摘要：國家電網(wǎng)公司確立了智能電網(wǎng)三步走的原則，2011年～2015年是全面建設(shè)階段，能源“十二五”規(guī)劃基本確立了智能電網(wǎng)建設(shè)的重要意義。本文主要通過對美國、歐盟智能電網(wǎng)的研究分析，并著重結(jié)合我國實(shí)際對我國智能電網(wǎng)的定義、發(fā)展驅(qū)動力以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析，以期對我國智能電網(wǎng)建設(shè)中標(biāo)準(zhǔn)的制定、電力企業(yè)產(chǎn)品市場潛力發(fā)掘、未來技術(shù)的發(fā)展方向產(chǎn)生積極影響。

 1、智能電網(wǎng)的定義

 1.1智能電網(wǎng)的起源

 2000年開始，美國麻省理工學(xué)院、加州伯克利大學(xué)、加拿大麥吉爾大學(xué)開始了無線電傳感器的研究。該研究的重點(diǎn)是國家安全和防控恐怖主義的襲擊，其中“無線微塵項目”是該研究的第一個啟動項目，致力于研究在有限的區(qū)域里，散布成千上萬無線傳感器件來實(shí)時采集數(shù)據(jù)，動態(tài)分析環(huán)境變化，及時作出預(yù)警和報警。這是世界上第一個體現(xiàn)智能電網(wǎng)研究內(nèi)容的起始點(diǎn)。在發(fā)生極端事件時，應(yīng)急管理是電網(wǎng)的一項重要功能。[1]它需要對電網(wǎng)故障進(jìn)行判斷、定位、重構(gòu)和恢復(fù)等瞬間響應(yīng)的自愈合特性，因此通過信息和網(wǎng)絡(luò)建立對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析、管理等高效的決策支持系統(tǒng)便成為電網(wǎng)技術(shù)中一個新的技術(shù)方向。 從這個角度講，智能電網(wǎng)的起源于對國家安全和反對恐怖主義的考慮。

 1.2 智能電網(wǎng)的發(fā)展歷程

 2001年美國電科院(EPRI)最早提出“Intelligrid”(智能電網(wǎng))，并開始研究;2003年美國電科院將未來電網(wǎng)定義為智能電網(wǎng)(IntelliGrid)。2009年5月21日，美國眾議院能源和商業(yè)委員會通過《美國清潔能源和安全法案》，法案明確規(guī)定美國要發(fā)展智能電網(wǎng)，提高電力傳輸效率。

 1998年至2002年實(shí)施的歐盟第5框架計劃(EU’s Fifth Framework Programme，F(xiàn)P5)，開設(shè)了“歐洲電網(wǎng)中的可再生能源和分布式發(fā)電整合”專題，內(nèi)含50多個項目，分為分布式發(fā)電、輸電、儲能、高溫超導(dǎo)體和其他整合項目五大類。這些項目被認(rèn)為是發(fā)展互動電網(wǎng)第一代構(gòu)成元件和新結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)。2006年，歐盟理事會發(fā)布能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy),強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。

 1999年清華大學(xué)提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”的概念，揭開了數(shù)字電網(wǎng)研究工作的序幕。2009年5月21日，在2009年特高壓輸電技術(shù)國際會議上，中國國家電網(wǎng)公司公布了建設(shè)以信息化、自動化、互動化為特征的“堅強(qiáng)智能電網(wǎng)”的研究成果。

 1.3 智能電網(wǎng)的內(nèi)涵及其定義

 智能電網(wǎng)是隨著技術(shù)進(jìn)步和業(yè)務(wù)需求逐步發(fā)展起來的, 不同的國家和組織都在以自己的方式研究和實(shí)踐智能電網(wǎng), 并各有側(cè)重地在發(fā)電、輸電、配電、用電等領(lǐng)域嘗試各種技術(shù)，他們從不同的角度闡述了智能電網(wǎng)的定義和內(nèi)涵。[5]到目前為止關(guān)于智能電網(wǎng)的內(nèi)涵及其定義各國并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，中國也缺少大眾化的統(tǒng)一描述。美國智能電網(wǎng)規(guī)劃具備和電力用戶互動、適應(yīng)多種電源、支持新型電力市場、滿足高質(zhì)量電能需求、自愈能力和反外力破壞與攻擊等特點(diǎn)，主要是從國家安全和反對恐怖主義下的電網(wǎng)的應(yīng)急管理來考量的，相比較而言歐盟對智能電網(wǎng)研究更加注重高靈活性、高可接入性、高可靠性和高經(jīng)濟(jì)性。2009年5月，我國首次提出智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，國家電網(wǎng)公司在“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”期間表示：國家電網(wǎng)將立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)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、互動化特征的統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。但是到目前為止，我國仍然沒有就智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)形成統(tǒng)一，某些企業(yè)從商業(yè)的角度考慮，弱化了智能電網(wǎng)的內(nèi)涵，模糊了智能電網(wǎng)的概念。

 通過對大量的資料以及工程實(shí)例進(jìn)行分析研究表明，本文將智能電網(wǎng)內(nèi)涵闡述為：就是在安全的信息交互下，形成的以大電網(wǎng)供電為主、分布式電網(wǎng)可靈活接入或退出為輔的、高可靠性和高經(jīng)濟(jì)性的可統(tǒng)一管理和分級自主管理的、并能夠和用戶形成互動的、同時滿足節(jié)能和多樣性需求的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

 2、我國智能電網(wǎng)的驅(qū)動力

 2.1 國家能源的戰(zhàn)略和我國能源的分布格局

 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于能源緊缺意識逐步提高，發(fā)展清潔能源成了國家能源發(fā)展的重點(diǎn)，但是就目前我國的能源結(jié)構(gòu)而言，一次能源消費(fèi)中煤炭占70%左右，發(fā)電結(jié)構(gòu)中燃煤發(fā)電量占80%左右，而我國煤炭能源多分布在西北部，用電大部分分布在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，這一格局短期內(nèi)不會改變，以特高壓供電為主的大電網(wǎng)長距離供電的格局短期內(nèi)也不會改變。但是伴隨著能源緊缺的以及能源消耗所帶來的環(huán)境問題日益突出，國家已經(jīng)開始大力發(fā)展光能、風(fēng)能等清潔能源發(fā)電。清潔能源的發(fā)展要求加快建設(shè)智能電網(wǎng)。隨著清潔能源發(fā)電的發(fā)展步伐加快，必然引起清潔能源接入大電網(wǎng)的問題，由于清潔能源發(fā)電多存在不穩(wěn)定性、不確定性，可控度不像常規(guī)煤炭發(fā)電技術(shù)那樣成熟，這就決定了國家既要在現(xiàn)有的能源分布格局下發(fā)展特高壓等大電網(wǎng)，又要從長遠(yuǎn)的角度考慮發(fā)展智能電網(wǎng)。

 2.2 國家需要拉動內(nèi)需和特高壓等大電網(wǎng)建設(shè)的吻合

 我國經(jīng)歷的國民經(jīng)濟(jì)的快速增長時期，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，為確保國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民生活水平的適應(yīng)性，進(jìn)一步發(fā)展特高壓等大電網(wǎng)提高人均用電量、解決地區(qū)負(fù)荷不平衡、建設(shè)堅強(qiáng)的電網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)適合我國國情的，這也是我國發(fā)展智能電網(wǎng)的前提，隨著電動汽車、智慧城市等的發(fā)展規(guī)劃，國民用電總量將進(jìn)一步提高，一些新型用電設(shè)備的特殊性能也要求加快建設(shè)智能電網(wǎng)。

 2.3 潛在的市場推動力

 發(fā)展智能電網(wǎng)除了國家戰(zhàn)略的考慮，最終還是要回歸于市場檢驗(yàn)中，由于國家在能源政策上的引導(dǎo)和投資，市場已經(jīng)做出了反映。大型國有電力企業(yè)和研究院所積極的投身于智能電網(wǎng)的研究之中，主要特點(diǎn)是研究內(nèi)容多面向于特高壓、高壓等大電網(wǎng)的運(yùn)行控制和保護(hù)技術(shù)以及相關(guān)的設(shè)計或產(chǎn)品，這一點(diǎn)得力于我國社會主義制度下的市場經(jīng)濟(jì)體制，它們有著政策和資金方面的優(yōu)勢。中小型電力企業(yè)也積極的開展了智能電網(wǎng)的研究或推出了相關(guān)產(chǎn)品。這些都沒有真正挖掘出潛在的市場推動力。大電網(wǎng)的研究中并沒有充分考慮新能源分布式電網(wǎng)的接入、運(yùn)行和退出問題，對智能電網(wǎng)的發(fā)展也沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就給以新能源分布式電網(wǎng)為主要業(yè)務(wù)的企業(yè)造成了困惑，阻礙了智能電網(wǎng)的發(fā)展。以新能源分布式發(fā)電為主要業(yè)務(wù)的中小型企業(yè)，尤其是民營企業(yè)，也顯示出了浮躁情緒，對能夠主導(dǎo)的適合市場需求的產(chǎn)品認(rèn)識不足或者投入不足。市場這些消極的方面在一定程度上弱化了智能電網(wǎng)的概念，更多商業(yè)化的考量讓企業(yè)更注重于目前所能擁有的產(chǎn)品，欲借智能電網(wǎng)概念銷舊產(chǎn)品的心理存在于很多電力企業(yè)當(dāng)中。

 真正的潛在的市場推動力可從以下幾個方面進(jìn)行研究：

 (1)第一類型：在政策上和資金上有優(yōu)勢的電力企業(yè)。這些公司當(dāng)積極的致力于大電網(wǎng)的建設(shè)上、當(dāng)大電網(wǎng)接入新能源分布式電網(wǎng)的情況下信息安全交互的產(chǎn)品以及大電網(wǎng)的運(yùn)行控制和保護(hù)相關(guān)的產(chǎn)品;

 (2)第二類型：政策上和資金上沒有太多優(yōu)勢的電力企業(yè)。這些公司應(yīng)當(dāng)把產(chǎn)品定位在配電市場以及微電網(wǎng)上，這樣可以不和第一類型的公司形成直接的市場競爭，從實(shí)際作用上來講，這些公司沒有足夠的實(shí)力來影響智能電網(wǎng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定，從配電市場上考慮，是以用戶為主要對象的考量，可以在一定程度的避開研發(fā)的產(chǎn)品不適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)而無法上網(wǎng)的概念局面，同時也避免了研發(fā)資金的浪費(fèi)。

 (3)第三類型：高校以及研究院所的電力研發(fā)人員。這部分人員雖然很少直接參與市場運(yùn)作，但對智能電網(wǎng)的市場發(fā)展起到了一定的推動作用，尤其是智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定上，對我國未來進(jìn)一步建設(shè)的智能電網(wǎng)的市場方向起著舉足輕重的地位。

 3、智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

 通過對智能電網(wǎng)的分析研究，在智能電網(wǎng)的發(fā)展過程中，存在著亟待解決的幾大關(guān)鍵技術(shù)，比如安全的信息交互技術(shù)、可靠的信息和數(shù)據(jù)采集技術(shù)、微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)后的運(yùn)行控制和保護(hù)技術(shù)等。

 3.1安全的信息交互技術(shù)

 如何實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化，對于信息的采集、判斷和處理是非常關(guān)鍵的，在一定程度上講，電網(wǎng)的信息化是智能電網(wǎng)的主要特征之一。在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化的過程中，安全的信息交互顯得更為重要，電力系統(tǒng)專有的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)的信息交互的要求，即便是電力系統(tǒng)專有的網(wǎng)絡(luò)同樣也存在信息交互不安全的風(fēng)險。并且隨著電網(wǎng)的智能化的程度的提高，信息交互不安全的風(fēng)險以及由這種不安全所引起的故障或事故越大。目前安全的信息交互技術(shù)的開發(fā)和利用是電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)要求的關(guān)鍵技術(shù)之一。

 安全的信息交互技術(shù)前提是要求信息在傳輸過程中不能丟失或者發(fā)生丟失后能夠及時補(bǔ)發(fā)，如果不能補(bǔ)發(fā)應(yīng)能夠有所標(biāo)記。在信息實(shí)現(xiàn)交互的過程中，能夠判別出交互對象的合法性，要在盡可能短的瞬間做出判斷是否與之進(jìn)行信息交互，如果不合法要及時舍棄與之進(jìn)行信息交互并及時這種信息反饋給信息給出者或者與之交互對象的上一級管理者。

 安全的信息交互需要更多的信息進(jìn)行處理，這比單一的發(fā)出或?qū)邮艿降男畔⑦M(jìn)行處理而不去詢問信息是否合法不同，它需要信息交互的雙方都做出識別，因此，在傳輸?shù)男畔⒘棵黠@增大了，所以對所要求的處理能力有所提高。

 3.2可靠的信息和數(shù)據(jù)采集技術(shù)

 可靠的信息和數(shù)據(jù)采集可以認(rèn)為是智能電網(wǎng)接受到的第一手資料，電網(wǎng)所有的智能化的實(shí)現(xiàn)都依據(jù)它采集到的信息和數(shù)據(jù)，如果信息和數(shù)據(jù)采集失誤，電網(wǎng)所作出的一切判斷指令都可能是錯誤的。

 對于信息和數(shù)據(jù)的采集必須處理好電力系統(tǒng)中時間服務(wù)器的時間基準(zhǔn)，應(yīng)該考慮到時間服務(wù)器失調(diào)等情況，目前我國電力系統(tǒng)所用的時間服務(wù)器對時裝置多采用的是GPS系統(tǒng)，隨著我國北斗系統(tǒng)的商業(yè)化運(yùn)行，國家出于戰(zhàn)略和安全的考慮，同時隨著北斗系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和可靠性在經(jīng)受起實(shí)踐檢驗(yàn)后，勢必提高北斗系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的對時裝置中的使用范圍。因此在針對我國智能電網(wǎng)的可靠的信息和數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究過程中，不應(yīng)當(dāng)忽視這一點(diǎn)。

 實(shí)現(xiàn)可靠的信息和數(shù)據(jù)的采集首要的任務(wù)是開發(fā)和設(shè)計出安全可靠的信息和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，必須實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的雙向通信，通過信息和數(shù)據(jù)的反饋來驗(yàn)證采集到的信息和數(shù)據(jù)是否是所需要的，針對信息和數(shù)據(jù)做出安全可靠的預(yù)處理。為獲得可靠的信息和數(shù)據(jù)采集必須處理好采集設(shè)備的EMC、EMI問題。

 3.3微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)后的運(yùn)行控制和保護(hù)技術(shù)

 隨著我國能源戰(zhàn)略的需求，以新能源分布式發(fā)電為主的微電網(wǎng)必然會有接入大電網(wǎng)的訴求。

 美國對于以新能源分布式發(fā)電為主的微電網(wǎng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出，這就大大限制了分布式能源效能的充分發(fā)揮。另一方面，目前配電系統(tǒng)所具有的無源輻射狀運(yùn)行結(jié)構(gòu)以及能量流動的單向、單路徑特征，使得分布式發(fā)電必須以負(fù)荷形式并入和運(yùn)行，即發(fā)電量必須小于安裝地用戶負(fù)荷，導(dǎo)致分布式發(fā)電能力在結(jié)構(gòu)上就受到了極大限制。與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)接近負(fù)荷，不需要建設(shè)大電網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓或超高壓輸電，可以減少線損，節(jié)省輸配電建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用;由于兼具發(fā)電、供熱、制冷等多種服務(wù)功能，分布式能源可以有效地實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，達(dá)到更高的能源綜合利用效率。微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)是能源發(fā)展的必然結(jié)果，因此研究微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)后的運(yùn)行控制和保護(hù)技術(shù)也是目前智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

 由于微電網(wǎng)本身所具有的可靠性相對于大電網(wǎng)是比較差的，而且微電網(wǎng)的發(fā)電穩(wěn)定性隨著周圍的環(huán)境變化較大，所以必須切實(shí)的處理好微電網(wǎng)接入后的運(yùn)行控制和保護(hù)問題。

 4、結(jié)論

 我國國家電網(wǎng)公司確立了智能電網(wǎng)三步走的原則，2011年～2015年是全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用。因此必須切實(shí)的把握好根據(jù)我國長期的能源格局情況下智能電網(wǎng)的內(nèi)涵，進(jìn)一步挖掘和利用好智能電網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動力，有針對性的對其中的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是對一些亟待解決的技術(shù)難題進(jìn)行研究分析是更具有現(xiàn)實(shí)意義的。從國家電網(wǎng)公司的投資發(fā)展環(huán)境看，智能電網(wǎng)是大勢所趨，對于智能電網(wǎng)的起源、發(fā)展歷程以及內(nèi)涵有一個明確的認(rèn)識是確保智能電網(wǎng)的概念不被弱化的關(guān)鍵，也只有確切的把握好智能電網(wǎng)的內(nèi)涵才能挖掘出內(nèi)在的發(fā)展驅(qū)動力，才能有的放矢的對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

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