沈 梁 毛西吟 白 熊

（杭州市電力局，杭州 310009）

智能電網(wǎng)是當(dāng)前電力工業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)，也是電網(wǎng)的發(fā)展方向[1-2]。世界各國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)有不同的定義，但都離不開(kāi)信息化、自動(dòng)化和自愈能力[3]。中科院電工所曾對(duì)智能電網(wǎng)有如下定義：智能電網(wǎng)是以包括各種發(fā)電設(shè)備、輸配電網(wǎng)絡(luò)、用電設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備的物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)化與智能控制技術(shù)等與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)觀測(cè)、控制自動(dòng)化和系統(tǒng)綜合優(yōu)化平衡，從而使電力系統(tǒng)更加清潔、高效、安全、可靠。與中國(guó)強(qiáng)調(diào)物理設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)相比，歐美的智能電網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)能源的雙向流動(dòng)使電力市場(chǎng)多元化，保證市場(chǎng)充分競(jìng)爭(zhēng)，并和智能城市一起建設(shè)。這些差異主要由地區(qū)監(jiān)管機(jī)制、遺留基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)發(fā)展重點(diǎn)不同而產(chǎn)生[4-8]。

總的來(lái)講，智能電網(wǎng)能夠優(yōu)化電力供應(yīng)，促進(jìn)電網(wǎng)雙向溝通，實(shí)現(xiàn)終端用戶的能源管理，最大限度減少供電中斷，并按需傳輸電量。如各種新能源發(fā)電技術(shù)、電動(dòng)汽車與輸配電網(wǎng)的集成，將帶來(lái)常規(guī)電廠減負(fù)，用戶側(cè)用電成本下降，碳排放量減少。在設(shè)備技術(shù)層面，智能電網(wǎng)能監(jiān)測(cè)、控制電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)，可自適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)并在出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)自愈，并可將信息集成到電力公司的流程和系統(tǒng)中。這些實(shí)現(xiàn)依靠遍布于電網(wǎng)內(nèi)的各類智能傳感和控制設(shè)備，并利用智能信息采集和高級(jí)分析增強(qiáng)能源效率和可靠性。新一代電網(wǎng)將帶來(lái)新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，非傳統(tǒng)電力價(jià)值鏈的企業(yè)將對(duì)傳統(tǒng)的電力設(shè)備技術(shù)企業(yè)發(fā)起挑戰(zhàn)，專業(yè)智能電網(wǎng)服務(wù)公司會(huì)得到更多的市場(chǎng)份額。

1 智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前有90個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目正在全球推進(jìn)，同時(shí)，還有近90個(gè)項(xiàng)目正在籌建中。試點(diǎn)主要集中在北美、歐洲和澳大利亞。美國(guó)2012年在智能電網(wǎng)上的投資接近70億美元，其第一座全集成智能電網(wǎng)城市博爾德也在建設(shè)中。英國(guó)投資 2.9億美元給每個(gè)家庭安裝“智能電表”，計(jì)劃在2020年前完成。德國(guó)和西班牙政府都出臺(tái)了相關(guān)政策，大力推動(dòng)電動(dòng)汽車的消費(fèi)。澳大利亞在2009年通過(guò)新法案，規(guī)定到2020年澳大利亞20%電力必須來(lái)自可再生能源，并推行智能電網(wǎng)高級(jí)量測(cè)體系項(xiàng)目，引入分時(shí)電價(jià)。

此外韓國(guó)、日本和阿聯(lián)酋在打造智能電網(wǎng)城市的進(jìn)程中也處于前列。韓國(guó)和伊利諾伊智能電網(wǎng)合作，建設(shè)韓國(guó)第一個(gè)智能城市松島。日本建設(shè)智能城市橫濱，主要通過(guò)大量引入可再生能源與電動(dòng)汽車，實(shí)施智能能源管理。阿聯(lián)酋將建成全球首座“零碳城市”—馬斯達(dá)爾城。這些項(xiàng)目成功后相關(guān)國(guó)家將向全球出口智能電網(wǎng)技術(shù)和解決方案。

中國(guó)、印度、巴西等發(fā)展中大國(guó)同樣在加快提升電網(wǎng)的智能水平，尤其是中國(guó)，智能電網(wǎng)項(xiàng)目也非?；钴S。每年投資近百億加快智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，滿足城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)要求，提高電力供應(yīng)可靠性、電能質(zhì)量以及電網(wǎng)恢復(fù)能力。

伴隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，各種問(wèn)題不斷涌現(xiàn)。首先智能電網(wǎng)發(fā)展導(dǎo)致利益相關(guān)方不斷增加，作為智能電網(wǎng)建設(shè)主體的電網(wǎng)公司需處理的關(guān)系日益復(fù)雜。其次由于智能電網(wǎng)信息化的要求，如何確保數(shù)據(jù)安全是各方參與者面臨的一大難題。另外未來(lái)的立法方向不夠明朗，電力市場(chǎng)監(jiān)管方也未出臺(tái)強(qiáng)有力的政策議程來(lái)激勵(lì)。最后就是智能電網(wǎng)的真正價(jià)值和好處尚未得到充分驗(yàn)證，智能電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目推進(jìn)速度緩慢。

2 影響智能電網(wǎng)發(fā)展的因素

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)的局限

經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)呈現(xiàn)出日新月異的變化，使得電網(wǎng)復(fù)雜程度不斷提高、電網(wǎng)數(shù)據(jù)范圍和容量大規(guī)模增加，這需要電網(wǎng)管理者有更好的數(shù)據(jù)處理和分析能力。同時(shí)社會(huì)文明程度不斷提高，人們?cè)桨l(fā)青睞環(huán)境友好型能源與設(shè)備。小型風(fēng)電機(jī)、電動(dòng)汽車等設(shè)備會(huì)更多地被使用，用戶與電網(wǎng)系統(tǒng)的互動(dòng)增加，信息和能量也將雙向流動(dòng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，傳統(tǒng)電網(wǎng)將無(wú)法適應(yīng)這些要求，這是驅(qū)動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展的動(dòng)力之一。

2.2 城市化的契機(jī)

智能電網(wǎng)的建設(shè)需要資金和試驗(yàn)。具備一定規(guī)模的城市能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)項(xiàng)目提供額外籌資渠道，包括公共及私營(yíng)部門的合作、未來(lái)可能出現(xiàn)的綠色債券市場(chǎng)，在公共和私營(yíng)領(lǐng)域?yàn)榭沙掷m(xù)發(fā)展項(xiàng)目籌集資金。

另外，新規(guī)劃的城市是一個(gè)理想的試驗(yàn)場(chǎng)所，可提供規(guī)?；瘻y(cè)試的機(jī)會(huì)和一定規(guī)模的人力和服務(wù)設(shè)施，并且不會(huì)影響絕大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)和居民用電。新城建設(shè)為測(cè)試智能電網(wǎng)解決方案提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)，激發(fā)大量需要的智能電網(wǎng)創(chuàng)新。

2.3 公共政策的配合

隨著人們對(duì)氣候變化和低碳議程的關(guān)注度逐漸提高，不僅是政府部門需要轉(zhuǎn)變，監(jiān)管機(jī)構(gòu)同樣需要將政策目標(biāo)轉(zhuǎn)化為監(jiān)管框架。同時(shí)，一些行業(yè)層面的舉措需要實(shí)施，從而調(diào)整行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，保證智能電網(wǎng)的可交互性、數(shù)據(jù)保密性和數(shù)據(jù)安全等。

政府部門應(yīng)充分發(fā)揮在政策制定、促進(jìn)國(guó)際交流、基礎(chǔ)設(shè)施投資等方面的積極作用。通過(guò)賦予明確的行政權(quán)力來(lái)推動(dòng)智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型，為投資打下基礎(chǔ)。如政府職能部門需要加快標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程，改善可交互性，在已經(jīng)實(shí)施這些標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家和地區(qū)，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)融入試點(diǎn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中；監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要建立與政策議程相配套的監(jiān)管激勵(lì)機(jī)制并制定合理的刺激措施，凈化監(jiān)管環(huán)境使其充分反映政策目標(biāo)。在保護(hù)消費(fèi)者利益、平衡各項(xiàng)政策目標(biāo)的同時(shí)，鼓勵(lì)價(jià)值鏈上的私營(yíng)部門積極參與和創(chuàng)新。而作為試點(diǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電力公司需選擇合適的試點(diǎn)項(xiàng)目，并確保有效執(zhí)行試點(diǎn)實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)。從企業(yè)層面看，有必要建立畢業(yè)生和實(shí)習(xí)生儲(chǔ)備機(jī)制，重新培訓(xùn)現(xiàn)有工作人員。

2.4 試點(diǎn)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)

成功的試點(diǎn)項(xiàng)目將會(huì)成為智能電網(wǎng)建設(shè)的強(qiáng)大推動(dòng)力。如果試點(diǎn)項(xiàng)目能成功應(yīng)對(duì)各個(gè)階段的不同挑戰(zhàn)，能順利進(jìn)入推廣階段，將大大推進(jìn)智能電網(wǎng)主流化進(jìn)程。

試點(diǎn)項(xiàng)目的生命周期包括：行業(yè)背景準(zhǔn)備、范圍界定、執(zhí)行和經(jīng)驗(yàn)傳播等各個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 試點(diǎn)項(xiàng)目生命周期示意圖

成功的試點(diǎn)項(xiàng)目離不開(kāi)良好的行業(yè)背景，因此，智能電網(wǎng)的推進(jìn)需要政府賦予項(xiàng)目明確的行政權(quán)力，并創(chuàng)造有利的監(jiān)管環(huán)境。行業(yè)內(nèi)部也需要加快可交互性標(biāo)準(zhǔn)的推廣，并聯(lián)合開(kāi)發(fā)可靠技術(shù)為數(shù)據(jù)保密和數(shù)據(jù)安全提供保障。

周密詳盡的范圍界定是智能電網(wǎng)試點(diǎn)成功的關(guān)鍵決定因素。范圍界定工作包括：

1）明確范圍和設(shè)計(jì)參數(shù)。

2）避免目標(biāo)重疊。

3）把握開(kāi)發(fā)新運(yùn)行模式和商業(yè)模式的機(jī)會(huì)。

4）衡量試點(diǎn)廣泛成果，完善未來(lái)監(jiān)管合約內(nèi)容。

5）打造多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，明確職責(zé)和設(shè)計(jì)權(quán)限。

6）確立客戶價(jià)值觀。

試點(diǎn)項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行中可能遇到技術(shù)難點(diǎn)、流程障礙或地形差異等多重挑戰(zhàn)，因此必須在執(zhí)行階段保持足夠的靈活性和應(yīng)變能力，以應(yīng)對(duì)各項(xiàng)突如其來(lái)的挑戰(zhàn)。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)情況和數(shù)據(jù)應(yīng)用調(diào)整業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)功能、進(jìn)行能力差距分析、積極交流變革經(jīng)驗(yàn)。

早期試點(diǎn)成果已給智能電網(wǎng)實(shí)施的績(jī)效和挑戰(zhàn)帶來(lái)重要的啟發(fā)，這些信息和啟發(fā)又對(duì)下一輪的試點(diǎn)設(shè)計(jì)和建設(shè)產(chǎn)生影響。

改進(jìn)試點(diǎn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行的知識(shí)交流工作包括如下。

1）系統(tǒng)性地收集試點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2）分享試點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)。

3）制定通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4）注重現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流。

5）利用數(shù)據(jù)挖掘智能電網(wǎng)最大潛力。

6）與監(jiān)管機(jī)構(gòu)溝通并推進(jìn)主流化。

3 未來(lái)智能電網(wǎng)的主要技術(shù)支撐和應(yīng)用

在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和減少對(duì)石油依賴的背景下，世界能源發(fā)展和消費(fèi)方式正發(fā)生著深刻變革，如分布式能源應(yīng)用比例加大、電動(dòng)汽車的重新興起、用戶與電網(wǎng)的互動(dòng)等。這些變革是智能電網(wǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力，智能電網(wǎng)技術(shù)需支持這些新能源消費(fèi)方式。

3.1 支持分布式能源的技術(shù)

分布式能源由于在發(fā)電成本、利用效率、清潔環(huán)保以及能源設(shè)施抵御攻擊安全性方面的優(yōu)勢(shì)，正在逐步崛起。但隨著分布式能源接入電網(wǎng)比例的增加，配電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行面臨著穩(wěn)定性、電壓調(diào)節(jié)、潮流管理和保護(hù)的適應(yīng)性等挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)技術(shù)必須尋求解決方案。

從實(shí)現(xiàn)分布式能源應(yīng)用的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可預(yù)測(cè)和可控性，以及電網(wǎng)與其他能源網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行等方面，支持分布式能源的智能電網(wǎng)技術(shù)可分為分布式發(fā)電技術(shù)和支持分布式能源應(yīng)用的技術(shù)兩類。

發(fā)電技術(shù)主要包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微型水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、燃料電池等。

支持分布式能源應(yīng)用的技術(shù)包括如下。

1）新型的配電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行技術(shù)，使其能適應(yīng)分布能源的接入，適應(yīng)雙向潮流的電網(wǎng)運(yùn)行和繼電保護(hù)。

2）微氣象數(shù)值預(yù)報(bào)、小型光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測(cè)技術(shù)，通過(guò)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)保證電網(wǎng)調(diào)度安全。

3）與分布式發(fā)電協(xié)同的用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)，起到削峰填谷的作用，減小電網(wǎng)波動(dòng)。

4）微網(wǎng)技術(shù)，包括微網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、微網(wǎng)的能量管理技術(shù)、微網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制技術(shù)

5）分布式能源參與需求響應(yīng)、需求側(cè)管理技術(shù)，分布式能源與電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)包括：互動(dòng)機(jī)制、信息系統(tǒng)集成，分布式能源和需求側(cè)管理（DSM）的協(xié)調(diào)。

3.2 電動(dòng)汽車

電動(dòng)汽車具備減排、分布式儲(chǔ)能功能，是智能電網(wǎng)聚焦的關(guān)鍵領(lǐng)域。

目前電動(dòng)汽車有待突破重點(diǎn)在于電池技術(shù)，電池的壽命、續(xù)航能力、性價(jià)比和實(shí)用性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。未來(lái)需深入規(guī)劃、設(shè)計(jì)，從規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等方面考慮電網(wǎng)支持大規(guī)模插入式電動(dòng)汽車充放電的解決方案。電動(dòng)汽車充放電需信息集成的電動(dòng)車調(diào)度系統(tǒng)，這套系統(tǒng)要配備電池管理系統(tǒng)BMS、電動(dòng)汽車車載能量管理系統(tǒng)、充放電站監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、電網(wǎng)控制中心EMS系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充放電站運(yùn)營(yíng)中心。目前對(duì)于電動(dòng)汽車充放電技術(shù)的研究集中在有序充電（TC及V1G模式），未來(lái)有望在這方面有突破并得到應(yīng)用。

TC模式：時(shí)間控制方式，電動(dòng)汽車在給定的時(shí)刻開(kāi)始充電。

V1G 模式：電動(dòng)汽車與電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，可在電網(wǎng)允許時(shí)刻進(jìn)行充電，電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)通信，并受控制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)間充、放電。電動(dòng)汽車可以作為移動(dòng)電能存儲(chǔ)設(shè)備、備用電源使用。

V1G模式需要安全充電技術(shù)和充電控制算法的支持。

未來(lái)將加快發(fā)展非接觸電力傳輸充電裝置，非接觸式大功率充電系統(tǒng)的電源端主機(jī)通過(guò)隱藏在地下的發(fā)射天線和車?yán)锏慕邮仗炀€在諧振的狀態(tài)下充電，使電動(dòng)汽車與充電裝置之間無(wú)電線接觸。

3.3 實(shí)現(xiàn)用戶需求側(cè)管理的智能電網(wǎng)技術(shù)

新型智能電網(wǎng)會(huì)帶來(lái)更多的分布式電源，使傳統(tǒng)的用電方不再永遠(yuǎn)耗電，也會(huì)在某些時(shí)候成為發(fā)電方。因此需要完善用戶需求側(cè)管理，使其更好地服務(wù)于智能電網(wǎng)技術(shù)。高級(jí)計(jì)量體系技術(shù)，通過(guò)雙向計(jì)量、雙向?qū)崟r(shí)通信的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行用戶負(fù)荷信息的采集和應(yīng)用，并支持分布式電源和電動(dòng)汽車參與需求響應(yīng)；智能電能表技術(shù)，不僅能統(tǒng)計(jì)峰谷用電，還得采用分時(shí)電價(jià)和動(dòng)態(tài)電價(jià)定價(jià)模型。

高級(jí)計(jì)量體系的建立是分布式能源、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)互動(dòng)的基礎(chǔ)，應(yīng)將高級(jí)計(jì)量體系的建設(shè)放在智能電網(wǎng)建設(shè)的優(yōu)先位置。

總體上看，高級(jí)計(jì)量體系的技術(shù)是成熟的，具備實(shí)用性和大規(guī)模推廣的條件，這也被歐美的智能電網(wǎng)實(shí)踐所證明。但要實(shí)現(xiàn)用戶需求側(cè)管理的效益，靈活電價(jià)和需求側(cè)管理的激勵(lì)機(jī)制和政策框架的建立是關(guān)鍵。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是把所有物品通過(guò)信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。通過(guò)先進(jìn)的傳感、監(jiān)測(cè)和控制功能，使電力網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)狀況并進(jìn)行自我修正。智能電表也是網(wǎng)絡(luò)上一類重要節(jié)點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)能提供雙向通信及互動(dòng)能力，促進(jìn)電網(wǎng)向全網(wǎng)智能化轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論

智能電網(wǎng)的發(fā)展，可以充分吸納新型、潔凈、可再生資源的間歇性發(fā)電，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、減少資源損耗，對(duì)于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有積極的作用，符合可持續(xù)發(fā)展。此外智能電網(wǎng)的發(fā)展需融合新技術(shù)的應(yīng)用，給電力企業(yè)帶來(lái)挑戰(zhàn)的同時(shí)，也有利于其自身的不斷發(fā)展。

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