摘要：自进入信息时代以来，全球资源环境的压力不断增大，能源需求不断增加，电力市场化进程不断深入，用户对电能的可靠性和质量的要求也在不断提升。电力行业面临前所未有的挑战和机遇，建设更加安全、可靠、经济的电力系统已成为全球电力行业的共同目标。而智能电网的出现完全改变了过去老旧的电力网模式，其在经济和环保上对社会的贡献巨大。本文以电力系统的智能化为对象，研究了智能电网的概念、组成特点、关键技术和应用情况，并对未来智能电网的发展做出了一定的展望。
关键词：智能电网；自愈；互动
1. 智能电网简介
在全球资源短缺和环境污染问题不断凸显的今天，人们越来越意识到建立资源节约型社会的重要性。而作为现代生产生活不可或缺的电力系统，在提供给人们便捷的生活的同时也带来了极大的资源损耗，所以人们试图改变电力系统原有的工作模式，使其与现在倡导的资源节约型社会相适应。在这种逐渐变化的大背景下，人们企图建立一种电力系统网络，将能源资源开发、发电、输电、配电、供电、售点、用电的过程与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施，通过数字化信息网络连接在一起，并通过智能化控制使整个系统得以优化。这一系统将充分利用各种能源资源，特别是低碳的天然气、风、光、水等可再生能源、核能以及各种废弃的资源等，依靠分布式能源系统、能源梯级利用系统、蓄能系统等组合优化配置，实现精确功能、对应功能、互助功能和互补功能，将能源利用效率和能源供应安全提高到一个全新的水平，令环境污染和温室气体排放降到一个可以接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理而有利的状态。人们普遍将这样的电力系统网络称为智能电网。传统电网和智能电网的对比请参照图1。
智能电网是以发、输、变、配、用、调度和信息等各环节的电力系统为对象，不断研发新型的电网控制技术、信息技术和管理技术，并将其有机结合，从而实现发电到用电所有环节信息的智能交流，系统地优化电力生产、输送和使用。智能电网的本质就是能源替代和兼容利用，它需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，覆盖包括从需求侧设备到广泛分散的分布式发电系统砸到电力市场的整个电力系统及相关环节，促使电力流、业务流、信息流的高度融合和统一。而电力企业通过促成技术与具体技术的有效结合，使智能电网建设在企业生产经营过程中切实发挥作用，最终达到提高运营绩效的目的。
2. 智能电网的发展
2.1 国外智能电网
美国智能电网在全球范围内始终处于领导地位。为了争取更多的用户，在市场竞争中取胜，美国各电力企业纷纷提高服务水平，加强与用户的交互，早在2001年便由美国电力科学研究院创立了智能电网联盟，推动“IntelliGrid”的研究。这一标准明确了未来电力系统是一种融合两种基础设施（电力输送能源基础设施和信息基础设施）的能源系统。为了使美国电网实现现代化，保证经济安全和国家安全，美国能源局于2003年发布了“Grid2030”，对美国未来电网的远景进行了阐述。目前，美国已经在马萨诸塞州和加州实现了投资过百亿的智能电网工程，此方案覆盖绝大多数用户，为所有用户安装智能电表、可编程恒温器，并在一些变电站接入可再生能源。电力公司还计划集成分布式电源和即插即用混合电动汽车。
欧洲和日本始终在智能电网的推广上跟随着美国。例如意大利的电力公司早在2001年就安装和改造了约3000万台智能电表，实现自动抄表和管理，建立一个全新的、智能化计量管理网络。该项目的实施预计为该电力公司节省约5亿欧元管理费用；高峰负荷减少2.5%以上，客户成本降低40%以上，电费回收周期减少2天，计费不准确现象减少50%，提高了对客户用电需求和负荷模式的认识水平以及服务水平，更好的修改供电计划，并且基于客户的实时需求，开发了新的服务，增加企业收入。
2.2 国内智能电网
我国关于智能电网方面的研究进展缓慢，甚至是刚刚起步。2007年10月，华东电网公司启动了智能电网可行性研究项目，密切跟踪国际先进电力企业和研究机构对智能电网的研究，并结合华东电网的现状和今后发展的需要，提出了三个阶段的发展思路：2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。而作为国内电力企业的领导者，国家电网公司也将分三个阶段推进我国智能电网的建设：2010年作为规划实验阶段，2015年为全面建设阶段，2020年为引领提升阶段，使我国智能的技术和装备达到国际先进水平。
3. 智能电网的主要特征
3.1 自愈
自愈是智能电网的一个基本特征。对电网的运行状态进行连续的在线自我检测，并采取预防性的控制手段，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；如果有故障发生时，在没有人工操作的情况下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电情况的发生，这就是智能电网的自愈能力。美国正在开发的智能电网可以实时监控电力系统的运行状况，在故障发生之前消灭可疑隐患。自愈功能有助于维持电网的稳定、可靠、经济、电能优质以及高效。其重要内容主要有以下几点：
（1）自愈电网将电网服务瓦解的可能性降到最低，利用现有技术采集数据和执行决策支持算法，防止或者限制电力中断并且快速恢复电力服务；
（2）基于实时测量的概率风险评估有助于鉴定电力设备、电厂和输电线等是否出现故障；
（3）实时的预想故障分析能给出整个电网的健康状况，并给出电网是否需要立即检查和采取行动的必要性；
（4）本地和远程设备的通信能帮助分析电路故障、电压异常、质量变化、过负荷和其他系统性事故，并据此餐区适当的控制行为。
3.2 互动
互动的主要作用是让用户主动参与电力市场同时给电网和环境带来明显的效益，减小电力输送成本。
（1）在智能电网里，有消息来源的用户通过供需平衡和电力系统需求来调节自身的能耗；
（2）当今的高效多产环境中，采用新的节省费用和能耗的产品同时有益于用户和电力公司双方；
（3）需求响应将满足用户的基本需求，用户在电力购买中有更多的选择。削峰或者移峰功能将减小电力公司的基本建设费用和运行费用，同时，由于减小了备用电厂的数量优化了环境，更有利于节能环保。
3.3 坚强
坚强是指安全方面要求一个系统级的解决方案，在减少物理和信息方面弱点的同时，能够快速从干扰中恢复过来。其具体的表现为智能电网将对外来的攻击体现自我恢复的特性，电网的设计和运行将最小化攻击带来的影响，并加速系统的复原。它同时容忍电网多个部分的同时攻击，以及可能出现的多方面、交联、持续较长的攻击。这样的安全技术包括授权、验证、加密、个人入侵检测以及网络阻塞和通信的滤波等。
3.4 优质电能供应
现代电网应提供今天的用户所需要的电能质量，以满足新的要求和标准。这些需求和标准驱使电网和用户来平衡负荷的灵敏度和电能质量的价格。一般来说，影响电能质量主要有两个因素，一是输电过程中引入的谐波、电压不平衡、电压跌落以及毛刺等，二是负荷侧AC/DC变换所导致的电压波形的畸变。据估计，不合格的电能每年给美国带来的损失超过200亿美元，而现代随着用电规模的逐渐增大，电能质量就越来越需要被严格要求。
4. 智能电网的关键技术
智能电网要具备以上若干特性，必须具备相应的技术来实现，现在智能电网一般必须具备以下几种关键技术。
（1）集成通信。智能电网中的集成通信一般是高速、极高集成度、双向通信的网络，这使电网成为一个信息动态的、实时交互的即插即用的开放式结构，开放式的体系结构将创造即插即用的环境，适应网络信息的及时收集和交互通信。
（2）传感与测量。此项技术将增强电力参数的测量和数据的传输。通过它来评估设备的健康状况和电网的整合性，支持先进的继电保护功能，它实现高精度计量和防窃电功能，有利于捕捉用户的选择和需求响应，减轻网络高峰用电量。
（3）高级电力设施。高级组件在电网中起着非常重要的作用，下一代电力设施将应用最新的研究成果如超导、储能、电力电子和微电子等技术，这将实现更高的输电容量，更高的稳定性和电能质量，增强电力效率和实时的系统诊断。
（4）高级控制方法。控制方法对于电网这样庞大的电气系统显得尤为重要，所以高级控制方法的运用将运用于智能电网的各个环节之中。这有利于快速、及时的诊断和响应，有利于市场价格、资产管理和电网高效运行；基于各种先进理论和算法的电力系统分布式智能高级应用软件，用以监视关键设备，支持各类时间的快速诊断与及时响应，促进资产管理、系统与市场运行效率提高。
（5）决策支持。在包括电网在内的许多领域，决策者在遇到突发情况时留给他们思考的时间并不多，有时甚至只有几秒。智能电网需要使用广阔的、无缝的、实时的电力设备信息和工具，来帮助决策者快速做出决定，这其中可以应用先进的可视化展示，电力系统仿真与培训工具，增强各级运行人员的决策能力。
5. 智能电网的未来发展
在社会生产力不断进步的今天，电网能力越来越制约到社会各个方面的发展。为实现清洁能源的开发、输送和消纳，电网必须提高其灵活性和兼容性。为抵御日益频繁的自然灾害和外界干扰，电网必须依靠智能化手段不断提高其安全防御能力和自愈能力。为降低运营成本，促进节能减排，电网运行必须更为经济高效，同时须对用电设备进行智能控制，尽可能减少用电消耗。分布式发电、储能技术和电动汽车的快速发展，改变了传统的供用电模式，促使电力流、信息流、业务流不断融合，以满足日益多样化的用户需求。 电力技术的发展，使电网逐渐呈现出诸多新特征，如自愈、兼容、集成、优化，而电力市场的变革，又对电网的自动化、信息化水平提出了更高要求，从而使智能电网成为电网发展的必然趋势。
而未来智能电网发展的重点一定是数字化、信息化、多功能化等等，智能电网必将给人们带来更加便捷的生活体验。
参考文献：
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[5] 分布式能源的国内发展现状.中国能源金融网，2008.11.18.
论文作者:杨雪琪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/1
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