智能电网：提高用电行为匹配发电量的升级方案

智能电网实质上是现有电网的升级。当前，电网中的信息和能量只能向一个方向流动——从电能发出的地方流向电能消耗的地方。发出电能的电力公司或风力发电机为电网提供电能，这些电能连同其他电流能量通过电网流向负荷终端。目前发（供）电方正常运行所需要的数据和信息只能向一个方向流动——从电能输出方流向电能消费方或用户。

智能电网是基于电网信息双向流动的概念而提出的。比如，当地的居民和商业电能表可以记录当时或不同时期当地电能消耗的详细信息并发送给发电公司或输电公司。该信息的重要作用是，记录并分析这些数据便可预测未来所消耗的电能。该电表还可以将每时每刻用户所消费电能的价格，以及不同时刻电价的走势等额外的信息显示给用户。比如在深夜，电网中有过量的电能可用，这时称为低峰期或非高峰期，若用户此时用电，发电公司可以提供相对便宜的电能。在非高峰期加热炉内的水或其他传热材料，便可为用户节省相当数量的电费支出。

智能电网能区分电网输电过程中的每一个阶段和辨识每个有计算机网络地址的终端用户。这些地址允许当地的所有用电设备发出和接收用电数据，这些数据包括用户所用电量、日期时间以及其他信息，如温度和其他环境条件。由于电网中的所有节点都有自己的特定地址，这样就构成了一个巨大的计算机网络，在此网络中信息可以流入或流出每个节点。网络中的信息可以通过一个小显示屏，或者居民用户和商业用户的计算机显示，来帮助消费者了解在任意时间内所消耗的电能，以及是否在晚些时候有选择的余地或者是否价格可以更便宜。如果家里有一个可以随时充电的电动车，智能电网能够提示充电最便宜的时刻。

智能电网能够监控网络中所有终端用户内可控的电能表和开关设备。比如，家里的所有负荷都可以与一个控制器连接，该控制器可分别监控每一个负荷，可以在短时内通断负荷以避开用电高峰期。上述控制器可以给空调系统、电热水器、电干衣器和电灶发出或接收控制信号。智能电网能通过监测这些用电设备来明确它们的使用频率及使用时间。电力公司就可以为用户提供几个与电网用电高峰时期相适应的资费套餐。电力公司可以使电价在高峰时最贵，在低谷时最便宜。非高峰期内的电能比较便宜是因为此时发出的可用电能比消耗的电能多，这通常发生在深夜，因为用户都在睡觉，而且夜间使用大量电能的工厂和商业组织很少。用户可以在这个时段使用一些用电设备，如加热热水、给电动汽车充电或加热电炉，以保证这些负荷在电价最低的时候用电。智能电网的此种功能可以帮助用户的用电行为更好地与发电方的发电量相匹配。

如今，发电公司通过预测给定时期的负荷量，来消耗一定数量的煤或核原料等能源，以发出在未来几个小时内被消耗的电能。因为电能由发出到消耗的过程有延时，若未来几小时内的电能未被消耗，一些电能便会被浪费。由于目前的系统没有实现实时监测，用电模式以及由天气或其他外部条件变化而导致的负荷变化情况的预测效率是很低的。

带有居民和商业控制器的智能电网可以使终端用户按照与电力公司签订的协议，在电网过负荷或者欠电压时将最大的负荷暂时切掉或关停。欠电压是指在电网中用电量大于发电量时，系统会发生低电压状态，此时电压会下降10%～20%。如果欠电压状态持续时间很长，会使带有电动机的大型用电负荷（如空调器压缩机和水泵等）严重损坏或迅速升温。改善欠电压状况的方法是让电网的配电控制系统切掉大型负荷及用电量多的用户，直到电压恢复正常。在智能电网中，大型工业用户与电网公司达成协议后，为了降低电价允许大型电气设备短时从电网脱开。该方法已对大型工业用户应用了将近十年，随着智能电网的发展，这种价格管理方式也将应用于居民用户。比如，如果居民用户同意在高峰期或欠电压状态发生时将空调器关掉，电网公司将会同意给这些用户提供比较便宜的电价。

智能电网还可以通过控制器切除一些特定负荷，根据电力负荷情况只允许在一天或一周的低峰期为该负荷供电。(www.xing528.com)

智能电网由一个计算机网络发出和接收信息，因此它需要通过现存的计算机网络与用户相连，或者将信号以数据报的形式在高压电力线路上传输，然后由计算机通信设备和网络设备从单相或三相高压线路中过滤出这些信号。因此，计算机数据可通过高压电力线路发送和接收。

在输电方面，智能电网能确定国家的哪个地区以及电网的哪个部分使用的电能最多。这有助于实现将电能重新分配到当时最需要的地方，并且还可以帮助互联系统迅速识别故障并尽快隔离和断开最小的故障区域，以确保故障不会影响整个电网。回顾一下2003年8月的停电事故，当时闪电袭击了俄亥俄州克利夫兰地区的一条电力线路，随后的联锁事故导致了俄亥俄州、宾夕法尼亚州、纽约州、密歇根州以及加拿大安大略省等地区的大规模停电。停电事故发生的原因是电网不能迅速地切断故障电网，没能及时阻止停电事故在多个州和地区之间的蔓延。智能电网所采用的新型技术和设备能够把停电范围限制在一个尽量小的区域内，也许会限制在闪电发生的地区内，而不让它在各地区之间蔓延。

如今电网所面临的另一个问题是传输效率不高。一些专家认为，如今电网中多达30%的电能会因电能的低效传输而损失掉，或者由于电力线路太旧而以热能形式损失，或是由于设备陈旧或连接不可靠而造成损耗。智能电网可以提供发电环节与用电环节之间最高效的电能传输方案。

目前风力机使用可编程序控制器（PLC）或计算机控制，因此其同智能电网的连接很容易实现。通过实时测量风力机所发出的电压或电流，可以计量任何时间内风力机送入电网的可用电量。

在美国，一些大型能源公司如通用电气（GE）、IBM和西门子电气都致力于智能电网的关键技术研究，以便尽快实现智能电网建设。智能电网建设所面临的主要问题之一是，将居民和商业用户转移到新设备，以及改变传输设备和开关设备需要巨额的成本和花销。当前智能电网正处于建设阶段，这个过程会持续多年。许多专家认为智能电网的建设和互联阶段类似于当年电能最初引入美国各区的阶段，当时也是经历了多年才将电能输送到美国的各个地区。