智能電網(wǎng)(Smart Grid)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱(chēng)為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵(lì)和包括用戶(hù)、抵御攻擊、提供滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

編輯摘要

目錄

1 簡(jiǎn)介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標(biāo)

5 學(xué)術(shù)研究

1 簡(jiǎn)介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標(biāo)

4.1 必須更加可靠

4.2 必須更加安全

4.3 必須更加環(huán)境友好

5 學(xué)術(shù)研究

5.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

5.2 管理子系統(tǒng)

5.3 保護(hù)子系統(tǒng)

6 技術(shù)支持

6.1 通信技術(shù)

6.2 量測(cè)技術(shù)

6.3 設(shè)備技術(shù)

6.4 控制技術(shù)

6.5 支持技術(shù)

7 影響因素

8 主要特征

8.1 智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)

8.2 智能電網(wǎng)激勵(lì)和包括用戶(hù)

8.3 智能電網(wǎng)將抵御攻擊

8.4 提供滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量

8.5 將減輕來(lái)自輸電和配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量事件

8.6 容許各種不同類(lèi)型發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入

8.7 將使電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展

8.8 優(yōu)化其資產(chǎn)應(yīng)用，使運(yùn)行更加高效

智能電網(wǎng) - 簡(jiǎn)介

智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

智能電網(wǎng)(英語(yǔ)：Smart grid、smart electric grid、或intelligent grid)，以雙向數(shù)字科技創(chuàng)建的輸電網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)傳送電力。它可以偵測(cè)電力供應(yīng)者的電力供應(yīng)狀況，與一般家庭用戶(hù)的電力使用狀況，來(lái)調(diào)整家電用品的耗電量，以此達(dá)到節(jié)約能源，降低損耗，增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性的目的。智能電網(wǎng)雛型是20世紀(jì)產(chǎn)生的，由一些中心發(fā)電機(jī)向大量用戶(hù)傳輸電能的電網(wǎng)的簡(jiǎn)單升級(jí)。在傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，電能的傳輸拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)更加優(yōu)化以滿(mǎn)足更大范圍的各種用電狀況，如在用電量低的時(shí)段給電池充電，然后在高峰時(shí)反過(guò)來(lái)給電網(wǎng)提供電能。

智能電網(wǎng)包含了一個(gè)智能型電表基礎(chǔ)建設(shè)(Advanced Metering Infrastructure，AMI)，用于記錄系統(tǒng)所有電能的流動(dòng)。通過(guò)智能電表(Smart meter)，它會(huì)隨時(shí)監(jiān)測(cè)電力使用的狀況。智能電網(wǎng)包括超導(dǎo)傳輸線(xiàn)以減少電能的傳輸損耗，還具有集成新能源，如風(fēng)能，太陽(yáng)能等的能力。當(dāng)電能便宜時(shí)，消費(fèi)者可以開(kāi)啟某些家用電器，如洗碗機(jī)，工廠(chǎng)可以啟動(dòng)在任何時(shí)間段都可以進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程。在電能需求的高峰期，它可以關(guān)閉一些非必要的用電器來(lái)降低需求。其他的智能電網(wǎng)發(fā)展方向包括電網(wǎng)之故障偵測(cè)、判斷、自動(dòng)試送電等。智能電網(wǎng)之最基礎(chǔ)建設(shè)在于電網(wǎng)上的設(shè)備由人工在地監(jiān)測(cè)，進(jìn)化到遙測(cè)、遙控，再進(jìn)化到自動(dòng)判斷調(diào)整控制。

現(xiàn)代化的電能網(wǎng)絡(luò)被許多政府認(rèn)為是一種能夠有效減少能源依賴(lài)，減緩全球溫室效應(yīng)的措施。智能計(jì)量作為智能電網(wǎng)的一部分，但它本身本不能稱(chēng)為一個(gè)智能電網(wǎng)。在美國(guó)奧巴馬總統(tǒng)宣布振興經(jīng)濟(jì)方案之中納入智能電網(wǎng)計(jì)劃后，已經(jīng)引起世界各國(guó)的重視。

智能電網(wǎng) - 概念提出

智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個(gè)里程碑：

第一個(gè)就是2006年，美國(guó)IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運(yùn)行、提高可靠性，其在中國(guó)發(fā)布了《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)管理-中國(guó)電力發(fā)展的新思路》白皮書(shū)，解決方案主要包括以下幾個(gè)方面：一是通過(guò)傳感器連接資產(chǎn)和設(shè)備提高數(shù)字化程度;二是數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系;三是進(jìn)行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，以?xún)?yōu)化運(yùn)行和管理。該方案提供了一個(gè)大的框架，通過(guò)對(duì)電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運(yùn)行效率及可靠性、降低成本描繪了一個(gè)藍(lán)圖。是IBM一個(gè)市場(chǎng)推廣策略。

第二個(gè)是奧巴馬上任后提出的能源計(jì)劃，除了以公布的計(jì)劃，美國(guó)還將著重集中對(duì)每年要耗費(fèi)1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代，建立美國(guó)橫跨四個(gè)時(shí)區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng);發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的價(jià)值和效率，將逐步實(shí)現(xiàn)美國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理;全面推進(jìn)分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率。美國(guó)政府的智能電網(wǎng)有三個(gè)目的，一個(gè)是由于美國(guó)電網(wǎng)設(shè)備比較落后，急需進(jìn)行更新改造，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性;二是通過(guò)智能電網(wǎng)建設(shè)將美國(guó)拉出金融危機(jī)的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三個(gè)是中國(guó)能源專(zhuān)家武建東提出的“互動(dòng)電網(wǎng)”。“互動(dòng)電網(wǎng)”是指在創(chuàng)建開(kāi)放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上，以智能電網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)電子終端將用戶(hù)之間、用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的總體效果，實(shí)現(xiàn)電力、電訊、電視、遠(yuǎn)程家電控制和電池集成充電等的多用途開(kāi)發(fā)。它可以整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率?；?dòng)電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全等特點(diǎn)，主要解決三個(gè)問(wèn)題，一是以信息技術(shù)改造和提升現(xiàn)有的能源體系，特別提高集能源大成的傳統(tǒng)電網(wǎng)體系的能源效率;二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的創(chuàng)新能源利用體系;三是要建造消費(fèi)者和生產(chǎn)者互動(dòng)的精巧、智慧和專(zhuān)家服務(wù)化的能源運(yùn)轉(zhuǎn)體系。[1]

智能電網(wǎng) - 發(fā)展歷程

智能電網(wǎng)

2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術(shù)，利用的是(Swarm群體行為)原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無(wú)線(xiàn)控制器，與大樓的各個(gè)電器相連，并實(shí)現(xiàn)有效控制。比如，一臺(tái)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24℃;而另外兩臺(tái)空調(diào)可能會(huì)在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。這樣，在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下，整個(gè)大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)技術(shù)賦予電器于智能，提高能源的利用效率。

2006年歐盟理事會(huì)的能源綠皮書(shū)《歐洲可持續(xù)的、競(jìng)爭(zhēng)的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時(shí)候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過(guò)程中的自動(dòng)化技術(shù)。

2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點(diǎn)“(GridPoint)的公司最近開(kāi)始出售一種可用于監(jiān)測(cè)家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個(gè)電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。

2006年，美國(guó)IBM公司曾與全球電力專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過(guò)使用傳感器、計(jì)量表、數(shù)字控件和分析工具，自動(dòng)監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費(fèi)者對(duì)電力使用的管理也可細(xì)化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個(gè)可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個(gè)解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。

2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級(jí)調(diào)度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項(xiàng)目的啟動(dòng)標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。

2008年美國(guó)科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市，每戶(hù)家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀(guān)地了解當(dāng)時(shí)的電價(jià)，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽(yáng)能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶(hù)的用電情況。一旦有問(wèn)題出現(xiàn)，可以重新配備電力。

2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對(duì)外宣布，他們正在共同開(kāi)發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國(guó)打造國(guó)家智能電網(wǎng)。

2009年1月25日美國(guó)白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計(jì)劃尺度報(bào)告》宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線(xiàn)路，并為4000萬(wàn)美國(guó)家庭安裝智能電表——美國(guó)行將推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)的整體革命。2月2日獨(dú)能源問(wèn)題專(zhuān)家武建東在《全面推互動(dòng)電網(wǎng)革命拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型》的文章中，明確提出中國(guó)電網(wǎng)亟須實(shí)施“互動(dòng)電網(wǎng)”革命性改造。

2009年2月4日，地中海島國(guó)馬耳他在周三公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公用系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)該國(guó)電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會(huì)把馬耳他2萬(wàn)個(gè)普通電表替換成互動(dòng)式電表，這樣馬耳他的電廠(chǎng)就能實(shí)時(shí)監(jiān)控用電，并制定不同的電價(jià)來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)約用電的用戶(hù)。這個(gè)工程價(jià)值高達(dá)9100萬(wàn)美元(合7000萬(wàn)歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線(xiàn)、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠(chǎng)能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測(cè)到潛在問(wèn)題。IBM將會(huì)提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠(chǎng)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，降低成本以及該國(guó)碳密集型發(fā)電廠(chǎng)的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已開(kāi)始測(cè)試名為谷歌電表﹙PowerMeter﹚的用電監(jiān)測(cè)軟件。這是一個(gè)測(cè)試版在線(xiàn)儀表盤(pán)，相當(dāng)于谷歌正在成為信息時(shí)代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。

2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設(shè)的一部分——華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過(guò)專(zhuān)家組的驗(yàn)收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、在線(xiàn)穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無(wú)需在不同系統(tǒng)和平臺(tái)間頻繁切換，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)綜合運(yùn)行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過(guò)搭建并網(wǎng)電廠(chǎng)管理考核和輔助服務(wù)市場(chǎng)品質(zhì)分析平臺(tái)，能有效提升調(diào)度部門(mén)對(duì)并網(wǎng)電廠(chǎng)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和流程化水平。

2009年3月3日，美國(guó)谷歌向美國(guó)議會(huì)進(jìn)言，要求在建設(shè)“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時(shí)采用非壟斷性標(biāo)準(zhǔn)。

智能電網(wǎng) - 研發(fā)目標(biāo)

智能電網(wǎng)智能目標(biāo)

智能電網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全。

必須更加可靠

智能電網(wǎng)不管用戶(hù)在何時(shí)何地，都能提供可靠的電力供應(yīng)。它對(duì)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出充分的告警，并能忍受大多數(shù)的電網(wǎng)擾動(dòng)而不會(huì)斷電。它在用戶(hù)受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施，以使電網(wǎng)用戶(hù)免受供電中斷的影響。

必須更加安全

智能電網(wǎng)能夠經(jīng)受物理的和網(wǎng)絡(luò)的攻擊而不會(huì)出現(xiàn)大面積停電或者不會(huì)付出高昂的恢復(fù)費(fèi)用。它更不容易受到自然災(zāi)害的影響。智能電網(wǎng)必須更加經(jīng)濟(jì)—智能電網(wǎng)運(yùn)行在供求平衡的基本規(guī)律之下，價(jià)格公平且供應(yīng)充足。智能電網(wǎng)必須更加高效—智能電網(wǎng)利用投資，控制成本，減少電力輸送和分配的損耗，電力生產(chǎn)和資產(chǎn)利用更加高效。通過(guò)控制潮流的方法，以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。

必須更加環(huán)境友好

智能電網(wǎng)通過(guò)在發(fā)電、輸電、配電、儲(chǔ)能和消費(fèi)過(guò)程中的創(chuàng)新來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響。進(jìn)一步擴(kuò)大可再生能源的接入。在可能的情況下，在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，智能電網(wǎng)的資產(chǎn)將占用更少的土地，減少對(duì)景觀(guān)的實(shí)際影響。智能電網(wǎng)必須是使用安全的—智能電網(wǎng)必須不能傷害到公眾或電網(wǎng)工人，也就是對(duì)電力的使用必須是安全的。[1][2]

智能電網(wǎng) - 學(xué)術(shù)研究

研究者已經(jīng)進(jìn)行了大量的關(guān)于智能電網(wǎng)的研究。根據(jù)Xi Fang等研究者的最新的智能電網(wǎng)研究調(diào)研報(bào)告(Smart Grid - The New and Improved Power Grid: A Survey)，研究工作主要圍繞下面三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行——基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，管理子系統(tǒng)和保護(hù)子系統(tǒng)。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)是一個(gè)位于智能電網(wǎng)底層，結(jié)合能量，信息和通信的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)。該子系統(tǒng)支撐著以下功能的實(shí)現(xiàn)：1)先進(jìn)的電力產(chǎn)生，傳輸和消耗;2)先進(jìn)的信息記錄，監(jiān)控和管理;和3)先進(jìn)的通信技術(shù)。從傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，我們將升級(jí)傳統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)的架構(gòu)到一個(gè)數(shù)字信息為基礎(chǔ)的架構(gòu)。這種需求和改變向電力產(chǎn)業(yè)提出了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

管理子系統(tǒng)

管理子系統(tǒng)提供先進(jìn)的管理和控制服務(wù)。目前的研究主要集中于提高能量有效性，需求曲線(xiàn)，盈利和污染排放。常用的控制技術(shù)包括優(yōu)化，機(jī)器學(xué)習(xí)和博弈論。未來(lái)，越來(lái)越多的基于智能電網(wǎng)先進(jìn)基礎(chǔ)架構(gòu)的新服務(wù)和應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)，并且這些服務(wù)將最終改變用戶(hù)的生活方式。

保護(hù)子系統(tǒng)

保護(hù)子系統(tǒng)提供先進(jìn)的電網(wǎng)可靠性分析，錯(cuò)誤保護(hù)，安全和隱私保護(hù)服務(wù)。但是我們必須注意到先進(jìn)復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一方面允許我們實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的機(jī)制抵御惡意攻擊和處理錯(cuò)誤，另一方面也可能導(dǎo)致很多新的系統(tǒng)漏洞。例如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院指出智能電網(wǎng)一個(gè)主要的有點(diǎn)(也就是能夠通過(guò)智能電表得到更多用戶(hù)的數(shù)據(jù))也將造成潛在的隱私問(wèn)題。這些數(shù)據(jù)能夠被惡意的第三方取得從而分析用戶(hù)的習(xí)慣，行為和活動(dòng)。

智能電網(wǎng) - 技術(shù)支持

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶(hù)，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續(xù)不斷地自我監(jiān)測(cè)和校正，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測(cè)各種擾動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，重新分配潮流，避免事故的擴(kuò)大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備(IEDs)、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)以及用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。

智能電網(wǎng)

量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。

對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線(xiàn)路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲(chǔ)存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來(lái)智能電網(wǎng)將主要應(yīng)用三個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)。通過(guò)采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來(lái)提高電能質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用和改造各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來(lái)提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進(jìn)許多新的儲(chǔ)能設(shè)備和電源，同時(shí)要利用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。

控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)輸電、配電和用戶(hù)側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測(cè)基本的元件(參數(shù)量測(cè)技術(shù))，提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù);先進(jìn)設(shè)備技術(shù))并且對(duì)任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報(bào)價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

智能電網(wǎng)

未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預(yù)設(shè)的專(zhuān)家系統(tǒng)，在專(zhuān)家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執(zhí)行的行動(dòng)將在秒一級(jí)水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。

支持技術(shù)

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行人員一目了然的可理解的信息，因此動(dòng)畫(huà)技術(shù)、動(dòng)態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來(lái)幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)、分析和處理緊急問(wèn)題。

在許多情況下，系統(tǒng)運(yùn)行人員做出決策的時(shí)間從小時(shí)縮短到分鐘，甚至到秒，這樣智能電網(wǎng)需要一個(gè)廣闊的、無(wú)縫的、實(shí)時(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)、工具和培訓(xùn)，以使電網(wǎng)運(yùn)行人員和管理者能夠快速的做出決策。

(1)可視化—決策支持技術(shù)利用大量的數(shù)據(jù)并將其裁剪成格式化的、時(shí)間段和按技術(shù)分類(lèi)的最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)給電網(wǎng)運(yùn)行人員，可視化技術(shù)將這些數(shù)據(jù)展示為運(yùn)行人員可以迅速掌握的可視的格式，以便運(yùn)行人員分析和決策。

(2)決策支持—決策支持技術(shù)確定了現(xiàn)有的、正在發(fā)展的以及預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提供決策支持的分析，并展示系統(tǒng)運(yùn)行人員需要的各種情況、多種的選擇以及每一種選擇成功和失敗的可能性。

(3)調(diào)度員培訓(xùn)—利用決策支持技術(shù)工具以及行業(yè)內(nèi)認(rèn)證的軟件的動(dòng)態(tài)仿真器將顯著的提高系統(tǒng)調(diào)度員的技能和水平。

(4)用戶(hù)決策—需求響應(yīng)(DR)系統(tǒng)以很容易理解的方式為用戶(hù)提供信息，使他們能夠決定如何以及何時(shí)購(gòu)買(mǎi)、儲(chǔ)存或生產(chǎn)電力。

(5)提高運(yùn)行效率—當(dāng)決策支持技術(shù)與現(xiàn)有的資產(chǎn)管理過(guò)程集成后，管理者和用戶(hù)就能夠提高電網(wǎng)運(yùn)行、維修和規(guī)劃的效率和有效性。

智能電網(wǎng) - 影響因素

影響電網(wǎng)運(yùn)行的突發(fā)狀況可能出現(xiàn)在發(fā)電廠(chǎng)發(fā)電，電能傳輸以及電能需求等任意一下環(huán)節(jié)發(fā)生。這種狀況可能是自然環(huán)境，如云層遮擋太陽(yáng)使得太陽(yáng)能電站功率下降，又如，炎熱的天氣使得空調(diào)的使用率上升。還有可能由于商業(yè)原因發(fā)生在電能供應(yīng)端，例如，電能用戶(hù)可能在用電高峰時(shí)減少用電，因?yàn)殡妰r(jià)的作用是減少用電高峰時(shí)的用電量。狀況還有可能發(fā)生在本地傳輸網(wǎng)絡(luò)，如變壓在損壞，需要臨時(shí)斷開(kāi)局部輸電網(wǎng)絡(luò)。最后，這些狀況還有可能發(fā)生在家里，比如，人都離開(kāi)家工作，各種用電設(shè)備進(jìn)行休眠狀態(tài)。所有這些情況都是激發(fā)人們?nèi)ジ淖冸娔芰飨虻囊蛩亍?/p>

智能電網(wǎng) - 主要特征

2008年5月10日，在河南省孟州市黃河北岸，

百萬(wàn)伏級(jí)特高壓交流工程黃河大跨越工程

開(kāi)始緊張布線(xiàn)。

智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)

“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問(wèn)題的元件從系統(tǒng)中隔離出來(lái)并且在很少或不用人為干預(yù)的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對(duì)用戶(hù)的供電服務(wù)。從本質(zhì)上講，自愈就是智能電網(wǎng)的“免疫系統(tǒng)”。這是智能電網(wǎng)最重要的特征。自愈電網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)不斷的在線(xiàn)自我評(píng)估以預(yù)測(cè)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的或正在發(fā)展的問(wèn)題，并立即采取措施加以控制或糾正。自愈電網(wǎng)確保了電網(wǎng)的可靠性、安全性、電能質(zhì)量和效率。自愈電網(wǎng)將盡量減少供電服務(wù)中斷，充分應(yīng)用數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，執(zhí)行決策支持算法，避免或限制電力供應(yīng)的中斷，迅速恢復(fù)供電服務(wù)。

自愈電網(wǎng)經(jīng)常應(yīng)用連接多個(gè)電源的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式。當(dāng)出現(xiàn)故障或發(fā)生其他的問(wèn)題時(shí)，在電網(wǎng)設(shè)備中的先進(jìn)的傳感器確定故障并和附近的設(shè)備進(jìn)行通信，以切除故障元件或?qū)⒂脩?hù)迅速地切換到另外的可靠的電源上，同時(shí)傳感器還有檢測(cè)故障前兆的能力，在故障實(shí)際發(fā)生前，將設(shè)備狀況告知系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)地提出預(yù)警信息。

智能電網(wǎng)激勵(lì)和包括用戶(hù)

在智能電網(wǎng)中，用戶(hù)將是電力系統(tǒng)不可分割的一部分。鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶(hù)參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理是智能電網(wǎng)的另一重要特征。從智能電網(wǎng)的角度來(lái)看，用戶(hù)的需求完全是另一種可管理的資源，它將有助于平衡供求關(guān)系，確保系統(tǒng)的可靠性;從用戶(hù)的角度來(lái)看，電力消費(fèi)是一種經(jīng)濟(jì)的選擇，通過(guò)參與電網(wǎng)的運(yùn)行和管理，修正其使用和購(gòu)買(mǎi)電力的方式，從而獲得實(shí)實(shí)在在的好處。在智能電網(wǎng)中，用戶(hù)將根據(jù)其電力需求和電力系統(tǒng)滿(mǎn)足其需求的能力的平衡來(lái)調(diào)整其消費(fèi)。同時(shí)需求響應(yīng)(DR)計(jì)劃將滿(mǎn)足用戶(hù)在能源購(gòu)買(mǎi)中有更多選擇的基本需求，減少或轉(zhuǎn)移高峰電力需求的能力使電力公司盡量減少資本開(kāi)支和營(yíng)運(yùn)開(kāi)支，通過(guò)降低線(xiàn)損和減少效率低下的調(diào)峰電廠(chǎng)的運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也提供了大量的環(huán)境效益。在智能電網(wǎng)中，和用戶(hù)建立的雙向?qū)崟r(shí)的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶(hù)積極參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理的基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)通知用戶(hù)其電力消費(fèi)的成本、實(shí)時(shí)電價(jià)、電網(wǎng)目前的狀況、計(jì)劃停電信息以及其他一些服務(wù)的信息，同時(shí)用戶(hù)也可以根據(jù)這些信息制定自己的電力使用的方案。

智能電網(wǎng)將抵御攻擊

電網(wǎng)的安全性要求一個(gè)降低對(duì)電網(wǎng)物理攻擊和網(wǎng)絡(luò)攻擊的脆弱性并快速?gòu)墓╇娭袛嘀谢謴?fù)的全系統(tǒng)的解決方案。智能電網(wǎng)將展示被攻擊后快速恢復(fù)的能力，甚至是從那些決心堅(jiān)定和裝備精良的攻擊者發(fā)起的攻擊。智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都將阻止攻擊，最大限度地降低其后果和快速恢復(fù)供電服務(wù)。智能電網(wǎng)也能同時(shí)承受對(duì)電力系統(tǒng)的幾個(gè)部分的攻擊和在一段時(shí)間內(nèi)多重協(xié)調(diào)的攻擊。智能電網(wǎng)的安全策略將包含威懾、預(yù)防、檢測(cè)、反應(yīng)，以盡量減少和減輕對(duì)電網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。不管是物理攻擊還是網(wǎng)絡(luò)攻擊，智能電網(wǎng)要通過(guò)加強(qiáng)電力企業(yè)與政府之間重大威脅信息的密切溝通，在電網(wǎng)規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)安全風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全等手段，提高智能電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。

智能電網(wǎng)主要特征

提供滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量

電能質(zhì)量指標(biāo)包括電壓偏移、頻率偏移、三相不平衡、諧波、閃變、電壓驟降和突升等。由于用電設(shè)備的數(shù)字化，對(duì)電能質(zhì)量越來(lái)越敏感，電能質(zhì)量問(wèn)題可以導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)的停產(chǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大的損失，因此提供能滿(mǎn)足21世紀(jì)用戶(hù)需求的電能質(zhì)量是智能電網(wǎng)的又一重要特征。但是電能質(zhì)量問(wèn)題又不是電力公司一家的問(wèn)題，因此需要制定新的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，因?yàn)椴⒎撬械纳虡I(yè)企業(yè)用戶(hù)和居民用戶(hù)，都需要相同的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的分級(jí)可以從“標(biāo)準(zhǔn)”到“優(yōu)質(zhì)”，取決于消費(fèi)者的需求，它將在一個(gè)合理的價(jià)格水平上平衡負(fù)載的敏感度與供電的電能質(zhì)量。智能電網(wǎng)將以不同的價(jià)格水平提供不同等級(jí)的電能質(zhì)量，以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)不同電能質(zhì)量水平的需求，同時(shí)要將優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)寫(xiě)入電力服務(wù)的合同中。

將減輕來(lái)自輸電和配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量事件

通過(guò)其先進(jìn)的控制方法監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的基本元件，從而快速診斷并準(zhǔn)確地提出解決任何電能質(zhì)量事件的方案。此外，智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)還要考慮減少由于閃電、開(kāi)關(guān)涌流、線(xiàn)路故障和諧波源引起的電能質(zhì)量的擾動(dòng)，同時(shí)應(yīng)用超導(dǎo)、材料、儲(chǔ)能以及改善電能質(zhì)量的電力電子技術(shù)的最新研究成果來(lái)解決電能質(zhì)量的問(wèn)題。另外，智能電網(wǎng)將采取技術(shù)和管理手段，使電網(wǎng)免受由于用戶(hù)的電子負(fù)載所造成的電能質(zhì)量的影響，將通過(guò)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，限制用戶(hù)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)。除此之外，智能電網(wǎng)將采用適當(dāng)?shù)臑V波器，以防止諧波污染送入電網(wǎng)，惡化電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

容許各種不同類(lèi)型發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入

智能電網(wǎng)將安全、無(wú)縫地容許各種不同類(lèi)型的發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)接入系統(tǒng)，簡(jiǎn)化聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程，類(lèi)似于“即插即用”，這一特征對(duì)電網(wǎng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。改進(jìn)的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)將使各種各樣的發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)容易接入。從小到大各種不同容量的發(fā)電和儲(chǔ)能在所有的電壓等級(jí)上都可以互聯(lián)，包括分布式電源如光伏發(fā)電、風(fēng)電、先進(jìn)的電池系統(tǒng)、即插式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池。商業(yè)用戶(hù)可以安裝自己的發(fā)電設(shè)備(包括高效熱電聯(lián)產(chǎn)裝置)和電力儲(chǔ)能設(shè)施將更加容易和更加有利可圖。

將使電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展

智能電網(wǎng)通信技術(shù)

在智能電網(wǎng)中，先進(jìn)的設(shè)備和廣泛的通信系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)支持市場(chǎng)的運(yùn)作，并為市場(chǎng)參與者提供了充分的數(shù)據(jù)，因此電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施及其技術(shù)支持系統(tǒng)是電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵因素。智能電網(wǎng)通過(guò)市場(chǎng)上供給和需求的互動(dòng)，可以最有效地管理如能源、容量、容量變化率、潮流阻塞等參量，降低潮流阻塞，擴(kuò)大市場(chǎng)，匯集更多的買(mǎi)家和賣(mài)家。用戶(hù)通過(guò)實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)來(lái)感受到價(jià)格的增長(zhǎng)從而將降低電力需求，推動(dòng)成本更低的解決方案，并促進(jìn)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，新型潔凈的能源產(chǎn)品也將給市場(chǎng)提供更多選擇的機(jī)會(huì)。

優(yōu)化其資產(chǎn)應(yīng)用，使運(yùn)行更加高效

智能電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整其電網(wǎng)資產(chǎn)的管理和運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)用最低的成本提供所期望的功能。有效地管理需要什么資產(chǎn)以及何時(shí)需要，每個(gè)資產(chǎn)將和所有其他資產(chǎn)進(jìn)行很好的整合，以最大限度地發(fā)揮其功能，同時(shí)降低成本。

智能電網(wǎng)通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間給出需要維修設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)的控制裝置可以被調(diào)整到降低損耗和消除阻塞的狀態(tài)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制裝置的這些調(diào)整，選擇最小成本的能源輸送系統(tǒng)，提高運(yùn)行的效率。最佳的容量、最佳的狀態(tài)和最佳的運(yùn)行將大大降低電網(wǎng)運(yùn)行的費(fèi)用。此外，先進(jìn)的信息技術(shù)將提供大量的數(shù)據(jù)和資料，并將集成到現(xiàn)有的企業(yè)范圍的系統(tǒng)中，大大加強(qiáng)其能力，以?xún)?yōu)化運(yùn)行和維修過(guò)程。這些信息將為設(shè)計(jì)人員提供更好的工具，創(chuàng)造出最佳的設(shè)計(jì)來(lái)，為規(guī)劃人員提供所需的數(shù)據(jù)，從而提高其電網(wǎng)規(guī)劃的能力和水平。這樣，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用以及電網(wǎng)建設(shè)投資將得到更為有效的管理。[3]