坚强的智能电网--蒸汽机之后最重要的技术革命
来源：工程案例 发布时间：2024-01-04 18:01:03“智能电网”是对电网未来发展的精辟总结，伴随着我们国家的经济的持续加快速度进行发展，其发展慢慢的受到重视。据介绍，电网由发电站、输/配电网和终端用户三部分所组成，由于目前尚无商业化手段大规模储存电能以应对电力过剩或供应不足问题，所以电力的供求量必须要时刻保持均衡。
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的操控方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪客户的真实需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
随着电网规模日益扩大，其运行机理逐渐超出以往的经验范畴，对电网运营的安全稳定控制能力提出了严峻挑战。同时，自然灾害的频度不断加快，以及大面积电网事故的危害越发严重，都对现有电网的设防标准提出了挑战。此外，电力市场、节能减排、优质服务等逐步的提升的精益化管理要求，也成为电网经营管理的新课题。为此，部署“智能电网”成为近年来国内外业界呼声最高的关键词之一。 “智能电网”是对电网未来发展趋势的精辟总结。智能电网技术革新打开了电信、电网、电视网等整合的通道，为全球电力、电信产业、通信产业、电视媒体等改革提供了独特机遇。一直以来，阻碍新能源包括风电、太阳能发展的除了成本因素外，接入电网的问题成为第二大难题，“智能电网”也是新能源发展的重中之重。
2009年8月21日，国家电网公司智能电网工作座谈会在北京召开，本次会议部署了统一坚强智能电网第一阶段（2009年至2010年）重点工作，印发了《统一坚强智能电网第一阶段重点项目实施方案》，标志着公司统一坚强智能电网建设第一阶段工作全面启动。据华东电力试验研究院的“新能源对电网规划的影响及对策研究”项目负责人杨增辉介绍，从技术角度上讲，苏北风电的接入，100兆瓦以下适宜接入110千伏以下电网；100-150兆瓦接入110-220千伏电网，150-800兆瓦适宜接入220千伏电网；800兆瓦以上接入500千伏电网，在十三五期间，华东电网将需新增抽蓄力1050万千瓦。
智能电网正在成为拉动世界经济的下一个引擎。对中国而言，智能电网对投资的拉动作用更大，被称作下一个“4万亿”。7月11日的国家电网年中工作会议以智能电网为主要议题，并确定了智能电网发展规划和总体投资，主要分三步推进。2009~2011年为规划试点阶段，重点完成坚强智能电网的整体规划，开展关键性、基础性、共用性技术探讨研究，进行技术和应用试点；2012~2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系；2016~2020年为引领提升阶段，全面建成统一的坚强智能电网。能源专家武建东预计，若中国实现了互动电网转型，相当于每年能节约其中5%~10%的电力资源，接近2000亿元人民币的水平，相当于2009年投资1200亿元建设的福建福清、浙江方家山、广东阳江三个核电站。
目前国家电网也在探讨以智能电网技术为基础，通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电信、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。从产业链层面看，智能电网与普通电网一样，依次分为发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节。国家电网预计从今年开始，每年对电网投资都将在2000亿元以上，这在某种程度上预示着，输变电行业未来年均增长在30%~40%左右，电站设备有突出贡献的公司有20%以上的上涨的速度，国家电网对特高压输电方面的超规划投入将给国内特高压设备制造商带来更大的发展机遇。
实际上智能电网就是解决新能源并网的核心问题。新能源特征是间歇性的，时有时没有，电网怎么接纳新能源，从手段上要考虑。智能电网构建过程中将发展衍生出新兴技术并推进新兴起的产业的演化形成。新能源做为重要的经济新引擎，不仅起到了带领经济走出低迷的领头作用，更是我国立足于战略产业并借危机重新占领世界能源格局战略高地的重要参与主体。如，输电端领域近期加快速度进行发展并己挂网运行的碳纤维复合导线（ACCC）、用电侧电力与通讯同轴电缆以及新能源汽车充电站等一系列新兴起的产业的成长性将越来越明显显现。有很多专家在说，智能电网很可能是蒸汽机之后最重要的一个技术革命。通过发展以电网信息技术化为特征的智能电网，可以有效提升电力行业生产力，保障电力系统可靠性和供电质量，促进节能减排。节能减排涉及的领域包括有工业设施领域的节能减排改造、建筑节能、节油及石油替代、节能照明等。
1、减少电网固定资产投资支出。通过智能电表与分时电价手段结合，可抑制电力高峰负荷需求量开始上涨，减少和延缓电网投资；通过设备状态监测，可实现对设备管理和维护，延长设备寿命，延迟设备投资；通过对设备状态和用户负荷情况的详细掌握，可提高电网投资和改造的针对性、合理性。
2、减少电网运行的成本。自动计量管理可以帮助电网企业缩短电费的回收时间，大幅度减少窃电损失，大幅度减少客服成本；远程资产监控可避开设备出现事故维修和更换；移动作业能有效地提高现场作业效率，减少作业人员和费用。
3、减少电网固定资产投资支出。通过智能电表与分时电价手段结合，可抑制电力高峰负荷需求量开始上涨，减少和延缓电网投资；通过设备状态监测，可实现对设备管理和维护，延长设备寿命，延迟设备投资；通过对设备状态和用户负荷情况的详细掌握，可提高电网投资和改造的针对性、合理性。
4、减少电网运行的成本。自动计量管理可以帮助电网企业缩短电费的回收时间，大幅度减少窃电损失，大幅度减少客服成本；远程资产监控可避开设备出现事故维修和更换；移动作业能有效地提高现场作业效率，减少作业人员和费用。
5、提高供电可靠性。利用互联网实时重构，保证电力设施运行在额定范围内，减少停电发生；故障发生时，快速检测、定位和隔离故障，并指导作业人员快速确定停电原因，恢复供电，缩短停电时间。
6、提高运营管理上的水准。通过实施智能电网，梳理和完善业务流程；提高资产运维和管理上的水准，逐步从传统检修模式向状态检修过渡；加强需求侧管理，提高客户服务水平。
互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成，也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成，对于推动新技术革命具有直接的综合效果。
一是智能电网可以在一定程度上完成双向互动的智能传输数据，实行动态的浮动电价制度；二是可通过传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运作状况进行实时监控和数据整合，遇到电力供应的高峰期之时，能够在不一样的区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，进而达到对整个电力系统运行的优化管理；三是智能电网能够将新型可替代能源接入电网，比如太阳能、风能、地热能等，实现分布式能源管理；四是能大大的提升供电效率，减少能量损耗，改善供电质量，解决电网商业化运转；五是智能电表可当作互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、宽带业务或传播电视信号。
智能电网的核心技术是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电和蓄能式混合动力交通工具，美国在此已经进行了大量技术准备。美国《财富》杂志说，政府和业界研究估计，随着配电系统进入计算机时代，现代化的数字电网将使美国能耗降低10％，温室气体排放量减少25％，并节省800亿美元新建电厂的费用。《》刊文称，美国能源部西北太平洋国家实验室的研究根据结果得出，仅使用数字工具设定家庭温度及融入价格信息，能源消耗每年可缩减15％。若推广使用需求侧监控系统20年，则在建设、维护、运营电厂、变电站和电网方面节省700亿美元，这其中40％的费用节省于发电，相当于30个大型燃煤电站无需投建。为此，IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟，智能电网改革将推动全球能源革命的深度扩散。通过建造互动的电网，将推进IT革命进入创新阶段；将为广大购买的人提供更好的减少能源消耗的路径；将为整个社会节约成本、降低温室气体排放，并促进绿色经济占统治地位。
能源专家武建东认为，定义一个概念解放一个时代，把握一个概念焕发一个行业的潜能，而界定电网信息化的概念是确定一个国家电网现代化的基本前提。中国电网升级化路线应该定义为互动电网的变革，互动电网的发展是全球工业和信息业的一次新产业革命、技术革命和管理革命，应该以此为基础制定中国高起点的电网现代化的战略发展路线。
智能电网的发展目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网可以在一定程度上完成这些目标，就可以称其为智能电网。智能电网必须更加可靠智能电网不管用户在何时何地，都能提供较为可靠的电力供应。它对电网也许会出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。它在用户受到断电影响之前就能采取比较有效的校正措施，以使电网用户免受供电中断的影响。
智能电网必须更安全智能电网能经受物理的和网络的攻击而不可能会出现大面积停电或者不会付出高昂的恢复费用。它更不容易受到自然灾害的影响。智能电网必须更加经济智能电网运行在供求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。智能电网必须更高效智能电网利用投资，控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产和资产利用更高效。经过控制潮流的方法，以减少输送功率拥堵和允许低成本的电源包括可再次生产的能源的接入。
智能电网必须更加环境友好智能电网通过在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来减少对环境的影响。逐步扩大可再次生产的能源的接入。在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资产将占用更少的土地，减少对景观的实际影响。智能电网必须是使用安全的智能电网必须不能伤害到公众或电网工人，也就是对电力的使用必须是安全的。
智能电网包括八个方面的主要特征，这些特征从功能上描述了电网的特性，而不是最终应用的具体技术，它们形成了智能电网完整的景象。
1、智能电网是自愈电网。“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运作时的状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”。这是智能电网最重要的特征。自愈电网进行连续不断的在线自我评估以预测电网也许会出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取一定的措施加以控制或纠正。自愈电网确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。自愈电网将最好能够降低供电服务中断，充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务。基于实时测量的概率风险评估将确定最有可能失败的设备、发电厂和线路；实时应急分析将确定电网整体的健康水平，触发可能会引起电网故障发展的早期预警，确定是不是需要立即进行全方位检查或采取对应的措施；和本地和远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望的系统状态，基于这些分析，采取适当的控制行动。自愈电网经常应用连接多个电源的网络设计方式。当发生故障或发生其他的问题时，在电网设备中的先进的传感器确定故障并和附近的设备做通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外的可靠的电源上，同时传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。
2、智能电网激励和包括用户。在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有利于平衡供求关系，确保系统的可靠性；从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。在智能电网中，用户将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费。同时需求响应（DR）计划将使用户得到满足在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力使电力公司最好能够降低资本开支和营运开支，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，同时也提供了大量的环境效益。在智能电网中，和用户建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户热情参加电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也能够准确的通过这些信息制定自己的电力使用的方案。
3、智能电网将抵御攻击。电网的安全性要求一个降低对电网物理攻击和网络攻击的脆弱性并快速从供电中断中恢复的全系统的解决方案。智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是从那些决心坚定和装备精良的攻击者发起的攻击。智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低其后果和快速恢复供电服务。智能电网也能同时承受对电力系统的几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。智能电网的安全策略将包含威慑、预防、检测、反应，以尽量减少和减轻对电网和经济发展的影响。不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全等手段，提高智能电网抵御风险的能力。
4、智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量。电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。由于用电设备的数字化，对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展具有重大的损失，因此提供能满足21世纪用户需求的电能质量是智能电网的又一重要特征。但是电能质量问题又不是电力公司一家的问题，因此需要制定新的电能质量标准，对电能质量进行分级，因为并非所有的商业企业用户和居民用户，都需要相同的电能质量。电能质量的分级可以从“标准”到 “优质”，取决于消费者的需求，它将在一个合理的价格水平上平衡负载的敏感度与供电的电能质量。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。
5、智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过其先进的控制方法监测电网的基本元件，从而快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。此外，智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，同时应用超导、材料、储能以及改善电能质量的电力电子技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。另外，智能电网将采取技术和管理手段，使电网免受由于用户的电子负载所造成的电能质量的影响，将通过监测和执行相关的标准，限制用户负荷产生的谐波电流注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。
6、智能电网将容许各种不同类型发电和储能系统的接入。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于“即插即用”，这一特征对电网提出了严峻的挑战。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户可以安装自己的发电设备（包括高效热电联产装置）和电力储能设施将更加容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂包括环境友好型电源，如风电和大型太阳能电厂和先进的核电厂将继续发挥重要的作用。加强输电系统的建设使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和具有重要的意义。
7、智能电网将使电力市场蓬勃发展。在智能电网中，先进的设备和广泛的通信系统在每个时间段内支持市场的运作，并为市场参与者提供了充分的数据，因此电力市场的基础设施及其技术支持系统是电力市场蓬勃发展的关键因素。智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。用户通过实时报价来感受到价格的增长从而将降低电力需求，推动成本更低的解决方案，并促进新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。
8、智能电网优化其资产应用，使运行更加高效。智能电网优化调整其电网资产的管理和运行以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到其极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。例如，通过动态评估技术以使资产发挥其最佳的能力，通过连续不断地监测和评价其能力使资产能够在更大的负荷下使用。
智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的这些调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料，并将集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这一些信息将为设计人员提供更好的工具，创造出最佳的设计来，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。这样，运行和维护费用以及电网建设投资将得到更为有效的管理。
未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。通过采用新技术和在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点来提高电能质量。通过应用和改造各种各样的先进设备，如基于电力电子技术和新型导体技术的设备，来提高电网输送容量和可靠性。配电系统中要引进许多新的储能设备和电源，同时要利用新的网络结构，如微电网。
综合上述分析，我们大家可以看出“智能电网”在新兴能源发展方面的重要意义，智能电网的发展在某些特定的程度上决定着新兴能源的发展高度，未来智能电网的发展是新兴能源发展的基础，只有将智能电网做好了，新兴能源才能平稳地运行，才能取得预期的“收益”。