上海市節(jié)能協(xié)會(huì) 藍(lán)毓俊

國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年5月21日發(fā)布了建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃。到2020年將全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，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)化特征的現(xiàn)代化電網(wǎng)。

1 智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展

1.1 什么是智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)(Smart Grid)最早于2003年6月，由美國(guó)“未來(lái)能源聯(lián)盟智能電網(wǎng)工作組”提出的。當(dāng)時(shí)提出智能電網(wǎng)的定義為“集成了傳統(tǒng)的現(xiàn)代電力工程技術(shù)、高級(jí)傳感和監(jiān)視技術(shù)、信息與通信技術(shù)的輸配電系統(tǒng)，具有更加完善的性能并且能夠?yàn)橛脩籼岣咭幌盗性鲋捣?wù)”。目前各國(guó)專家對(duì)智能電網(wǎng)有多種解釋，在世界上還沒(méi)有一個(gè)很權(quán)威的統(tǒng)一的定義。在以后的一些報(bào)告中所提出的智能電網(wǎng)定義，在說(shuō)法上也有所不同，但基本含義還是一致的。例如有的專家提出智能電網(wǎng)是利用傳感、嵌入式處理、數(shù)字化通信和IT技術(shù)，將電網(wǎng)信息集成到電力公司的流程和系統(tǒng)，使電網(wǎng)可觀測(cè)（能夠監(jiān)測(cè)電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)），可控制（能夠控制電網(wǎng)所有元件的狀態(tài)）和自動(dòng)化（可自適應(yīng)并實(shí)現(xiàn)自愈）；也有專家認(rèn)為智能電網(wǎng)是通過(guò)信息技術(shù)和電力運(yùn)營(yíng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使電力系統(tǒng)各部分（發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等）自動(dòng)化的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)完全的終端對(duì)終端的系統(tǒng)進(jìn)入視野——可視化（a total end-to-end systems view）的電網(wǎng)等。

1.2 對(duì)于“智能電網(wǎng)”的不同看法

我國(guó)專家認(rèn)為：智能電網(wǎng)應(yīng)包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電 、變電 、配電 、用電和調(diào)度共六個(gè)領(lǐng)域，具有信息化、數(shù)字化 、自動(dòng)化 、互動(dòng)化等主要“智能”技術(shù)特征；

美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的重點(diǎn)在配電和用電側(cè)，推動(dòng)可再生能源發(fā)展，注重商業(yè)模式的創(chuàng)新和用戶服務(wù)的提升等。

1.3 美國(guó)的智能電網(wǎng)計(jì)劃

1）美國(guó)的智能電網(wǎng)計(jì)劃

2009年美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布計(jì)劃撥40億美元，用于投資智能電網(wǎng)。美國(guó)統(tǒng)稱為統(tǒng)一智能電網(wǎng)（Unified National Smart Grid），是指將基于分散的智能電網(wǎng)結(jié)合成全國(guó)性的網(wǎng)絡(luò)體系。

2）美國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的主要作用

美國(guó)希望通過(guò)建設(shè)統(tǒng)一智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)美國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)的智能化，以解決分布式能源體系的需要，并以長(zhǎng)短距離、高低電壓的智能網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接客戶電源。

在保護(hù)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)前提下，營(yíng)建新的輸電電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可再生能源的優(yōu)化輸配，提高電網(wǎng)的可靠性和清潔性等。智能電網(wǎng)可以平衡整合類似美國(guó)亞利桑那州的太陽(yáng)能發(fā)電和俄亥俄州的工業(yè)用電等跨州用電的需求，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的電力優(yōu)化調(diào)度、監(jiān)測(cè)和控制，從而實(shí)現(xiàn)美國(guó)整體的電力需求管理，為實(shí)現(xiàn)美國(guó)跨區(qū)的可再生能源提供平衡。

解決太陽(yáng)能、氫能、水電能和車輛電能的存儲(chǔ)，以幫助用戶出售多余電力，包括解決電池系統(tǒng)向電網(wǎng)回售富裕電能。實(shí)際上，這個(gè)體系就是以美國(guó)的可再生能源為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)美國(guó)發(fā)電、輸電、配電和用電體系的優(yōu)化管理。

3）美國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的初步規(guī)劃

美國(guó)正在規(guī)劃建設(shè)美國(guó)第一座全集成“智能電網(wǎng)城市”——科羅拉多州（Colo）博爾德市（Boulder）的智能電網(wǎng)。美國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)規(guī)劃也考慮了將加拿大、墨西哥等地電力整合的合作。

1.4 歐洲的智能電網(wǎng)計(jì)劃

1）歐洲的智能電網(wǎng)

歐洲把智能電網(wǎng)稱為超級(jí)智能電網(wǎng)（Super Smart Grid）。它是將廣域電力輸送網(wǎng)絡(luò)與智能電網(wǎng)結(jié)合起來(lái)的廣域智能網(wǎng)絡(luò)，使用范圍涉及歐盟、北非、中東等國(guó)家和地區(qū)；通過(guò)超級(jí)智能電網(wǎng)計(jì)劃，充分利用潛力巨大的北非沙漠太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源發(fā)展?jié)M足歐洲的能源需要，完善未來(lái)的歐洲能源系統(tǒng)；

2）歐洲建設(shè)智能電網(wǎng)的策略

2006年歐盟理事會(huì)的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競(jìng)爭(zhēng)的和安全的電能策略》明確強(qiáng)調(diào)，歐洲已進(jìn)入一個(gè)新的能源時(shí)代，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。目前，英、法、意等國(guó)都在加快推動(dòng)智能電網(wǎng)的應(yīng)用和變革。

2009年初，歐盟有關(guān)圓桌會(huì)議進(jìn)一步明確要依靠智能電網(wǎng)技術(shù)將北海和大西洋的海上風(fēng)電、歐洲南部和北非的太陽(yáng)能融入歐洲電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模集成的跳躍式發(fā)展。

2 國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃

國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃分為以下三個(gè)階段：

第一階段2009年～2010年為規(guī)劃試點(diǎn)階段。重點(diǎn)開(kāi)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開(kāi)展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn)工作。

第二階段2011年～2015年為全面建設(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。

第三階段2016年～2020年，為引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備全面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。屆時(shí)，電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力大大提升，清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35%，分布式電源實(shí)現(xiàn)“即插即用”，智能電表普及應(yīng)用。

上海市電力公司為了打造建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)，積極為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能受端電網(wǎng)打下基礎(chǔ)，其中 包括完成建設(shè)國(guó)網(wǎng)公司信息化“SG186”示范工程；2010年建成100千瓦級(jí)儲(chǔ)能電站示范工程；研發(fā)電動(dòng)汽車及相配套的充電站技術(shù)；在崇明建成兆瓦級(jí)光伏發(fā)電站及智能電網(wǎng)的示范工程；建成國(guó)內(nèi)最大海上100兆瓦東海大橋風(fēng)電場(chǎng)；建成符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的智能化（數(shù)字化）變電站；初步建成上海電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。規(guī)劃實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”高度一體化融合，將上海世博園區(qū)電網(wǎng)建設(shè)成我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能受端電網(wǎng)的示范工程等。

3 國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本內(nèi)涵

“堅(jiān)強(qiáng)”和“智能”是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本內(nèi)涵。信息化是指實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)信息的高度集成、共享與利用；數(shù)字化是指電網(wǎng)對(duì)象、結(jié)構(gòu)、特性及狀態(tài)的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；自動(dòng)化是指電網(wǎng)控制策略的自動(dòng)優(yōu)選、運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控和故障狀態(tài)的自動(dòng)恢復(fù)；互動(dòng)化是指電源、電網(wǎng)和用戶資源的友好互動(dòng)和協(xié)調(diào)運(yùn)行。因此堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)。

4 智能電網(wǎng)的主要特征

4.1 自愈

有自愈能力的現(xiàn)代化電網(wǎng)可以發(fā)現(xiàn)并對(duì)電網(wǎng)的故障作出反應(yīng)，快速解決，減少停電時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失；突出智能電網(wǎng)的自愈功能制止級(jí)聯(lián)事件演變成大的停電事故，實(shí)施事件響應(yīng)的快速仿真決策，主動(dòng)介列靈活分區(qū)的分布協(xié)調(diào)/自適應(yīng)控制以及在緊急狀態(tài)下對(duì)分布式能源的輔助服務(wù)；具有故障定位與隔離（FLIR，對(duì)減少停電時(shí)間意義較大）和 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，非故障部分迅速恢復(fù)供電功能；注重電壓與無(wú)功控制（VVC）支持電網(wǎng)自愈；當(dāng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，繼電保護(hù)具有再整定功能RPR，實(shí)現(xiàn)智能化電力系統(tǒng)更新運(yùn)行方式后的保護(hù)，以達(dá)到電網(wǎng)在任一重構(gòu)時(shí)，要求一個(gè)新的電網(wǎng)方案和繼電保護(hù)的配合等。

4.2 安全及可靠性

現(xiàn)代化的電網(wǎng)在建設(shè)時(shí)即考慮徹底的安全和可靠性，開(kāi)展提高電網(wǎng)安全和可靠性的戰(zhàn)略研究，提高整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

4.3 互動(dòng)性

在現(xiàn)代化電網(wǎng)中，商業(yè)、工業(yè)和居民等能源消費(fèi)者可以看到電費(fèi)價(jià)格、有能力選擇最合適自己的供電方案和電價(jià)；開(kāi)展研制高級(jí)電能表為基礎(chǔ)的計(jì)量體系（AMI），這是一種基于開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展模式、是將所有消費(fèi)者信息一體化的方法，它能讓消費(fèi)者能更高效地利用電能，及時(shí)探測(cè)系統(tǒng)中的問(wèn)題，從而讓電力公司可以快速診斷和消除故障隱患。高級(jí)計(jì)量體系能實(shí)現(xiàn)“友好型消費(fèi)高效”概念中的“設(shè)備價(jià)格”，例如能源按其成本被實(shí)施定價(jià)的價(jià)格信號(hào)，被傳輸?shù)健爸悄堋奔彝タ刂苹蚪K端消費(fèi)設(shè)備上，這些設(shè)備能自動(dòng)的一次處理基于此時(shí)的消費(fèi)愿望以及此時(shí)系統(tǒng)能力的信息，從而節(jié)約了那些本會(huì)被大量消耗的能源。

4.4.提供適應(yīng)21世紀(jì)需求的電能質(zhì)量

現(xiàn)代化的電網(wǎng)不會(huì)有電壓跌落、電壓尖刺、擾動(dòng)和中斷等電能質(zhì)量問(wèn)題，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心、計(jì)算機(jī)、電子和自動(dòng)化生產(chǎn)線的需求；

4.5.適應(yīng)所有的電源種類和電能儲(chǔ)存方式

現(xiàn)代化的電網(wǎng)要允許各類可再生能源、清潔能源、新能源和分布式供能的即插即用地連接，包括電能儲(chǔ)存設(shè)備等。

4.6 可市場(chǎng)化交易

現(xiàn)代化的電網(wǎng)支持持續(xù)的全國(guó)性、區(qū)域性及省市間的電力市場(chǎng)交易，允許地方性與局部的電力改革或電力市場(chǎng)的革新。

4.7 優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)提高運(yùn)營(yíng)效率

現(xiàn)代化電網(wǎng)可以在已建成系統(tǒng)中提供更多的能量，僅需建設(shè)少許新的基礎(chǔ)設(shè)備，花費(fèi)很少的運(yùn)行維護(hù)成本。

5 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域

5.1 發(fā)電領(lǐng)域：風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電及分布式供能的并網(wǎng)和儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究；

5.2 輸電領(lǐng)域：安全監(jiān)控（大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、網(wǎng)域測(cè)量技術(shù)、相量測(cè)量裝置、傳感器和量測(cè)技術(shù)）；特高壓交直流相關(guān)設(shè)備研制和關(guān)鍵技術(shù)研究；750kV可控電抗器和串補(bǔ)補(bǔ)償裝置關(guān)鍵技術(shù)研究及相關(guān)設(shè)備研制等；

5.3 變電領(lǐng)域：智能化（數(shù)字化）變電站、靈活交流輸電技術(shù)、無(wú)功補(bǔ)償發(fā)生器（STATCOM,SVC）、故障電流限制器的研究，尤其是對(duì)超導(dǎo)技術(shù)包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器及超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)研究；

5.4 配電領(lǐng)域：儲(chǔ)能技術(shù)（鈉流電池）、電動(dòng)汽車充電、配電自動(dòng)化、微電網(wǎng)技術(shù)框架和接入技術(shù)與分布式儲(chǔ)能裝置研究；

5.5 用電領(lǐng)域：智能電表、用電信息采集系統(tǒng)、可再生能源即插即用技術(shù)；雙向互動(dòng)營(yíng)銷技術(shù)、示范工程建設(shè)及高級(jí)量測(cè)和家電控制配套技術(shù)研究；

5.6 調(diào)度領(lǐng)域：一體化智能調(diào)度系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度可視化、數(shù)字化電網(wǎng)、智能調(diào)度管理模式和技術(shù)支持系統(tǒng)以及智能電網(wǎng)信息架構(gòu)與模型的研究等。