智能电网的基本内涵

1）智能电网的定义

目前，智能电网的发展在全世界还处于起步阶段，没有一个共同的精确定义。智能电网的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，电网能够实现这些目标，就可以被称为智能电网。美国能源部《Grid 2030》指出，一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。欧洲技术论坛将智能电网定义为：一个可整合所有连接到电网用户所有行为的电力传输网络，以有效提供持续、经济和安全的电力。

国家电网中国电力科学研究院给出的智能电网的定义为：以物理电网为基础（中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础的），将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束，保证电能质量，适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

从广义上来说，智能电网包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统、可以动态定价的智能计量系统，以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统。在未来的智能电网中，电能不仅从集中式发电厂流向输电网、配电网，直至用户，同时电网中还遍布各种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、燃料电池、电动汽车等等；此外，高速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了智能电网的安全、稳定和优化运行。

2）智能电网的主要智能设备

智能电网包含的内容众多，涉及的主要智能设备有：智能变电站、智能电能表、智能交互终端。

（1）智能变电站

智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。所涉及的关键技术包括：智能变压器和断路器、电子式互感器、变电站统一信息平台。

（2）智能电能表

智能电能表可实现双向互动供电模式下的双向计量功能，可实现动态浮动电价下电价的快速响应、快速切换、电价实时结算等功能。

（3）智能交互终端

智能交互终端是实现家庭智能用电服务的关键设备，它通过利用先进的信息通信技术，对家庭用电设备进行统一监控与管理，对电能质量、家庭用电信息等数据进行采集和分析，指导用户进行合理用电，调节电网峰谷负荷，实现电网与用户之间智能交互。此外，通过智能交互终端可以实现水、气表集抄，降低自来水和燃气公司的抄表成本，可为用户提供家庭安防、社区服务、互联网服务等增值服务。

3）智能电网技术

智能电网技术大致可分为四个领域：高级量测体系、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理。高级量测体系的主要作用是授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行；高级配电运行核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防；高级输电运行的主要作用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风险；高级资产管理是在系统中安装大量可以提供系统参数和设备（资产）“健康”状况的高级传感器，并把所收集到的实时信息与资源管理、模拟与仿真等过程集成，改进电网的运行和效率。智能电网的关键技术涉及通信、量测、设备、控制、支持方面的技术。

（1）通信

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是建成智能电网的基础，智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持。同时通信系统要和电网一样深入千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络——电网和通信网络。高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信，提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平。

（2）量测

参数量测技术是智能电网基本的组成部分，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费计算不准、防止窃电、缓减电网阻塞，实现与用户的沟通。未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统，取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用量和电费外，还可以储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能可令用户自行根据费率政策编制时间表，自动控制用户电力使用的策略。

（3）设备

智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。(www.xing528.com)

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。未来智能电网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。

（4）控制

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。从某种程度上说，先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术能够监测基本的元件，提供及时和适当的响应并且对任何事件进行快速的诊断。另外，先进控制技术可支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。

（5）支持

决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术可用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。在许多情况下，系统运行人员做出决策的时间从小时缩短到分钟，甚至到秒，这样智能电网需要一个广阔的、无缝的、实时的应用系统、工具，通过培训，以使电网运行人员和管理者能够快速做出决策。

4）智能电网包括六个方面的主要特征

（1）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，使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈系统就是智能电网的免疫系统，可以自愈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可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。自愈确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。自愈电网将尽量减少供电服务中断，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，触发可能导致电网故障发展的早期预警，确定是否需要立即进行检查或采取相应的措施；和本地及远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望出现的系统状态，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，当出现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进行通信，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）促进参与

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，它将有助于平衡供求关系，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，需求响应计划将满足用户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，使电力公司尽量减少资本开支和营运开支，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积极参与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，同时用户也可以根据这些信息制订自己的电力使用方案。

（3）抵御攻击

电网的安全性要求提供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，甚至可以抵御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）特殊优势

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系统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、先进的电池系统和即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户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能减少对外来能源的依赖，另一方面能提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。

（5）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。用户通过实时报价感受到价格的增长，从而降低电力需求，推动施行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。

（6）优化资产

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，而是意味着可以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。