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(duì)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(duì)我國智能電網(wǎng)的定義、發(fā)展驅(qū)動(dòng)力以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析，以期對(duì)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(xiàng)目”是該研究的第一個(gè)啟動(dòng)項(xiàng)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(shí)采集數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析環(huán)境變化，及時(shí)作出預(yù)警和報(bào)警。這是世界上第一個(gè)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(shí)，應(yīng)急管理是電網(wǎng)的一項(xiàng)重要功能。[1]它需要對(duì)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(duì)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(gè)新的技術(shù)方向。 從這個(gè)角度講，智能電網(wǎng)的起源于對(duì)國家安全和反對(duì)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(huì)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(jì)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(gè)項(xiàng)目，分為分布式發(fā)電、輸電、儲(chǔ)能、高溫超導(dǎo)體和其他整合項(xiàng)目五大類。這些項(xiàng)目被認(rèn)為是發(fā)展互動(dòng)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(huì)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(gè)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(huì)議上，中國國家電網(wǎng)公司公布了建設(shè)以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的“堅(jiān)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(dòng)、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(duì)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(duì)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(huì)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(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)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(duì)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(jí)自主管理的、并能夠和用戶形成互動(dòng)的、同時(shí)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(dòng)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(duì)于能源緊缺意識(shí)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(huì)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(huì)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(dòng)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(shí)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(jiān)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(dòng)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(dòng)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(jì)或產(chǎn)品，這一點(diǎn)得力于我國社會(huì)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(dòng)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(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展也沒有一個(gè)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(duì)能夠主導(dǎo)的適合市場需求的產(chǎn)品認(rèn)識(shí)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(dòng)力可從以下幾個(gè)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(duì)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(shí)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(duì)智能電網(wǎng)的市場發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用，尤其是智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)制定上，對(duì)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(duì)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(duì)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(xiǎn)。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(xiǎn)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(shí)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(duì)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(shí)舍棄與之進(jìn)行信息交互并及時(shí)這種信息反饋給信息給出者或者與之交互對(duì)象的上一級(jí)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(shí)別，因此，在傳輸?shù)男畔⒘棵黠@增大了，所以對(duì)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(cuò)誤的。

 對(duì)于信息和數(shù)據(jù)的采集必須處理好電力系統(tǒng)中時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間基準(zhǔn)，應(yīng)該考慮到時(shí)間服務(wù)器失調(diào)等情況，目前我國電力系統(tǒng)所用的時(shí)間服務(wù)器對(duì)時(shí)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(shí)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(duì)時(shí)裝置中的使用范圍。因此在針對(duì)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(jì)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(duì)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(huì)有接入大電網(wǎng)的訴求。

 美國對(duì)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(shí)，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(dòng)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(jí)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(duì)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(dòng)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(dòng)力，有針對(duì)性的對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是對(duì)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(duì)于智能電網(wǎng)的起源、發(fā)展歷程以及內(nèi)涵有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)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(dòng)力，才能有的放矢的對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

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