文／中國電器工業(yè)協(xié)會智能電網(wǎng)設備工作委員會／

“十一五”期間，我國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，風電總裝機連續(xù)5年實現(xiàn)翻番。截止2010年底，風電總裝機容量達到4182.7萬千瓦，其中3100萬千瓦裝機實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，與美國風電規(guī)模相當。2010年，風電發(fā)電量達到450億千瓦時，比上年增長63%。同時，風電行業(yè)也呈現(xiàn)了一些行業(yè)性的問題，先后發(fā)生機組裝機后無法正常并網(wǎng)；風機質量、脫網(wǎng)事故頻繁發(fā)生；由于風電企業(yè)多且技術能力參差不齊、永磁材料價格大幅度上漲、低價競標等因素導致風電企業(yè)利潤大幅下滑。為促進風電行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，中國電器工業(yè)協(xié)會召開中國電器工業(yè)協(xié)會風力發(fā)電電器設備分會2011年年會暨專題研討會，結合當前形勢和行業(yè)任務，研究確定風電產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式調(diào)整的方向、標準、認證等。

一.發(fā)展智能電網(wǎng)的原因

1.發(fā)展智能電網(wǎng)轉變經(jīng)濟發(fā)展方式的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

發(fā)展智能電網(wǎng)是節(jié)能環(huán)保的最重要、最有效的手段之一；是新能源汽車戰(zhàn)略得以實施的基本前提條件；是信息技術與高端裝備制造深度融合發(fā)展的重要依托；是高端裝備制造業(yè)的重要內(nèi)容，同時智能電網(wǎng)也是領跑中國經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。

2.發(fā)展智能電網(wǎng)減少對化石能源消耗—節(jié)能減排的要求

提高化石能源利用效率，減少消耗總量；提高電網(wǎng)運行效率，減少消耗需求；新能源及分布式電源的接入，減少消耗需求；改善電網(wǎng)運行方式，減少發(fā)電裝機總量；這些都要求發(fā)展智能電網(wǎng)。

提高電網(wǎng)運行效率，減少消耗需求：實施科學的需求側管理，到2020年，可減少裝機1億kW左右，超過5個三峽工程裝機容量，同時還可節(jié)約8000億元至10000億元的投資。新的能源資源：到2020年達到抽水蓄能6千萬kW；核電9千萬kW；風電1.8億kW；太陽能發(fā)電2千萬kW；天然氣發(fā)電2千萬kW，非化石能源發(fā)電達到6.85億kW，可代替約7億噸標煤。

目前電機安裝總功率約7.5億kW，采用智能化技術使其系統(tǒng)運行效率提高10%，則可減少相當于三個多三峽工程的裝機容量。到2020年，我發(fā)電裝機容量約為18.85億kW（變壓器與發(fā)電裝機容量比例大于10:1，變壓器裝機容量約100億kW），變壓器變電損耗占發(fā)電總量約10%，通過智能化措施其損耗能降低1%，則節(jié)約1.885千萬kW裝機容量，比三峽地上發(fā)電裝機容量還大；城市10kV配電線路和變壓器的年平均載荷率低于30%。2020年智能配電，若6%～8%的峰荷消減，減少的發(fā)電容量約為2193萬kW。

3.減少對化石能源依賴—能源安全的要求

發(fā)展智能電網(wǎng)減少了化石能源的消耗，開辟了新的能源供應和利用的條件，推動我國能源結構的優(yōu)化調(diào)整，增加了能源多元化的能源保障輸送渠道。

4.電網(wǎng)自身發(fā)展方式轉變的要求

發(fā)展智能電網(wǎng)能夠提高電網(wǎng)的安全性和供電可靠性，提高能源資源及設備利用效率，促進技術、設備、運行和管理等的創(chuàng)新提升，提高電網(wǎng)運營效率。

其中改善電網(wǎng)運行方式有HVDC技術和FACTS技術，前者是更大容量和更遠距離輸電的方式，后者能提高輸電能力、減輕瓶頸壓力。目前線損率6.72%，2020年降低至6.5%，到時特高壓傳輸?shù)娜萘繛?億kW以上，節(jié)約電量達到578億kWh。在高壓、中低壓領域可降低線損率的空間更大。

5.經(jīng)濟社會發(fā)展的要求

經(jīng)濟社會的發(fā)展，需要有大量的電能消耗供應增長，發(fā)展智能電網(wǎng)是轉變經(jīng)濟發(fā)展方式重要、有效途徑；能源資源分布與負荷中心分布不匹配，發(fā)展智能電網(wǎng)為能源資源優(yōu)化配置創(chuàng)造條件，提供了切實可行的途徑；經(jīng)濟社會發(fā)展對電能質量提出了更高要求，發(fā)展智能電網(wǎng)為高新技術發(fā)展、科技創(chuàng)新、高端制造創(chuàng)造條件，為公眾生產(chǎn)、生活提供更高質量的電能。

二、智能電網(wǎng)解析

1.智能電網(wǎng)的描述

以物理電網(wǎng)為基礎(中國智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎)，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。

它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質量、適應電力市場化發(fā)展等為目的，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

1.1 智能電網(wǎng)的描述——范圍

從目的和功能看，單純的傳統(tǒng)輸電網(wǎng)絡絕難完成智能電網(wǎng)的使命。須將發(fā)電、變電、配電、用電環(huán)節(jié)等納入，實現(xiàn)發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)各環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌管理，才能實現(xiàn)電能高效、低碳的生產(chǎn)、輸送、調(diào)度、分配及使用。智能電網(wǎng)有一定社會學屬性，需要不斷發(fā)展，適時的、合理的加以修正、補充及完善。

1.2 智能電網(wǎng)的描述——社會學屬性

智能電網(wǎng)是一個涉及社會范圍廣大的系統(tǒng)工程，需涉電各環(huán)節(jié)密切協(xié)同完成，它引入科學的管理思想，緊跟現(xiàn)代科技發(fā)展步伐且涉及多種高新技術，將引起人們生活理念的變化。

2.智能電網(wǎng)的功能特征——對電網(wǎng)的要求

堅強：保持供電能力，保證電網(wǎng)的安全運行

自愈：自動故障診斷、隔離和系統(tǒng)自恢復能力

兼容：支持可再生、分布式發(fā)電和微電網(wǎng)的接入

經(jīng)濟：資源合理配置，降低網(wǎng)損，提高利用效率

集成：信息的高度集成和共享

優(yōu)化：通過優(yōu)化提高資產(chǎn)利用，降低運維護成本

3.智能電網(wǎng)的技術特征——對設備的要求

測量數(shù)字化：對設備相關量做就地數(shù)字化

測量控制網(wǎng)絡化：對設備實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的控制

狀態(tài)可視化：使設備狀態(tài)在電網(wǎng)中是可觀測的

功能一體化：對設備可進行功能一體化

設計信息互動化：與調(diào)度、設備運管及用戶互動

4.智能電網(wǎng)的特殊屬性

開放性：接納用戶參與、吸收高新技術

包容性：接納各種分布式多元的能源接入

系統(tǒng)性：是一個全方位、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)工程

廣泛性：電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、涉及電力用戶數(shù)量巨大

互動性：相鄰電站、站與電網(wǎng)調(diào)度、用戶與電站

5.智能化與數(shù)字化電站區(qū)別（如下表）

6.智能電網(wǎng)設備

智能電網(wǎng)設備要求：先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保；前提是一次設備，通信、傳感技術先進；可靠方法為一次設備與其智能組件的有機結合體，途徑是依靠先進可靠的信息、通信技術，實現(xiàn)信息可靠、及時、準確傳輸。

三、智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

1.我國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2011年3月的《綱要》中，在多處、從不同角度明確提出要大力發(fā)展智能電網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)。智能電網(wǎng)工作已取得階段性進展，在26個省市開展了21類共228個智能電網(wǎng)試點項目的建設，在發(fā)電、輸變電、用電等各個環(huán)節(jié)進行了原有設備的改造、升級和新設備的研制和開發(fā)。

我國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀試點工程評價：

1）系列標準中提出的智能變電站技術原則、體系結構、功能要求，設計、測試、運維、調(diào)試驗收等內(nèi)容符合變電站技術發(fā)展方向。

2）一次設備智能組件、IEC61850的應用、信息一體化技術、高級應用功能、站用一體化電源等技術成熟，可以推廣。

3）結合出現(xiàn)的一些問題，新的研究成果及經(jīng)驗，有必要對相關標準進行補充和修訂。電子式互感器關鍵技術、網(wǎng)絡跳閘關鍵技術、一次設備智能化的通信要求和檢測規(guī)范，二次設備的整合、站域控制等需深入研究。

2.智能電網(wǎng)發(fā)展國家相關政策

新能源產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發(fā)電、風電技術裝備、智能電網(wǎng)、生物質能。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重達到8%。

3.發(fā)展目標

建設以特高壓電網(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。

4.發(fā)展規(guī)劃

未來十年，智能電網(wǎng)領域將約有4萬億元的建設投資。預計2011年至2015年將新建改造8000座智能變電站，這一階段預計投資2萬億元；2016年至2020年將新建改造7700個智能變電站，這一階段預計投資1.7萬億元。

5.用戶對智能電網(wǎng)設備的需求

智能電網(wǎng)的發(fā)展雖然涉及范圍十分廣大，但根據(jù)我國的能源發(fā)展格局及智能電網(wǎng)發(fā)展客觀現(xiàn)狀，智能電網(wǎng)設備制造企業(yè)的情況，目前較為重要的是輸、變、配、用和調(diào)度管理環(huán)節(jié)，而發(fā)電環(huán)節(jié)，一般的制造企業(yè)主要需要為新能源發(fā)電并網(wǎng)利用進行研究，主要包括控制器技術、高效儲能技術、逆變器技術、功率預測技術、并網(wǎng)接入技術、智能調(diào)控技術等。以下主要叢輸電環(huán)節(jié)介紹。

1）智能輸變電系統(tǒng)

智能變電站采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)調(diào)互動等高級功能。

將礦用電動輪自卸車變流系統(tǒng)的整流器輸出的電壓，作為輸入常量勢源，三相逆變器的其中一相作為參考，另外兩相以可調(diào)變換器（MTF）替代，通過對m1和m2的可調(diào)控制，達到對電容器提供的電壓進行控制，對礦用電動輪自卸車變流系統(tǒng)進行鍵合圖建模符合實際變流系統(tǒng)，并且滿足控制的需要。

采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基礎，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)調(diào)互動等高級功能。

智能輸變電設備的總體發(fā)展要求是提高設備的智能程度，提高智能電子裝置的準確性和可靠性，降低智能輸變電設備的成本。

——智能開關設備

（1）操作智能化：自動選擇操動機構及滅弧室預定的工作條件；對合分閘相位控制。

（2）狀態(tài)檢測與判斷：監(jiān)測運行狀態(tài)，增加可靠性，判斷工作狀態(tài)，預測壽命及失效率評估，最佳運行調(diào)控。

（3）二次控制智能化：自動監(jiān)測開關設備狀態(tài)、自動處理信息、自動診斷保護和自動顯示、記錄等功能。

分合閘操作智能化是指動觸頭從一個位置到另一個位置的自適應控制的轉換，能夠根據(jù)監(jiān)測到的不同故障電流信號，自動選擇操動機構及滅弧室預先設計預定的工作條件，獲得實際開、斷時電氣和機械性能上的最佳效果。對斷路器的合分閘相位的控制可以大大提高斷路器的開斷能力，提高斷路器的可靠性。

監(jiān)測自身的運行狀態(tài)，增加開關設備運行的可靠性，并能判斷其工作是否正常，給出壽命預測及失效率評估及對其進行最佳運行調(diào)控，可以有效地提高電網(wǎng)的可靠性。

二次控制智能化應具有自動監(jiān)測開關設備狀態(tài)、自動處理信息、自動診斷保護和自動顯示、記錄等功能。

——智能變壓器

關鍵是要實時反映變壓器的運行狀態(tài)，能夠在統(tǒng)一信息模型和服務模型的網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)信息共享和互操作。采用統(tǒng)一建模的網(wǎng)絡協(xié)議通過網(wǎng)絡實現(xiàn)集成。

在現(xiàn)有技術基礎上，需進一步研究光纖繞組測溫、繞組變形監(jiān)測、局部放電定點或定量監(jiān)測、內(nèi)部振動監(jiān)測、絕緣狀態(tài)監(jiān)測、變壓器節(jié)能冷卻控制技術等。

輸變電設備智能化所需的IED，還需滿足如下要求：

（1）支持標準通訊協(xié)議: IEC61850 和TCP/IP。

（2）具有互操作性，不同廠家的 IED間可 互聯(lián)。

（3）內(nèi)嵌 Web 維護界面，支持遠程維護功能。

（4）帶有跟蹤自診斷功能，確保系統(tǒng)異常后實時報警。

（5）滿足室外長期運行要求。

滿足室外長期運行要求，必須保證能夠在惡劣環(huán)境或極端環(huán)境和變電站強電磁干擾環(huán)境下，安全可靠運行。

2）測量及監(jiān)測設備

——傳感器

目前主要使用傳感器大都屬于技術水平不是很高但對可靠性和穩(wěn)定性卻要求非常高的通用傳感器；技術水平要求較高的測量電流、電壓的光纖傳感器現(xiàn)在在電力行業(yè)應用還較少。

傳感器承擔了智能電網(wǎng)實時信息的最前端測量、監(jiān)測信息的直接獲取，可以說傳感器技術的發(fā)展很大程度上決定了智能電網(wǎng)發(fā)展水平。我國電力行業(yè)使用傳感器的場合是很多的，從發(fā)、輸、變、配、用各個環(huán)節(jié)都離不開傳感器技術的應用。主要使用傳感器有：電流傳感器、電壓傳感器、局部放電傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器等。這些傳感器大都屬于技術水平不是很高但對可靠性和穩(wěn)定性卻要求非常高的通用傳感器，技術水平要求較高的測量電流、電壓的光纖傳感器現(xiàn)在在電力行業(yè)應用還較少。

——互感器

電子互感器設計制造需進一步滿足數(shù)字化、絕緣簡單、頻響快、機械抗性強、無危險、測量精度高、易集成、易安裝、易更換、環(huán)保等特點。

目前是傳統(tǒng)的電磁互感器與電子式互感器并存。全光纖互感器工程應用開始起步，其可靠性和穩(wěn)定性及壽命等技術問題還需進一步研究解決。

——在線監(jiān)測技術

在線監(jiān)測與診斷技術，要求傳感器技術水平不斷提高，可實現(xiàn)采用多參量綜合檢測的方法，去研究運行中狀態(tài)特征參量的變化規(guī)律以及應用一些新數(shù)字信號分析技術。

采用先進的現(xiàn)代科學技術及工程技術，確保電網(wǎng)堅強、靈活、智能、高效運行，滿足現(xiàn)代社會對供電可靠性和電能質量的要求。

我國變壓器、GIS等關鍵電力設備的在線監(jiān)測與診斷技術，要求傳感器技術水平不斷提高，可實現(xiàn)采用多參量綜合檢測的方法去研究運行中狀態(tài)特征參量的變化規(guī)律（如：超高頻局部放電檢測、超聲波絕緣缺陷檢測、油中氣體在線監(jiān)測、光纖溫度在線測量等）以及一些新數(shù)字信號分析技術應用于在線監(jiān)測中；采用先進的傳感器技術、計算機技術、電力電子技術、數(shù)字系統(tǒng)控制技術、靈活高效的通信技術，才能確保電網(wǎng)堅強、靈活、智能、高效運行，滿足現(xiàn)代社會對供電可靠性和電能質量的要求，優(yōu)化發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)調(diào)度，實現(xiàn)運行方式自適應管理，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗以及績效指標的優(yōu)化，提升管理和決策水平。

——通信

要構建以骨干通信電路、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)通信電路為主，各級通信網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電力專用通信網(wǎng)；

滿足智能電網(wǎng)需求的傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)、支撐網(wǎng)全方位的通信系統(tǒng)。

以提高對各級通信資源調(diào)配能力、提高對各類通信業(yè)務承載能力、提高對各種自然災害和外力破壞抵御能力為目標。

要構建以骨干通信電路、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)通信電路為主，各級通信網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電力專用通信網(wǎng)。以提高對各級通信資源的調(diào)配能力、提高對各類通信業(yè)務的承載能力、提高對各種自然災害和外力破壞的抵御能力為目標，滿足電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度等各個環(huán)節(jié)的通信需求。構建滿足智能電網(wǎng)需求的傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)、支撐網(wǎng)全方位的通信系統(tǒng)。

3）智能配電設備

——配電一次設備

要求配電網(wǎng)測控保護技術：

向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展。

各種保護、控制技術：

進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設備。

配電網(wǎng)測控保護技術將向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展，以適應多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設備。

永磁操動機構及具備數(shù)字化測控技術的同步柱上真空開關，新型固體絕緣介質的環(huán)網(wǎng)柜；完整有效的智能配電裝備成套運行的狀態(tài)預警技術。

——配電二次設備

配電二次設備是保證配電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟運行的，與之相配套的必不可少的重要裝備。自適應多元化電源、靈活配用電要求的智能終端，支持軟插件與邏輯組態(tài)、動態(tài)在線整定及遠程維護，實現(xiàn)裝置與一次電力設備的高度集成，為10 kV配電網(wǎng)分布電源接入的配電網(wǎng)保護與控制提供技術支撐。

國內(nèi)對配電二次設備的要求具體大致有以下幾點：多樣化；從信息孤島到集成的配電管理系統(tǒng)DMS；配電網(wǎng)優(yōu)化運行；定制電力技術的應用；分布式電源接入。

4）智能用電設備要求

——智能用電系統(tǒng)

用電環(huán)節(jié)智能化主要包括建設和完善智能雙向互動服務平臺和相關技術支持平臺，實現(xiàn)與電力用戶的能量流、信息流、業(yè)務流的雙向互動，全面提升公司雙向互動用電服務能力。用電信息采集系統(tǒng)、智能化用電裝置是該環(huán)節(jié)發(fā)展側重點。但國內(nèi)智能電能表在使用壽命，工藝外觀等方面與國外有一定差距，不過這些年已經(jīng)逐步改進。

在系統(tǒng)主站方面，各類用電信息采集系統(tǒng)要針對不同采集用戶對象獨立建設，如建設負荷管理系統(tǒng)實現(xiàn)50kVA及以上專變用戶信息采集，建設集中抄表系統(tǒng)實現(xiàn)居民用戶信息采集。需要克服系統(tǒng)獨立建設的方式給系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享帶來障礙，難以完全滿足不同專業(yè)、不同層面的數(shù)據(jù)需求等矛盾。要提高系統(tǒng)標準化程度，滿足省級、電力企業(yè)總部等更高層面的數(shù)據(jù)應用需求。

在采集設備方面，要克服用戶用電信息采集的終端設備多種多樣，遵循的技術標準不盡相同，根據(jù)安裝設備用戶類型不同，其功能及性能也不同等矛盾。加強提采集設備技術標準的統(tǒng)一性，減少設備多樣化，及在功能與性能等方面的差異，給系統(tǒng)運行維護提供方便。

——智能家居控制系統(tǒng)

家庭智能交互終端是實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的“大腦”，要利用4C技術（即計算機、網(wǎng)絡與通訊、自控、IC卡四種不同的技術，電力PLC即電力網(wǎng)絡路由器，EPON是基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡），通過電力PLC+EPON光纖的傳輸網(wǎng)絡，將多元信息服務與管理、物業(yè)管理與安防、住宅智能化系統(tǒng)集成，為住宅小區(qū)的服務與管理提供高技術的智能化手段，實現(xiàn)快捷高效的超值服務與管理，提供安全舒適的家居環(huán)境。

智能家居是以住宅為平臺，集系統(tǒng)、結構、服務、管理、控制于一體，與居家生活有關的各種設備有機地結合起來，通過網(wǎng)絡化綜合管理家中設備，來創(chuàng)造一個優(yōu)質、高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保，簡單說就是智能化的居住生活空間。

——網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)

網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)要求信息化程度提高，性能穩(wěn)定可靠，編程方便，安裝調(diào)試簡單，價格便宜。

網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)要做系統(tǒng)模塊化與網(wǎng)絡化設計，除具備防雷擊、防浪涌、過電壓保護等基本功能外，其網(wǎng)絡單元要易于重構，靈活組網(wǎng)；人性化的人機界面，使用方便；低成本與低功耗，實用性強。相互關聯(lián)性及與不同電器的兼容性要高，家具和辦公環(huán)境用電網(wǎng)絡能系統(tǒng)化節(jié)能，網(wǎng)絡化遠程監(jiān)控。實現(xiàn)家居電器的節(jié)能、智能、網(wǎng)絡管理，向節(jié)能減排、物聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展。

——智能樓宇&小區(qū)&城市

樓宇智能化控制其中一個重要的任務是通過使用能量優(yōu)化功能，并考慮最優(yōu)的能源價格標準和負荷的管理功能降低整體能源消耗減少資源浪費，降低日常運行成本。在樓宇、小區(qū)的范圍內(nèi)可以結合微網(wǎng)、綠色能源等新技術，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，與大電網(wǎng)互為支撐，實現(xiàn)最大程度的能源浪費減少，充分發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)的效能。

智能電網(wǎng)的建設突出的不同就是互動性，采用EPON或電纜復合光纖入戶（PFTTH）加電力線寬帶的方式，通過電網(wǎng)的配、用電網(wǎng)絡實現(xiàn)了光纖到樓宇，甚至入戶的方式，為信息網(wǎng)絡“最后一公里”的最終解決提供了低成本、高性能的解決方案，也為國家“三網(wǎng)合一”的規(guī)劃提供了現(xiàn)實基礎。高速的光纖網(wǎng)絡結合電網(wǎng)可以遍布整個城市，通過網(wǎng)絡建設和應用分離的方式，通過互聯(lián)網(wǎng)絡可以接入諸如智能政府、智能醫(yī)療、智能交通、智能路燈等許許多多的公共服務資源，更可以偵測、分析和整合各種數(shù)據(jù)，對市民的服務需求地作出智能化的響應。

——用戶端設備

（1）用戶端電能管理、負載控制與管理系統(tǒng)都通過數(shù)字化技術的運用，實現(xiàn)有效、可靠的運行，促進各類傳感器研究與應用；

（2）全面提升綜合服務能力，最大限度滿足用戶多元化需求；借助雙向供電技術，實現(xiàn)雙向互動營銷；智能樓宇、智能家電、智能交通等建設的推動；

（3）面對全球性能源短缺，全球氣候變暖、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展等問題，發(fā)展分布式光伏發(fā)電；

（4）先進的分布式儲能技術、電池儲能、超級電容器儲能等技術的開發(fā)與應用；

四、智能電網(wǎng)設備研發(fā)方向

智能電網(wǎng)設備是多學科交叉和融合的結果。它涵蓋了傳統(tǒng)電器、電力系統(tǒng)自動化、微機控制、微電子技術、電力電子技術及數(shù)字通信和計算機網(wǎng)絡等多種學科的相關知識。它需要現(xiàn)代傳感技術、通信技術、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術、微處理技術、設備制造技術、新材料應用技術、控制技術、決策支持技術、功率預測技術、現(xiàn)代管理技術、標準體系等多方面的支持。部分介紹如下：

1.智能電網(wǎng)設備支撐技術

1.1 電力電子技術

電力電子技術是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科。電力電子技術的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子技術分為電力電子器件制造技術和交流技術（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。

根據(jù)器件特點和電能轉換要求有多種電力電子電能轉換電路，還包括各種控制、觸發(fā)、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次電路。

新型電力電子技術設備，有并網(wǎng)逆變器、靜態(tài)開關和電能質量控制裝置等。利用電力電子技術，可實現(xiàn)開關設備更加智能準確的選相合分閘控制。

1.2 通信技術—IEC61850標準

目前國際上統(tǒng)一的變電站無縫網(wǎng)絡通信標準，它采用抽象通信服務接口并將之映射到成熟的通信技術，適應網(wǎng)絡的發(fā)展；采用面向對象建模技術，面向設備建模和自我描述，以適應功能擴展，滿足應用開放互操作要求；采用變電站配置語言，定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性，擴充數(shù)據(jù)和設備管理功能，傳輸采樣測量值等。

網(wǎng)絡控制和通信信息技術是保障智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎技術。電力信息技術方面，信息存儲與處理向海量信息與大規(guī)模復雜高速計算發(fā)展，信息業(yè)務系統(tǒng)趨向集中化、總線化，信息和控制終端趨向本地化、智能化、互動化和自動化。需要綜合考慮多種通信協(xié)議的集成；無線通信與有線通信集成；控制與通信有機結合；網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)通用解決方案與專用解決方案。

1.3 控制技術

控制技術是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預測狀態(tài)，并確定和采取適當?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。它緊密依靠并服務于四個關鍵技術領域，如參數(shù)測量技術（監(jiān)測的基本元件），集成通信技術、先進設備技術（提供及時和適當?shù)捻憫冗M決策技術（對任何事件進行快速診斷）。

1.4 傳感器技術

1）新型的傳感技術應用，需要采用各類新型的傳感技術，光電隔離技術，數(shù)據(jù)傳輸技術，解決供電、強弱電隔離、抗干擾，局放內(nèi)置探頭位置問題等。

2）傳感器的植入技術，要采用統(tǒng)一的接口和相關的植入規(guī)范和標準，融合各種傳感器信息；有可能改變原設備的機械結構和電場分布的，要重新設計、驗證。

2.智能電網(wǎng)工程示范中存在的問題

2.1 一次電力設備與二次設備

1）一、二次設備間的關系

產(chǎn)品智能化過程中，一、二次設備劃分界線趨于模糊，導致二次設備廠家對其在電網(wǎng)智能化建設中角色的偏頗，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了新的嚴峻的考驗因素；這也意味著責任界定的困難。

智能變電站試點工程告一段落，為智能電網(wǎng)設備研發(fā)制造進行了十分有益的探索，取得了很好的業(yè)績效果，但其中出現(xiàn)的一些問題也為我們進行智能電網(wǎng)設備研發(fā)提出了實實在在的課題。

2）二次元器件對一次電力設備本體的影響

傳感器對一次電力設備本體的影響以及傳感器本身的可靠性需進一步研究，智能組件就地安裝的環(huán)境，要求組件柜要能夠營造適合IED工作的溫度及濕度條件，其內(nèi)部的IED要具有更好地電磁兼容特性，因而一次電力設備本體傳感器配置、安裝方式等需進一步研究規(guī)范，智能組件的布局方式、內(nèi)部通信、性能配置等亦須規(guī)范。

3）實現(xiàn)形式

試點工程多采用“一次高壓電力設備+傳感器+智能組件”形式實現(xiàn)，整體上一體化、小型化、緊湊化程度不高。

4）電子式互感器

原理、配置選型、設計安裝具有明顯而較大的差別；現(xiàn)場測試及調(diào)試標準需完善；產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性表現(xiàn)較差；有合并單元發(fā)熱、傳輸數(shù)據(jù)無效的現(xiàn)象。

電子式互感器工作原理、配置選型、設計安裝具有明顯而較大的差別，現(xiàn)場測試及調(diào)試標準需進一步完善但難度較大，因供貨企業(yè)層次差距較大而致使其穩(wěn)定性和可靠性表現(xiàn)較差。同時也存在著合并單元發(fā)熱、傳輸數(shù)據(jù)無效的現(xiàn)象。

2.2 通信信息

1）關于IEC61850標準

對標準研究不深入，溝通與交流不夠，對規(guī)范理解不統(tǒng)一，模型及配置工具不統(tǒng)一；標準有待補充完善，在工程中需規(guī)范應用。

2）協(xié)同互動

站域之間的協(xié)同互動、協(xié)調(diào)合作工作薄弱。

3）信息數(shù)據(jù)的規(guī)范

信息滿足一體化要求的程度不一致，集成化程度不統(tǒng)一，各站之間差別更大。在某些方面信息數(shù)據(jù)種類太雜、太多，占有存儲空間太大。

4）網(wǎng)絡結構

網(wǎng)絡結構形式多樣，需進一步研究提供保護可靠采樣跳閘的實施技術與手段。因為信息的來源、用途以及采用的技術手段等的相異，信息滿足一體化要求的程度不一致，集成化程度也不統(tǒng)一，各站之間差別更大。同時，在某些方面信息數(shù)據(jù)種類太雜、太多，對數(shù)據(jù)篩選不夠，占有存儲空間太大。

3.設備研發(fā)方向

產(chǎn)品的現(xiàn)將傳感器或/和控制器、智能組件與先進的高壓設備本體或部件進行一定程度的一體化設計；在智能組件中將相關測量、控制、計量、監(jiān)測、保護進行一體化融合設計；產(chǎn)品的性能監(jiān)測、運行狀態(tài)監(jiān)測、設備功監(jiān)測、絕緣狀態(tài) 監(jiān)測、輔助設備工作狀態(tài)監(jiān)測控制等入手。高壓設備與通信、輔助部分、與站控一體化平臺要做統(tǒng) 一的綜合規(guī)劃設計，為電站高級管理應用作好準備。

高壓設備實現(xiàn)智能化的切入點需注意：

——電網(wǎng)狀態(tài)

電壓、電流、頻率

——設備絕緣狀態(tài)

開關設備SF6氣體狀態(tài)（壓力、微水含量、成分、溫度）監(jiān)測、局部放電監(jiān)測（放電量、定位）；

變壓器局部放電監(jiān)測及定位、油中溶解氣體監(jiān)測、套管絕緣監(jiān)測、油及絕緣材料中微水及油色譜分析、介損監(jiān)測等。

——設備性能狀態(tài)

開關設備控制器、監(jiān)測功能組、測量及控制裝置、合并單元選相合閘控制器、信息建模、導體溫升、觸頭溫升專家診斷系統(tǒng)等；

變壓器狀態(tài)監(jiān)測及控制功能組、電量測量、光纖繞組測溫、非電量保護、合并單元、信息建模、鐵心接地電流、繞組變形、專家診斷系統(tǒng)等。

——輔機狀態(tài)

開關設備機構狀態(tài)監(jiān)測，可包括分、合閘線圈電流波形、分、合閘時間、行程-時間曲線、儲能系統(tǒng)狀態(tài)等，根據(jù)工程實際選擇應用；遠期可研究機械振動、動態(tài)回路電阻。

變壓器冷卻裝置、OLTC（有載分接開關）、變壓器油壓力、油液面位置等。

3.1 輸變電設備

1）智能開關設備

在傳統(tǒng)性能方面，在同樣電壓等級下，開關設備應開發(fā)更大容量、更緊湊的產(chǎn)品。要發(fā)展真空等環(huán)境友好介質在更高電壓等級開關上的應用；加強技術領先的新型滅弧室、新型操動機構應用。

在智能開關設備方面，還可在操動機構、組合電流電壓互感器、溫升監(jiān)控、電壽命監(jiān)控、選相合閘、智能組件功能等方面作進一步的提升。

2）智能變壓器

智能變壓器在傳統(tǒng)性能方面：同樣電壓下，變壓器向更大容量、更緊湊方向發(fā)展；換流變出線絕緣套、穿墻套管等直流裝置研究。750kV冷卻裝置智能控制系統(tǒng)做功能提升及推廣。研究電子傳感裝置的性能穩(wěn)定及可靠性保障措施。

——通信方面

冷卻器控制IED可直接接入站控層網(wǎng)路；有載分接開關（OLTD）IED接入過程層網(wǎng)絡和站控層網(wǎng)絡。

——主監(jiān)測功能

表2 變壓器常規(guī)測量項目及技術要求

新造產(chǎn)品局放監(jiān)測宜采用內(nèi)置型特高頻天線接收式或外置型高頻線圈耦合式監(jiān)測技術。投運產(chǎn)品宜采用外置型高頻線圈耦合式或超聲波監(jiān)測技術。

3）測量及監(jiān)測設備

——傳感器

測量傳感器與國外差距大；

電網(wǎng)在線監(jiān)測方面，各個環(huán)節(jié)監(jiān)測、采集到的狀態(tài)信息要求實時性高、具有一致性、準確性，對得到的信息分析、診斷、研判和決策方面有差距。涉及電網(wǎng)系統(tǒng)本身裝備狀態(tài)信息，系統(tǒng)運行狀態(tài)信息和其它相關信息。

（1）輸電線路運行狀態(tài)與氣象環(huán)境監(jiān)測裝置、測量傾角和線路電流的電力測量環(huán)、以及測震儀。

（2）SF6開關設備狀態(tài)評估、故障監(jiān)測及診斷技術。

（3）超高頻局部放電檢測、超聲波絕緣缺陷檢測、 氣相色譜在線監(jiān)測、光纖溫度在線測量、光電測量。

（4）電力設備劣化多因子（包括電、熱、機械、化學、環(huán)境等因子）老化規(guī)律研究。

——互感器

全光纖產(chǎn)品高準確度下的動態(tài)范圍大、抗干擾能力強、測量不失真、安裝方式靈活、安全環(huán)保等特點，但需進一步研究其可靠性和穩(wěn)定性問題，需要通過溫度、沖擊、振動和低氣壓下等各種特定條件下的驗證。

低功耗、羅氏線圈等形式的產(chǎn)品更易達到較高的可靠性和穩(wěn)定性。

——在線監(jiān)測和評估系統(tǒng)

提高在線監(jiān)測和評估系統(tǒng)的準確性，實現(xiàn)智能電網(wǎng)設備與調(diào)控系統(tǒng)的信息互動。提高和完善已開發(fā)監(jiān)測裝置的性能，加強在線監(jiān)測系統(tǒng)的智能化水平，形成專家系統(tǒng)，為分析判斷被測設備故障的依據(jù)。

完善智能電網(wǎng)設備在線監(jiān)測和評估系統(tǒng)，提高在線監(jiān)測和評估系統(tǒng)的準確性，讓電力系統(tǒng)與智能電網(wǎng)設備更加了解設備的運行狀態(tài)、控制狀態(tài)、可靠性狀態(tài)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)設備與調(diào)控系統(tǒng)的信息互動。

4）柔性交流輸電設備

柔性交流輸電系統(tǒng)即FACTS(Flexible AC Transmission System)是指采用基于電力電子元件的控制器和其他靜止控制器，以提高其可控性和增強功率傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。FACTS設備能給電力系統(tǒng)帶來眾多好處，主要作用歸納如下：較大規(guī)模的控制潮流；提高輸電線路輸送容量；依靠限制短路和設備故障影響來防止線路串級跳閘；阻尼電力系統(tǒng)振蕩。

需重點研究以下設備：

柔性交流輸電換流閥、柔性交流輸電電纜、柔性多端交流輸電系統(tǒng)、靜止無功補償器（SVC）、可控并聯(lián)電抗器（CSR）、統(tǒng)一潮流控制器UPFC、靜止同步補償器（STATCOM）、障電流限制器（FCL）、串補/可控串補（FSC/TCSC）、故靜止同步串聯(lián)補償器（SSSC）。

3.2 配電設備

1）配電一次設備

配電一次設備大致應具有6項功能：運行時自身狀態(tài)的監(jiān)測、診斷、記錄和實時顯示；系統(tǒng)參數(shù)的測量和記錄；信號數(shù)字化、通信網(wǎng)絡化；控制保護；長壽命、高可靠，延長開關設備的檢修周期。配電網(wǎng)測控保護技術將向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展，以適應多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設備。

——通用性金屬封閉開關

將向著高可靠性、免維護、智能化、小型化、操作方便、外觀精美、低成本的方向發(fā)展。開發(fā)新一代全工況、免維護、高可靠性、小型化的負荷開關以及環(huán)網(wǎng)柜，可實現(xiàn)配電自動化，是環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展的重要方向。

——中低壓設備

固體絕緣環(huán)網(wǎng)開關柜（SIS）設備研制，環(huán)保型氣體絕緣環(huán)網(wǎng)開關柜（E-GIS）研發(fā)，永磁操動機構和中、高壓真空滅弧室的仿真技術研究和制造技術。

——柱上開關設備

迫切需要進行在線監(jiān)測、遠動、遠控、負荷轉移等智能化技術的改造，使配電自動化開關設備具備自動識別，自動隔離，自動轉功的功能。

要關注環(huán)保智能化柱上開關、智能配電網(wǎng)保護測控一體化裝置、智能配變監(jiān)測終端、復合電能質量控制器、高效節(jié)能配電變壓器、集成智能配電站、配電自動化系統(tǒng)、充放電配電保護與測控裝置、智能配電裝備快速保護動作機構等產(chǎn)品。

2）配電二次設備

配電網(wǎng)自動化向多樣化、集成化、智能化方向發(fā)展。

配網(wǎng)自動化主站應該具有如下功能：

（1）基于全網(wǎng)拓撲的分析應用；

（2）智能化的自愈控制；

（3）支持調(diào)控一體化應用；

（4）與相關系統(tǒng)的互動化應用。

配電終端設備應該具有如下功能：

（1）一次開關、變壓器設備的在線監(jiān)測功能；

（2）智能分布式終端將得到廣泛應用；

（3）變電站自動化系統(tǒng)將向10kV饋線延伸，與配電終端密切配合實現(xiàn)饋線自動化功能；

（4）與一次設備結合，實現(xiàn)就地故障快速隔離，小電流接地探測、相位同期檢測等功能。

3）微網(wǎng)設備

微網(wǎng)設備將要有對有功功率、無功功率、電壓、頻率的輸出進行控制的功能；具備一定的故障維持能力，為大電網(wǎng)做支撐；能實時給調(diào)度提供發(fā)電設備的相關信息，保證電能質量要求。微網(wǎng)設備需要研制開發(fā)微網(wǎng)與大電網(wǎng)的接入設備、微網(wǎng)監(jiān)測和保護控制設備、微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，微網(wǎng)內(nèi)部的變頻和逆變設備。

3.3 用電設備

1）智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)

智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)是集成化的系統(tǒng)軟件和管理平臺；應用計算機控制技術和智能化運行算法進一步優(yōu)化系統(tǒng)運行與用電規(guī)劃；具有人性化界面（可視化工具和性能儀表板等）及決策支持工具（報警工具, 方案工具等，避免管理者誤操作）；適應多種分布式電源接入，實現(xiàn)多電源協(xié)調(diào)管理模式；使用各種智能傳感技術，實現(xiàn)更高層次系統(tǒng)智能化控制與保護；形成系統(tǒng)全面解決方案，滿足不同類型用戶需求；它能提供多種增值服務，建立新型電能消費模式，推動低碳綠色經(jīng)濟發(fā)展。

2）低壓電器設備

需要研究具有如下特點的低壓電器設備：

采用統(tǒng)一平臺與標準體系，能實現(xiàn)其網(wǎng)絡化管理和控制；

具有早期預警與快速安全恢復和自愈等功能；

能實現(xiàn)全電流范圍的控制與保護功能。

3）智能家居/智能樓宇設備

家庭智能交互終端、智能插座、各種家用傳感器以及包括智能空調(diào)、智能電視、智能冰箱、智能洗衣機、智能吸塵器、智能電飯煲等在內(nèi)的智能家電。

4）智能小區(qū)系統(tǒng)

小區(qū)主站軟件、終端設備（用電信息采集終端、分布式電源及儲能裝置、電動汽車充電站監(jiān)控裝置、自動用電服務終端）、通信信道、用電信息采集系統(tǒng)、雙向互動服務系統(tǒng)、電動汽車充電控制系統(tǒng)、分布式電源管理系統(tǒng)、小區(qū)配電自動化系統(tǒng)。