摘 要:本文分析了智能電網(wǎng)的愿景，結(jié)合中國國情下的電力發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)前電網(wǎng)架構(gòu)，提出了中國特色的智能電網(wǎng)架構(gòu)的發(fā)展前景和建設(shè)方向，并給出了中國特色智能電網(wǎng)的核心組成。

關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng) 中國特色 架構(gòu) 核心組成

中圖分類號:TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0060-02

近年來，“智能電網(wǎng)”這個詞很是熱門，甚至已經(jīng)從電力專業(yè)的領(lǐng)域走進(jìn)了普通大眾的視野。美國、歐盟、俄羅斯等國家紛紛投入對智能電網(wǎng)的研究，國內(nèi)外很多專家學(xué)者也都將目光投向智能電網(wǎng)的領(lǐng)域。我國從1999年清華大學(xué)提出“數(shù)字電力系統(tǒng)”的理念，揭開數(shù)字電網(wǎng)研究的序幕，到2009年我國首次提出智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，再到現(xiàn)在智能電網(wǎng)已成為電力發(fā)展戰(zhàn)略。中國必將走出一條符合國情的、建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展之路。

1 智能電網(wǎng)愿景

首先需要明確，什么才是“智能電網(wǎng)”。在這一方面，美國能源部、歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)論壇、電網(wǎng)智能化聯(lián)盟、美國電科院都給出了各自對于智能電網(wǎng)核心價值、主要特性以及關(guān)鍵技術(shù)等的構(gòu)想。但是，在現(xiàn)階段，“智能電網(wǎng)”還沒有一個明確的概念。不過可以肯定的是，“智能電網(wǎng)”是對現(xiàn)有電網(wǎng)的整體提升，是“未來電網(wǎng)”的代名詞。智能電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源的兼容、替代和優(yōu)化利用。雖然沒有一個統(tǒng)一的明確的定義，但是在描述未來電網(wǎng)的時候各國的專業(yè)機(jī)構(gòu)或?qū)W者都提出了“智能電網(wǎng)”的愿景。比如智能電網(wǎng)歐洲技術(shù)論壇認(rèn)為未來電網(wǎng)應(yīng)具有高靈活性、高可接入性、高可靠性、高經(jīng)濟(jì)性;美國國家能源技術(shù)實(shí)驗室則認(rèn)為，未來電網(wǎng)應(yīng)該更可靠、更堅強(qiáng)、更經(jīng)濟(jì)、更高效、更加環(huán)境友好、更安全。

現(xiàn)階段“智能電網(wǎng)”是一個愿景，但是智能電網(wǎng)的愿景并非空想，它是具有戰(zhàn)略意義的電力發(fā)展的前景與方向。

2 中國特色智能電網(wǎng)構(gòu)架

智能電網(wǎng)的概念具有靈活性。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況不同、電網(wǎng)建設(shè)水平不同、能源的分布和利用水平不同，世界各國對于智能電網(wǎng)愿景的構(gòu)想、概念的描述和戰(zhàn)略側(cè)重點(diǎn)必然不同。2009年5月21日，我國首次提出智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo):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)。清潔能源的發(fā)展、我國能源分布和供應(yīng)特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)快速發(fā)展，都要求加快建設(shè)智能電網(wǎng)。因此，避免盲目效仿歐美、而應(yīng)該立足于中國國情的智能電網(wǎng)的構(gòu)架具有戰(zhàn)略意義:優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全供應(yīng);提升電網(wǎng)對清潔能源的接納能力及大范圍能源資源優(yōu)化配置能力;促進(jìn)節(jié)能減排、推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展;實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全可持續(xù)發(fā)展。

2.1 我國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展應(yīng)基于中國國情

我國領(lǐng)土范圍大、地域跨度廣、城鄉(xiāng)用電的差別大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源分布都非常不均衡，以上這些都是我國智能電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)立足國情而不應(yīng)照搬歐美模式的原因。電網(wǎng)發(fā)展側(cè)重點(diǎn)和格局的不同，決定了我國智能電網(wǎng)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域及關(guān)鍵立足點(diǎn)必然會有別于歐美。

我國正處在經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的關(guān)鍵時期，負(fù)荷需求增長快，電網(wǎng)必須快速發(fā)展以適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和人民生活的日常需求。因此，在對智能電網(wǎng)進(jìn)行研究的過程中，應(yīng)側(cè)重于輸電網(wǎng)智能化和綠色能源及微網(wǎng)的接入領(lǐng)域?！皥詮?qiáng)智能電網(wǎng)”包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實(shí)現(xiàn)了“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)。

堅強(qiáng)智能電網(wǎng)所引領(lǐng)的，是我國能源工業(yè)發(fā)展的未來。

2.2 中國特色智能電網(wǎng)的核心構(gòu)成

智能電網(wǎng)實(shí)際上就是將電網(wǎng)智能化，使其能夠?qū)﹄娏Φ纳a(chǎn)、輸送和消費(fèi)作出實(shí)時的最優(yōu)的控制與調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力的需求并同時保證對生態(tài)環(huán)境的最低污染和最少破壞。為了能夠更好的建設(shè)中國特色的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，國電公司對“中國式智能電網(wǎng)”作出清晰界定: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、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。一個堅強(qiáng)統(tǒng)一的智能電網(wǎng)，必須有完善強(qiáng)力的硬件與軟件作為支撐?？梢詫㈦娋W(wǎng)劃分成控制中心層、數(shù)據(jù)交互傳輸層、信息采集和動作執(zhí)行層這三個層，如圖1所示。

立足于中國電力發(fā)展現(xiàn)狀的堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)是由先進(jìn)的實(shí)時信息采集系統(tǒng)、高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道、容量充裕的故障信息處理方案數(shù)據(jù)庫、準(zhǔn)確靈活的動作系統(tǒng)作為核心硬件支撐的，具有出色的自愈功能，整個電網(wǎng)能夠根據(jù)實(shí)時狀態(tài)提供最優(yōu)運(yùn)行方案而保證安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，以及電力合理分配與高質(zhì)量供給。

(1)先進(jìn)的實(shí)時信息采集系統(tǒng)。智能化是堅強(qiáng)統(tǒng)一電網(wǎng)充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在，而智能化的最基礎(chǔ)的工作就是電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集。只有在保證數(shù)據(jù)及時采集、傳輸?shù)娇刂茮Q策中心的前提下，才能談到智能電網(wǎng)的實(shí)時控制和優(yōu)化。

由于國土面積大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，能源分布與消費(fèi)在地域上不統(tǒng)一等原因，我國的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是及其復(fù)雜的。若是進(jìn)一步考慮到配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，則整個電網(wǎng)是非常復(fù)雜的。這對運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)和信息的采集造成了很大的障礙。目前，電網(wǎng)的信息采集主要就是依靠RTU，也就是遠(yuǎn)動終端來完成。遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。中國特色的智能電網(wǎng)所需要的先進(jìn)的實(shí)時信息采集系統(tǒng)，是在現(xiàn)有RTU基礎(chǔ)上的提升和發(fā)展，這個系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確、快速地采集電網(wǎng)運(yùn)行過程中的各項指標(biāo)和數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這就涉及到下文所述的通信的問題。因此，先進(jìn)的實(shí)時信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)最基本的組成部分，也是必須完成的基本任務(wù)。

(2)高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。信息化是我國堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的特征之一。信息的采集通過先進(jìn)的實(shí)時信息采集系統(tǒng)來完成的，但是如果這些數(shù)據(jù)和信息不能及時傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的控制中心，那么這些數(shù)據(jù)和信息就是無用的，控制決策中心也不能夠及時作出最優(yōu)的運(yùn)行方案。所以，需要有高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，為數(shù)據(jù)從信息采集層上傳至控制中心層和動作指令從控制中心層下傳至動作執(zhí)行層提供通信保障。這也就是數(shù)據(jù)交互傳輸層的作用—— 上傳下達(dá):通過終端傳感器、數(shù)據(jù)采集器將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成實(shí)時連接的網(wǎng)絡(luò)互動，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時、高速、雙向的效果，從而從通信方面提高電網(wǎng)的綜合效率。

對于目前電網(wǎng)來說，通信的快速與可靠與否是制約電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。對于智能電網(wǎng)來說，其對信息傳輸?shù)母黜椧蟊厝粫訃?yán)格。高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道實(shí)際上對智能電網(wǎng)的信息化建設(shè)提出了要求:充分利用目前電網(wǎng)通信資源，加快3G、光纖通信等技術(shù)融入電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)程;研發(fā)IPv6解決方案，使得各類電力參數(shù)傳感器、智能電網(wǎng)實(shí)時執(zhí)行機(jī)構(gòu)和用戶端的智能電表能夠組成有機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

(3)容量充裕的故障信息處理方案數(shù)據(jù)庫。我國電網(wǎng)建設(shè)在近年來突飛猛進(jìn)，取得了一個又一個成績。但同時要認(rèn)識到，由于資金、技術(shù)、規(guī)劃等方面的原因，我國電網(wǎng)骨干網(wǎng)架還不夠堅強(qiáng)，穩(wěn)定性不足，整體上發(fā)展水平還不高，解決故障時仍有軟肋。這也就成為了我國智能電網(wǎng)需要解決的問題之一。

上文所提及的電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)是指反映電力系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于跟蹤系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行狀況、將問題的事后解決變?yōu)槭孪阮A(yù)防有著重要意義。這就需要有一個數(shù)據(jù)庫存放這些數(shù)據(jù)。

自愈性，對于電網(wǎng)而言是一個非常重要的屬性，智能電網(wǎng)在此方面應(yīng)該有更加出色的表現(xiàn)。傳統(tǒng)電網(wǎng)的系統(tǒng)自愈性、自恢復(fù)能力完全依賴于物理實(shí)體的冗余。從電力工業(yè)發(fā)展的角度看，智能電網(wǎng)不可能再采用物理實(shí)體的冗余來保證自愈性，而是應(yīng)該從軟件的角度、系統(tǒng)控制方面來保證電網(wǎng)應(yīng)對故障沖擊的自愈能力。當(dāng)控制決策中心從采集的信息中檢測到不正常的數(shù)據(jù)后，應(yīng)能夠判斷故障類型并采取相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)自愈。因此，應(yīng)當(dāng)有一個故障信息處理方案數(shù)據(jù)庫，為檢測到的故障信息提供比對判斷，并通過判斷結(jié)果給出相應(yīng)的解決方案，通過控制相關(guān)設(shè)備動作，排除故障。該數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)有充裕的容量，并能通過每次發(fā)生的故障的記錄，通過一種“自學(xué)習(xí)”的方式自動補(bǔ)充完善數(shù)據(jù)庫，根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)通過專家系統(tǒng)、超實(shí)時仿真技術(shù)、電網(wǎng)云計算等構(gòu)建的先進(jìn)決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)中的任意情況快速分析診斷和響應(yīng)，為電網(wǎng)提供最優(yōu)的運(yùn)行方案。

綜上所述，容量充裕的故障信息處理方案數(shù)據(jù)庫不僅是一個存放電網(wǎng)運(yùn)行信息的數(shù)據(jù)庫，更是一個存儲了相應(yīng)故障解決方案、能快速提供解決問題措施的數(shù)據(jù)庫，是保證堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的一個重要部分。

(4)準(zhǔn)確靈活的動作系統(tǒng)。智能電網(wǎng)的高智能性和靈活性固然很大程度來自于數(shù)字化的信息采集、處理、控制方案的決策與下達(dá)，但是最終的控制信息的執(zhí)行還是要依靠物理實(shí)體的動作系統(tǒng)來執(zhí)行。對于電網(wǎng)而言，準(zhǔn)確、靈活地動作是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。對于智能電網(wǎng)而言，準(zhǔn)確靈活的動作系統(tǒng)更是電網(wǎng)能否實(shí)時優(yōu)化運(yùn)行、能否實(shí)現(xiàn)故障自愈的最后一環(huán)，是決定系統(tǒng)終端動作正確、快速、可靠與否的關(guān)鍵所在。

在我國，電網(wǎng)所處的氣候條件和自然環(huán)境是各異的。在一些地區(qū)，極端天氣和自然環(huán)境是影響電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要因素。這就要求電網(wǎng)負(fù)責(zé)動作執(zhí)行的硬件設(shè)備、裝置、元件需要有極高的動作可靠性。試想，一個反應(yīng)遲緩動作不準(zhǔn)確的繼電保護(hù)及開關(guān)系統(tǒng)，又怎能支撐起一個堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)呢？

(5)動態(tài)柔性的電源接入系統(tǒng)。傳統(tǒng)電網(wǎng)是一個剛性系統(tǒng)，電源的接入與退出、點(diǎn)能量的傳輸?shù)榷既狈椥?，致使電網(wǎng)沒有動態(tài)柔性及可組性。顯然，傳統(tǒng)電網(wǎng)在應(yīng)對新能源和微網(wǎng)接入系統(tǒng)的時候，就會力不從心。

能源危機(jī)在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時代愈來愈凸顯出來，世界各國都在尋求新的綠色能源。在我國，水能、風(fēng)能、太陽能等可再生能源資源規(guī)模大、分布較為集中但遠(yuǎn)離負(fù)荷，需要走集中開發(fā)、規(guī)模外送、大范圍消納的發(fā)展道路。但需要注意到的是，風(fēng)電、太陽能發(fā)電具有不確定性，發(fā)電的時機(jī)是隨機(jī)的、不穩(wěn)定的、間歇性的。這樣在客觀上就要求電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平必須十分優(yōu)秀，以適應(yīng)各類電源接入和送出的需要。由此來看，堅強(qiáng)智能電網(wǎng)是解決能源外送問題的必經(jīng)之路。而靈活的電源接入系統(tǒng)必將成為智能電網(wǎng)的一個重要的組成部分。

另外，智能電網(wǎng)的發(fā)展勢必會帶來電力市場的變革。從現(xiàn)在單一的電網(wǎng)公司售電給用戶發(fā)展為以智能電網(wǎng)為平臺的可以變換買賣角色的電力市場。用戶可以向電網(wǎng)公司購買電力，也可以在自己電力充裕的時候?qū)⑵潆娏ξ⒕W(wǎng)多余的電力出售給電網(wǎng)公司。這也要求智能電網(wǎng)有一套靈活的電源接入系統(tǒng)，可以根據(jù)電網(wǎng)的需要接入相應(yīng)的微網(wǎng)或斷開相應(yīng)的微網(wǎng)，在此同時，還必須保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行不受干擾。

通過靈活的電源接入系統(tǒng)使得我國的智能電網(wǎng)集中與分散相結(jié)合，能夠靈活變換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，智能重組系統(tǒng)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能的最佳配置，優(yōu)化電網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)語

毫無疑問，智能電網(wǎng)必將是世界各國未來電力工業(yè)發(fā)展的方向。但是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和發(fā)展基礎(chǔ)的不同、能源分布和消費(fèi)區(qū)域的差異都使得各國的智能電網(wǎng)的發(fā)展具有獨(dú)特性。我國的智能電網(wǎng)構(gòu)架必須要立足國情，面向未來，合理規(guī)劃電網(wǎng)的構(gòu)架與組成，確保電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化社會能源配置，提高能源綜合投資及利用效益，走出一條中國特色的、利國利民的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展之路。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電力監(jiān)管委員會.中國電力工業(yè)回顧與展望[N].中國電力報，2010-04-22.

[2] 何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].北京:中國電力出版社，2010.

[3] 肖進(jìn)杰.構(gòu)建中國智能電網(wǎng)技術(shù)思考[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33(9).