力公司的流程和系统，使电网可观测（能够监测电网所有元件的状态）、可控制（能够控制电网所有元件的状态）和自动化（可自适应并实现自愈），从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。
总之，智能电网就是通过传感器把各种设备、资产连接到一起，形成一个客户服务总线，从而对信息进行整合分析，以此来降低成本，提高效率，提高整个电网的可靠性，使运行和管理达到最优化。
1.2 智能电网的特点
根据相关文献，智能电网的特点如下：
1）自愈和自适应。实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。
2）安全可靠。更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。
3）经济高效。优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。
4）兼容。既能适应大电源的集中接入，也支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。
2 建设智能电网对我国具有重要意义
受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图[3]。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家电设备智能化。以智能电网的建设促进优化企业管理、全面节能减碳，确实是值得参考的做法。目前，智能电网在国外先进电网企业的实施和应用已经为企业带来了卓著的价值回报[4]。意大利主要电力运营商于2001年安装和改造了3000万台智能电表，建立起智能化计量网络，节省了约 5 亿欧元管理成本，客户服务成本降低 40%以上。《纽约时报》刊文称，美国能源部西北太平洋国家实验室的研究结果表明，仅使用数字工具设定家庭温度及融入价格信息，能源消耗每年可缩减15%。若推广使用需求侧监控系统 20 a，则在建设、维护、运营电厂、变电站和电网方面将节省 700 亿美元，这其中 40%的费用节省于发电，相当于 30个大型燃煤电站无需投建。
可见，智能电网除了能更灵活有效地调配电力供需，还通过利用先进电子电表所提供的实时用电信息来改变用户的用电行为模式，引导用户节约用电，另外也透过差异电价，进一步降低尖峰用电，避免增建电厂的庞大投资。有专家认为中国实施智能电网改造初期投资只需要 3000?5000 亿元，但是其对变压器、智能终端、网络管理技术等行业有较大的拉动作用。如果扩大投资规模，中国将可能成为主导全球互动电网变革的领先国家[5]。根据当前中国电网企业的发展状况和特点，在进行智能电网试点时， 应先重点关注电力生产运行，从条件比较成熟的地域和业务着手，制定适宜的策略和实施步骤，选择适宜的范围或试点。在技术层次上应重点关注生产运行相关数据采集和信息集成/共享，具体包括：
1）在数据采集上，可以结合电网新建和改造，增加对设备状态数据的实时采集，同时充分利用巡检过程记录的数据、设备检修和试验产生的数据、营销系统的部分数据等。通过作业管理与生产管理系统配合建设，有效提高生产业务数据的获取。
2）在信息集成方面，重点关注调度业务信息与生产管理信息的集成，建设调度综合数据平台，实现调度业务相关信息的共享，然后与第三、四安全分区中的生产业务数据集成，为数据分析和优化打下基础。其中模型和信息标准的建立十分关键。 3. 建设智能电网涉及的关键技术
3.1 坚强而灵活的网络拓扑
稳定、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡，无论从当前还是从长远看，要满足经济社会发展对电力的需求，必须走远距离、大规模输电和大范围资源优化配置的道路。特高压输电能够提高输送容量、减少输电损耗、增加经济输电距离，在节约线路走廊占地、节省工程投资、保护生态环境等方面也具有明显优势。因此，发展特高压电网，构建电力“高速公路”成为必然的选择。如何进一步优化特高压和各级电网规划，做好特高压交流系统与直流系统的衔接、特高压电网与各级电网的衔接，促进各电压等级电网协调发展、送端电网和受端电网协调发展、城市电网与农村电网协调发展、一次系统和二次系统协调发展，成需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大，互联大电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越突出，对主网架结构的规划设计要求相应地提高。只有灵活的电网结构才能应对冰灾战争等突发灾害性事件对电网安全的影响。
3.2 开放、标准、集成的通信系统
智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力：既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应能力。智能电网也需要不断整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理平台，从而为电网规划、建设、运行管理提供全方位的信息服务。因此，宽带通信网，包括电缆、光纤、电力线载波和无线通信，将在智能电网中扮演重要角色。智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，这一问题需要格外注意。目前美国 EPRI 的合作伙伴PowerWec、EEI、NERC 以及爱达荷州实验室正致力于信息安全问题的研究。
3.3 高级计量体系和需求侧管理
电网的智能化需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。目前我国的电表只是达到了自动读取，是单方面的交流，不是双方的、互动的交流。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的先进计量系统能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应。将来随着技术的发展，智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。这里涉及到用户门户（customer portal）技术，作为美国Intelligrid 项目的重要研究内容之一，该项研究致力于设计与目前用户使用的提供“非能源服务”的协议相连接的接口。
3.4可再生能源和分布式能源接入
在发展智能电网时，如何安全、可靠地接入各种可再生能源电源和分布式能源电源也是面临的一大挑战。分布式能源包括分布式发电和分布式储能，在许多国家都得到了迅速发展。分布式发电技术包括：微型燃气轮机技术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等。分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。风能、太阳能等可再生能源在地理位置上分布不均匀，并且易受天气影响，发电机的可调节能力比较弱，需要有一个网架坚强、备用充足的电网支撑其稳定运行。随着电网接入风电量的增加，风电厂规划与运行研究对风电场动态模型的精度和计算速度提出了更高的要求。
3.5决策支持和人机接口
现代电网需要专业的、无缝的、实时使用的应用工具，以满足电网操作和管理人员做出快速决策的需要[。决策支持和人机接口技术主要包括可减少大量数据到易于理解的可视格式的可视化工具和系统以及当系统运行人员操作时需提供的多种方案软件系统，还可以用作演示的控制板、先进的控制室设计等等。
4. 结语
由于各个国家能源和用户分布以及电网情况各不相同，各国对智能电网的认识和理解并不统一，但利用现代信息技术、控制技术实现电网的智能化已成为普遍的共识。受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用。中国发展智能电网是一项长期的系统性工程，不仅要涵盖欧、美智能电网的概念和范围，还要加强骨干电网建设，即建立一个以特高压电网为骨干网架的各级电网高度协调发展的智能电网。中国特色的智能电网必将引领国际智能电网的发展潮流。
5 参考文献
[1]余贻鑫，栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源，2009，25（1）：7-11.
[2] IBM论坛 2009，点亮智慧的地球[EB/OL].
[3] 谢开，刘永奇，朱治中，等.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008，41（6）：19-22.Xie Kai，
[4] 陈建民，周健，蔡霖.面向智能电网愿景的变电站二次技术需求分析[J].华东电力，2008，36（11）：37-38.
[5] 王明俊.自愈电网与分布式电源[J].电网技术，2007，31（6）：1-7. [6] 王明俊.突出自愈功能的智能电网[J].动力与电气工程师，2007（2）：12-16.