关于智能电网的基本认识.docx
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关于智能电网的基本认识
关于智能电网的基本认识
1.智能电网研究的原动力及目标
电气化技术被认为是人类在20世纪取得的最伟大的科技成就之一，它推进了人类社会的文明发展史。
随着以数字化和网络化为特征的信息时代的来临，电力工业的发展正面临着新的挑战。
智能电网是现代电网的发展方向和目标。
它将成为可充分利用广泛分布的可再生能源的基础设施，可实现节能减排、减缓（或维持）气候变暖的有希望的一种途径。
智能电网将能满足信息时代高电能质量、高供电安全和可靠性的迫切要求；与用户互动，提高电力部门与用户双方的电能和资产利用率。
因此，智能电网以超越传统模拟式电网的发展概念，愈来愈成为政府、政治家、企业家、金融家以及电力行业关注的热点和焦点。
能源压力和生态文明意识提升所带来的压力，以及未来数字化社会对电能质量和高安全可靠性的供电要求，已成为智能电网发展的原动力。
就经济而言，驱使人们研究发展智能电网的原动力，不是电的成本，而是由于缺乏合格电力所造成损失的成本。
由上可见，智能电网研究的目标应该是：
（1）实现大电网（以抵御事故扰动为目的）的安全稳定运行，降低大规模停电的风险，提高电网自愈能力，为高新技术、敏感用户提供高级电能质量和供电可靠性；
（2）扩展兼容功能，使分布式电源得到有效的利用。
该电源包括分布式可再生能源发电装置、分布式储能装置，以及电力用户（包括电动车）用电需求的响应等。
（3）提高经营管理能力和电网资产的利用率；
（4）提高用户电能利用效率，降低峰荷需求、总能量消耗和网损。
当前，北美已经形成了众多有实力的研究智能电网的群体，它们在联邦能量管制委员会（FERC）、北美可靠性委员会（NERC）和美国能源部（DOE）等组织的指导下协同开展研究工作。
因而近年来智能电网技术已得到极大的关注，并取得了长足的进展。
美国奥巴马政府已把建设智能电网作为美国的国家发展战略，意在掀起以智能电网促进可再生能源发展及利用和节能减排的热潮，进一步引领新兴产业经济的发展和电网技术的进步。
我国也已经制定了相应的远景目标，明确了2020年及2050年节能减排和利用可再生能源的总量目标。
我国电网已得到长足发展，数字化、自动化的实践成功，为发展智能电网奠定了一定的基础，国家电网公司已提出了建设坚强智能电网的目标。
2.智能电网的技术内涵
智能电网是一个技术装备现代化且具有智能化功能的电力网络。
它应用双向通信、高级传感器、自动化和分布式计算机来提高电力网运行的灵活性、安全性、可靠性和效率，并保障人身和设备的安全；可以向用户提供便利的控制手段，以满足其用电选择性的要求（如省钱、舒适、方便），使用户能够根据电价的变化主动调整电能消费方式，以提高电能利用效率和电网负荷率；可以兼容多样性和分散性的电源，能向用户提供多种服务，包括为电动车辆提供方便的充电和付费服务。
未来的智能电网具有的鲜明的功能特征应该是：
（1）激励/包容电力用户。
提供充分的实时电价信息和多种用电方案，促使用户主动选择与调整电能消费方式；
（2）集成分布式发电/储能。
汇集大量“即插即用”的分布式电源，补充和平衡集中式的统一发电；
（3）促进电力市场化。
发展成熟、健壮、易于集成的电力趸售市场；
（4）满足电能质量需要，提供多种的质量-价格方案；
（5）实现电网优化。
电网的智能化同资产管理软件深度集成，使资源和设备得到最有效的利用；
（6）自愈能力。
自动监测评估、确保电网的完整性、安全性和功能性，遏制停电事故的扩大；
（7）抵御外界攻击。
具有快速恢复能力，能够识别外界恶意攻击并加以抵御，保障供电安全。
未来的智能电网在技术层面与目前电网明显的不同之处有：
（1）通信：
采用双向通信；
（2）与用户交互：
提供很多用户侧的交互控制手段；
（3）仪表型式：
采用具有记存功能的数字式仪表；
（4）运行与管理：
采用远方监视、分析；
（5）电力的提供与支持：
集中发电和分布式发电并存；
（6）潮流控制：
拥有灵活的潮流控制能力；
（7）可靠性：
可以施行自适应保护和孤岛化控制；
（8）供电恢复：
通过自愈方式恢复供电；
（9）网络拓扑：
具有网状可灵活重构的供电网络。
总之，智能电网将使电网产业链中的各个环节（包括发电、传输和消费）之间靠得更近，从而改善了电网整体的运行效率，最终使终端用户和社会环境都受益。
3.智能电网的研究内容
目前，智能电网的相关研究主要体现在以下4个方面：
（1）高级计量体系（AdvancedMeteringInfrastructure,AMI）。
主要功能是授权用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行。
（2）高级配电运行（AdvancedDistributionOperations,ADO）。
主要作用是使电网实现自愈功能。
（3）高级输电运行（AdvancedTransmissionOperations,ATO）。
强调阻塞管理和降低大规模停运的风险。
（4）高级资产管理（AdvancedAssetManagement,AAM）。
其同AMI、ADO和ATO的集成将大大改进电网的运行和效率。
其中，AMI、ADO与智能配电网的运行密切相关，ATO用于智能输电网的研究和实现，而AAM则涵盖与智能输电网/智能配电网资产管理相关的规划、设计及资产利用。
智能电网的实现要求和相关研究内容可表述如下：
（1）灵活的网络拓扑。
灵活的可重构的配电网络拓扑，是未来智能电网的基础。
它使得电网在发生故障时，能把故障影响限制在最小范围内，并可迅速通过其它连接恢复对其它部分的供电。
关于配电网络拓扑的新概念有：
1）环形的低压配电——新的重构选择；
2）DC（直流）环形母线——新的用户服务；
3）分布式能源集成——定制的安全岛和灵活的微网；
4）双向潮流——电路间的功率交换等。
（2）集成能源与通信体系（IECSA）。
智能电网需要具有实时监视和能分析电网目前状态的能力，包括识别故障早期征兆的预测能力和对已经发生的扰动响应的能力。
该集成能源与通信体系（包括分布式计算环境），需覆盖从发电机到末端电力负荷的全部范围，并要满足：
1）其数据通信和分布式计算设施是开放式的和基于标准的；
2）能兼容各种各样的物理媒介的通信和嵌入的计算技术；
3）把数据通信网络和智能设备集成一体。
（3）快速仿真与模拟（FSM）。
FSM是含风险评估、自愈控制与优化的高级软件系统（包含广义的EMS/DMS等功能）。
它为智能电网提供数学支持和预测能力（不仅是对紧急情况做出反应的能力），以期达到提高电网的稳定性、安全性、可靠性和运行效率的目的。
FSM的基本功能如下：
1）提供实时的状态估计，以供安全监视、评估与优化使用；
2）提供电网性能的连续优化（能量、需求功率、效率、可靠性、电能质量等）；
3）提供比实时还要快的预测仿真，以期能够通过自愈功能避免一旦发生可能对电网造成较大影响的预想事故时的扰动；
4）从运行和规划的观点对电网进行“what-if”分析，并为运行人员提供推荐方案；
5）把市场、政策和风险分析汇集于电网模型，同时把它们对电网安全性和可靠性的影响定量化。
（4）灵活的分布式电源（DER）。
大量的分布式电源（如大规模风电场等）并于中压或低压配电网上运行时，彻底改变了传统的配电网单向潮流的特点，因而要求电网采用新颖的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。
通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中来并协调运行，则可带来巨大的效益。
这除了节省对输电网的投资外，还可提高全电网的可靠性和利用效率，为电网提供紧急功率和峰荷电力支持，以及提供其它辅助服务功能，如无功支持、改善电能质量等；同时为电网运行提供了巨大的灵活性。
与DER相关的工作包括:
1）提供安全的通信、监视和控制设施，以及实施电网范围内DER的协同控制策略，以便于集成和实现实时调度DER（包括分布式发电和分布式储能装置）。
2）改进模拟方法和实现实时量测用户需求，以便评估DER对电网稳定性和控制的影响。
3）确保DER装置同电力交换系统集成时的兼容性；
4）考虑对安全和环境的影响。
（5）高级配电自动化（ADA）。
ADA是智能电网实现自愈的基础。
它包含电网的监视与控制、配电网管理和与用户的交互（如负荷管理、量测和实时定价）。
通过与智能配电网的其他组成部分的协同运行，ADA既可改善电网监视、无功与电压管理、降低网损和提高资产利用率，也可辅助优化调度和安排维修作业等。
为此，ADA需要具有更为复杂的控制功能，如：
1）全部元件必须处在一个开放式的通信体系结构内，并具有协同工作能力；
2）使用经由分布式计算的局部分布式控制；
3）使用传感器、通信系统和分布式的计算主体，对电力交换系统的扰动做出快速反应，使其影响最小化。
（6）电力电子技术。
电力电子技术及其产品是未来智能电网的主要组成部分，包括多功能固态开关、智能电子装置和配网使用的柔性输电系统装置（如SVC和D-STATCOM）等。
目前，基于晶闸管开关装置的多种控制器在市场上已可以买到，但它们都是独立控制的。
未来的智能电网将采用新的系统控制逻辑，使它们协同运行，从而实现多重电力电子装置的集成控制，以便利用电网最大的可用传输能力。
（7）高级计量体系（AMI）和需求侧管理。
AMI由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统（MDMS）和通信系统组成。
根据实际需要，智能电表能同时实现多种计量方式（如KWH/KVARH/KW/V/…）和多种计量时间间隔（5min/15min/1h/…），并具有双向通信功能，可支持远程设置、接通或断开、双向计量、定时或随机计量读取。
由于每一个智能电表都是智能电网的一个量测点和传感器，因此AMI可以连接用户并为其提供电网范围的能观性。
此外，智能电表还可以作为通向用户室内网络用作关口的网关，为用户提供实时电价和用电信息，并可控制用户室内用电装置的负荷，实现需求侧管理。
（8）广域测量系统（WAMS）。
基于相量测量单元（PMU）的输电WAMS是随着全球定位系统（GPS）技术民用化而迅速发展起来的一项新技术。
同步对时体系是WAMS最为显著的特征之一，这使得在WAMS主站对广域电力系统进行同步观测成为可能。
WAMS系统在电力系统中的应用
可以分为两类：
1）取代常规SCADA/EMS，建立新的电力系统数据测量平台；
2）以基于WAMS的数据测量平台为前提，开发在常规SCADA/EMS系统平台上难以进行的应用功能，如电力系统状态估计、电力系统暂态过程跟踪与暂态稳定性预测、电力系统区间低频振荡模式在线辨识、电力系统降阶模型辨识、电力系统潮流计算和电力系统广域阻尼控制等等。
4.实现智能电网之路线
智能电网在传统电网基础上，将电力技术与信息、通信、传感、计算机网络技术高度融合，集数字化、自动化、信息化于一体，并且实现与用户的互动。
因而要实现智能电网包括智能输电网、智能配电网，必然面临很多挑战，带有极强的探索性。
作为电力行业发展的产业革命，智能电网不是一个部门或少数人所能完成的事情，它是电力部门和全社会各相关行业的融合，是传统电网和现代技术的融合，是多种目标的优化综合，是需要以电力部门为首的全社会的参与才能完成的事业。
智能电网的建设和发展也可应用木桶原理，从电力产业的最薄弱环节入手，细微的改变往往会大大提高电网的可靠性和用电质量等。
从我国可再生能源的资源分布特点和电网建设运行的实际情况看，智能输电网、智能配电网的建设、发展都有关键技术要面对，目前在发、输、配、用电这一产业链中，同发电和输电环节相比，配电、用电以及电力公司和终端用户的合作等环节较为薄弱，影响了电网的整体性能和效率。
可见为实现智能电网的目标，研究重点宜放在配电网，主要围绕双向通信、高级传感器、电力电子技术和分布式计算机技术等展开。
为此，实现智能电网的路线应该是：
（1）优先开展AMI的研究。
智能电表实际上是一种分布于网络上的传感器和量测点。
AMI不仅能为电力公司提供遍及电网的通信网络和设施，同时也能提供电网范围的量测和可观性，因而它被视为是实现智能电网的第一步。
它不仅可使用户直接参与实时电力市场，而且可为电网的运行和资产管理带来巨大效益。
（2）尽早制定信息交换的标准。
标准和准则向来是实现现代化、高效率的基础。
信息与通信技术的发展是电网实现智能化的前提。
数据采集是信息交换最为重要的基础。
这就需要解决接口的标准化问题，包括通信标准、分布式电源并网标准、智能计量标准等等。
信息交换的标准化可以提供开放式的接口，使终端设备得以方便地实现即插即用。
（3）创新中长期配电网规划与设计。
灵活的、可重构的配电网络拓扑和集成能源与通信体系是未来智能电网的基础，因而在配电网中长期发展规划（滚动规划）中应尽早考虑，以适应分布式电源的接入和未来的数字化社会对供电可靠性及电能质量的严格要求。
因此我国应该改进城市电网发展的思维理念，创新中长期配电网规划与设计理念。
（4）加快储能元件/储能技术及其产业化的研究。
对于智能电网而言，储能技术也是一种具有多种功能的技术。
其在提高可再生能源利用效率和降低环境保护压力方面可以发挥着重要的作用。
这方面的研究应当得到充分的关注。
大功率的分布式储能装置和设施的开发，对于像大功率风电这样的间歇性电源的发电并网应用是具有决定性意义的，并加大投入和试点力度，培育适应我国国情的具有自主知识产权的储能产业。
近30年来，尤其进入21世纪以来，我国在电力体制改革和国家政策推动下，发电与电网发展快速，坚强电网的建设得力，输电网与配电网的结构得到加强，自动化、数字信息技术的应用发展显著，标志着我国电网的基础建设与运行管理正在赶上国际先进水平。
我国电网将在“十二?
五”继续以万亿元以上资金投入输、配电网建设，数千亿元投入计量系统以及信息化、自动化的建设和改造，这无疑将进一步夯实发展智能电网的基础。
智能电网是电网技术发展的历史必然。
因此，我们应当追踪当代电网的发展潮流，积极开展智能电网的研究、实践与交流，推动我国智能电网技术的发展与应用。
高级量测体系（AMI）
高级量测体系（AMI）是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统。
AMI技术的四大组成部分（即智能电表、广域通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络）、AMI的作用及其和智能电网的关系。
通过广域通信网络,AMI把用户和电力公司紧密相连,为将来配电自动化等智能电网功能的实现奠定了基础。
AMI实现的系统范围的测量和可视性能够大幅提升现有电力公司的运行机制和资产管理流程。
电力公司应抓住AMI技术开发和实施这一难得的机会,规划和建立通用的满足未来系统高级应用的通信基础设施和集成信息系统,以便提升产业和引导电网向智能电网方向发展。
AMI主要功能是授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行。
AMI是许多技术和应用的继承的解决方案。
其技术组成和功能主要包括：
1智能电表。
可以定时或即时取得用户带有时标的分时段的或实时的多种计量值，如用电量，用电功率，电压，电流和其他信息；事实上已经成为电网的传感器。
2通信网络。
采取固定的双向通信网络，能把表计信息接近于实时地从电表传到数据中心，是全部高级应用的基础。
3量级数据管理系统。
这是一个带有分析工具的数据库，通过与AMI自动素具收集系统的配合使用，处理和储存电表的计量值。
4用户是内网。
通过网管或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置连接起来，使得用户能根据电力公司的需要，积极参与需求相应或电力市场。
5提供用户服务。
6远程接通或者断开。
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、先进的控制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、提供满意21世纪用户需求的电能质量、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。
IBM公司提出的“智能电网”解决方案。
IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营治理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：
一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。
该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。
是IBM一个市场推广策略。
第二个是奥巴立刻任后提出的能源计划，除了以宣布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。
可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。
第三个是中国能源专家武建东提出的“互动电网。
互动电网，英文为InteractiveSmartGrid，它将智能电网的含义涵盖其中。
互动电网定义为：
在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。
它将再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。
互动电网还可以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，实现电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、智能家电控制和电池集成充电等的多用途开发，实现用户富裕电能的回售；可以整合系统中的数据，完善中央电力体系的集成作用，实现有效的临界负荷保护，实现各种电源和客户终端与电网的无缝互连，由此可以优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。
互动电网既是下一代全球电网的基本模式，也是中国电网现代化的核心
实际上，互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。
从技术上讲，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。
由此，智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。
我以为：
互动电网学说的本质就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产—电网体系得革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动。
互动电网的运转功效和社会意义
互动电网学说的本质，就是以信息革命的造法性标准和技术手段大规模推动工业革命的最重要资产——电网体系的革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动。
互动电网的功效包括：
一是智能电网能够实现双向互动的智能传输数据，实行动态的浮动电价制度；二是可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等要害设备的运行状况进行实时监控和数据整合，碰到电力供应的高峰期之时，能够在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，从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；四是可以提高供电效率，减少能量损耗，改善供电质量，解决电网商业化运转；五是智能电表可以作为互联网路由器，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。
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；将为消费者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。
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。
历史发展
2005年，坎贝尔发明了一种技术，利用的是（Swarm群体行为）原理，让大楼里的电器互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电量。
坎贝尔发明了一种无线控制器，与大楼的各个电器相连，并实现有效控制。
比如，一台空调运转15分钟，以把室内温度维持在24℃；而另外两台空调可能会在保证室内温度的前提下，停运15分钟。
这样，在不牺牲每个个体的前提下，整个大楼的节能目标便可以实现。
这个技术赋予电器于智能，提高能源的利用效率。
2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》（AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy）强调智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。
这时候的智能电网应该是指输配电过程中的自动化技术。
2006年中期，一家名叫“网点“（GridPoint）的公司最近开始出售一种可用于监测家用电路耗电量的电子产品，可以通过互联网通信技术调整家用电器的用电量。
这个电子产品具有了一部分交互能够，可以看作智能电网中的一个基础设施。
2006年，美国IBM公司曾与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。
这一方案被形象比喻为电力系统的“中枢神经系统”，电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。
这个可以看作智能电网最完整的一个解决方案，标志着智能电网概念的正式诞生。
2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，并规划了从2008年至2030年的“三步走”战略，即：
在2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。
该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。
2008年美国科罗拉多州的波尔得（Boulder）已经成为了全美第一个智能电网城市，每户家庭都安排了智能电表，人们可以很直观地了解当时的电价，从而把一些事情，比如洗衣服、烫衣服等安排在电价低的时间段。
电表还可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源。
同时，变电站可以收集到每家每户的用电情况。
一旦有问题出现，可以重新配备电力。
2008年9月Google与通用电气联合发表声明对外公布，他们正在共同开发清洁能源业务，核心是为美国打造国家智能电网。
2009年1月25日美国白宫最新发布的《复苏计划尺度报告》宣布：
将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000万美国家庭安装智能电表——美国行将推动互动电网的整体革命。
2月2日独能源问题专家武建东在《全面推互动电网革命拉动经济创新转型》的文章中，明确提出中国电网亟须实施“互动电网”革命性改造。
2009年2月4日，地中海岛国马耳他在周三公布了和IBM达成的协议，双方同意建立一个“智能公用系统”，实现该国电网和供水系统数字化。
IBM及其合作伙伴将会把马耳他2万个普通电表替换成互动式电表，这样马耳他的电厂就能实时监控用电，并制定不同的电价来奖励节约用电的用户。
这个工程价值高达91
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