智能电网发展与现状刘丹.docx
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智能电网发展与现状刘丹
关于“智能电网”
-发展与现状
一：
概念：
1：
电网：
通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。
简称电网。
--电网建设主要是满足对于输变电领域的需求
输配电电压等级中，10、35、110、220千伏为高压，330、500、750千伏为超高压，800、1000千伏以上为特高压。
2：
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、提供满足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。
2．1各国概念：
目前，包括中、美等国在内的多个国家都开始研发或实践智能电网建设，由于各国的起点和需求各不相同，因此对于智能电网的概念、标准各异。
2.1.1欧洲：
2006年，能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调欧洲已经进入一个新能源时代，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。
目前英、法、意等在智能电网的应用和变革方面已有一定基础，意大利的部分电网2001年已经率先实现了智能化。
2.1.2美国
2009年1月，《复苏计划尺度报告》称，投资110亿美元进行智能电网的研究和建设，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。
美国将智能电网定义为：
综合应用现代通讯、计算、控制等技术的电网，能够持续不断地适应各种正常操作、运行方式调整的优化运行，并能主动预测和应对电网扰动。
2.1.3中国：
国家电网公司给智能电网的定义是，以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能化电网。
换言之，中国式的智能电网，首先要满足电力负荷需求，在前期保证输电、变电的智能化建设，要保证供电安全可靠性，要满足经济意义和节能，最后保证电能质量和可再生能源接入。
智能电网示意图
2．2智能特征
（1）安全：
抵御攻击，侧重电力网和通讯网；以特高压为主体，各级电网协调发展
的整个电网构成了坚强的网架。
无论是电力网络还是通信网络，在遭到外部攻击或自然灾害时，智能电网均能快速预警并有效抵御对电网造成的危害。
（2）自愈：
稳定可靠，侧重网架结构和调度运行控制；智能电网运行时将进行持续
的自我评估，以便及时检测、分析和响应，在必要情况下恢复电力网络和通信网络组件。
（3）兼容：
发电资源，侧重分布式发电、可再生能源和储能，电网采用“即插即用”
技术，在传统电厂的基础上，能够灵活接入风能、太阳能、地热能等分布式、可再生能源，以及储能系统，实现多种能源的兼容并蓄。
（4）交互：
电力用户，侧重智能电表和智能电器；用户通过实时了解电网供需信息，根据峰谷情况自由的选择如何用电，甚至可以选择是否向电网输送电力。
（5）高效：
资产优化，侧重输送容量和资产全寿命管理；通过对电力设备运行状态的在线监测、在线评估及状态检修等先进技术，使电网设备得到全过程最优化的运营管理，实现电网潮流的合理分布，促进电网高效运行。
（6）优质：
电能质量，侧重电力电子设备和电量实时平衡；智能电网通过应用先进的电力电子设备，对受影响的电能实施无功补偿等措施，确保电能的优质供应。
（7）集成：
信息系统，侧重集中集成和开放式共享；
（8）协调：
电力市场，侧重监管规则和交易模式；智能电网将通过增加发电渠道、高效的需求响应、储能、可靠的配电系统来促进电力市场的参与程度。
提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平。
与传统电网的区别
2.3智能电网的功能：
1：
实现双向互动的智能数据传输，实行动态的浮动电价制度
2：
利用传感器对发、输、配、用电等关键环节的运行状况进行实时监控和数据整合，“削峰填谷”，平衡电力供需，达到对整个电力系统运行的优化管理
3：
将各类新型能源接入电网（如：
风能、太阳能、地热能等），实现分布式能源管理
4：
提高供电效率，减少能量损耗，改善供电质量
5：
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、宽带业务或转播电视信号。
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，促进绿色经济发展。
2.4技术支撑：
1：
通信技术
建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为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，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。
同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。
下图显示了电网和通信网络的关系。
高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。
当这样的通信系统建成后，它可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。
高速双向通信系统的建成，智能电网通过连续不断地自我监测和校正，应用先进的信息技术，实现其最重要的特征—自愈特征。
它还可以监测各种扰动，进行补偿，重新分配潮流，避免事故的扩大。
高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备（IEDs）、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。
在这一技术领域主要有两个方面的技术需要重点关注，其一就是开放的通信架构，它形成一个“即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信；其二是统一的技术标准，它能使所有的传感器、智能电子设备（IEDs）以及应用系统之间实现无缝的通信，也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解，实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。
这就需要电力公司、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作，才能实现通信系统的互联互通。
2：
量测技术
参数量测技术是智能电网基本的组成部件，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、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。
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和电费外，还有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。
更高级的功能有用户自行根据费率政策，编制时间表，自动控制用户内部电力使用的策略。
对于电力公司来说，参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系（WAMS）、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。
新的软件系统将收集、储存、分析和处理这些数据，为电力公司的其他业务所用。
未来的数字保护将嵌入计算机代理程序，极大地提高可靠性。
计算机代理程序是一个自治和交互的自适应的软件模块。
广域监测系统、保护和控制方案将集成数字保护、先进的通信技术以及计算机代理程序。
在这样一个集成的分布式的保护系统中，保护元件能够自适应地相互通信，这样的灵活性和自适应能力极大地提高可靠性，因为即使部分系统出现了故障，其他的带有计算机代理程序的保护元件仍然能够保护系统。
3：
设备技术
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。
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。
经济的FACTS装置将利用比现有半导体器件更能控制的低成本的电力半导体器件，使得这些先进的设备可以广泛的推广应用。
分布式发电将被广泛地应用，多台机组间通过通信系统连接起来形成一个可调度的虚拟电厂。
超导技术将用于短路电流限制器、储能、低损耗的旋转设备以及低损耗电缆中。
先进的计量和通信技术将使得需求响应的应用成为可能。
新型的储能技术将被应用为分布式能源或大型的集中式电厂。
大型发电厂和分布式电源都有其不同的特性，它们必须协调有机的结合，以优化成本，提高效率和可靠性，减少环境影响。
4：
控制技术
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。
这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。
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，如先进控制技术监测基本的元件（参数量测技术），提供及时和适当的响应（集成通信技术；先进设备技术）并且对任何事件进行快速的诊断（先进决策技术）。
另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。
未来先进控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统，在专家系统允许的范围内，采取自动的控制行动。
这样所执行的行动将在秒一级水平上，这一自愈电网的特性将极大地提高电网的可靠性。
当然先进控制技术需要一个集成的高速通信系统以及对应的通信标准，以处理大量的数据。
先进控制技术将支持分布式智能代理软件、分析工具以及其它应用软件。
（1）收集数据和监测电网元件
先进控制技术将使用智能传感器、智能电子设备以及其他分析工具测量的系统和用户参数以及电网元件的状态情况，对整个系统的状态进行评估，这些数据都是准实时数据，对掌握电网整体的运行状况具有重要的意义，同时还要利用向量测量单元以及全球卫星定位系统的时间信号，来实现电网早期的预警。
（2）分析数据
准实时数据以及强大的计算机处理能力为软件分析工具提供了快速扩展和进步的能力。
状态估计和应急分析将在秒级而不是分钟级水平上完成分析，这给先进控制技术和系统运行人员足够的时间来响应紧急问题；专家系统将数据转化成信息用于快速决策；负荷预测将应用这些准实时数据以及改进的天气预报技术来准确预测负荷；概率风险分析将成为例行工作，确定电网在设备检修期间、系统压力较大期间以及不希望的供电中断时的风险的水平；电网建模和仿真使运行人员认识准确的电网可能的场景。
（3）诊断和解决问题
由高速计算机处理的准实时数据使得专家诊断来确定现有的、正在发展的和潜在的问题的解决方案，并提交给系统运行人员进行判断。
（4）执行自动控制的行动
智能电网通过实时通信系统和高级分析技术的结合使得执行问题检测和响应的自动控制行动称为可能，它还可以降低已经存在问题的扩展，防止紧急问题的发生，修改系统设置、状态和潮流以防止预测问题的发生。
（5）为运行人员提供信息和选择
先进控制技术不仅给控制装置提供动作信号，而且也为运行人员提供信息。
控制系统收集的大量数据不仅对自身有用，而且对系统运行人员也有很大的应用价值，而且这些数据辅助运行人员进行决策。
5：
支持技术
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、工具和培训，以使电网运行人员和管理者能够快速的做出决策。
（1）可视化—决策支持技术利用大量的数据并将其裁剪成格式化的、时间段和按技术分类的最关键的数据给电网运行人员，可视化技术将这些数据展示为运行人员可以迅速掌握的可视的格式，以便运行人员分析和决策。
（2）决策支持—决策支持技术确定了现有的、正在发展的以及预测的问题，提供决策支持的分析，并展示系统运行人员需要的各种情况、多种的选择以及每一种选择成功和失败的可能性。
（3）调度员培训—利用决策支持技术工具以及行业内认证的软件的动态仿真器将显著的提高系统调度员的技能和水平。
（4）用户决策—需求响应（DR）系统以很容易理解的方式为用户提供信息，使他们能够决定如何以及何时购买、储存或生产电力。
（5）提高运行效率—当决策支持技术与现有的资产管理过程集成后，管理者和用户就能够提高电网运行、维修和规划的效率和有效性。
6：
标准体系
目前IEEE致力于制定一套智能电网的标准和互通原则（IEEEP2030），主要内容在于以下三个方面：
电力工程（powerengineering），信息技术（informationtechnology）和互通协议（communications）等方面标准和原则。
除IEEE外，国际电工委员会（IEC）也在发挥重要作用，美国国家标准与技术研究院NIST（NationalInstituteofStandardsandTechnology）协调各部门之间的合作。
参与标准制定的15家机构分别负责标准制定的不同环节。
IEEE主要致力于互通入网过程的标准，如各个能量源头如何与整个智能电网链接，计量设备的接入（如电表）和时间同步性的标准等。
美国机动车工程师学会（SAE）则主要关注机动车接入网络的标准，IEC则负责信息自动化的模式和环境标准。
2009年5月18日，美国商务部长骆家辉和能源部长朱棣文联合宣布了美国智能电网建设的第一批标准（见表1）
表1首批16个智能电网行业标准
标准
应用
AMI-SEC系统安全性需求
先进的量测基础设施（AMI）和智能电网端到端安全性
ANSIC12.19/MC1219
收益量测信息模型
BACnetANSIASHRAE135-2008/ISO16484-5
建筑自动化
DNP3
变电和馈电设备自动化
IEC60870-6/TASE.2
内部控制中心通信
IEC61850
变电自动化与保护
IEC61968/61970
应用层面能源管理系统界面
IEC62351Parts1-8
电力系统控制操作的信息安全
IEEEC37.118
相量测量（PMU）通信
IEEE1547
电力公司与分布式发电（DG）之间的物理与电气互联
IEEE1686-2007
智能电子设备（IEDs）的安全
NERCCIP002-009
大型电力系统的网络安全标准
NISTSpecialPublication（SP）800-53,NISTSP800-82
联邦信息系统的网络安全标准与指南，包括大型电力系统
OpenADR（开放自动需求响应）
价格反应灵敏和直接负载控制
OpenHAN
家庭区域网（HAN）设备通信、测量和控制
ZigBee/HomePlugSmartEnergyProfile
家庭区域网设备通信和信息模型
二：
发展历史
1：
发展历史
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宣布，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9100万美元（合7000万欧元），其中包括在电网中建立一个传感器网络。
这种传感器网络和输电线、各发电站以及其他的基础设施一起提供相关数据，让电厂能更有效地进行电力分配并检测到潜在问题。
IBM将会提供搜集分析数据的软件，帮助电厂发现机会，降低成本以及该国碳密集型发电厂的排放量。
2009年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表﹙PowerMeter﹚的用电监测软件。
这是一个测试版在线仪表盘，相当于谷歌正在成为信息时代的公用基础设施。
2009年2月28日，作为华北公司智能化电网建设的一部分——华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组的验收。
这套系统首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。
此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。
美国谷歌2009年3月3日向美国议会进言，要求在建设“智能电网（SmartGrid）”时采用非垄断性标准。
1：
发展的3个里程碑
1.1：
2006，IBM
2006年，美国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管理－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。
1.2：
奥巴马
奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，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。
1.3：
中国，武建东“互动电网”
“互动电网”是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，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、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。
它可以整合系统中的数据，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。
互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点，主要解决三个问题，一是以信息技术改造和提升现有的能源体系，特别提高集能源大成的传统电网体系的能源效率；二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系；三是要建造消费者和生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。
1.3.1互动电网（InteractiveSmartGrid，简称ISG）
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
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