摘要：國家電網公司確立了智能電網三步走的原則，2011年～2015年是全面建設階段，能源“十二五”規(guī)劃基本確立了智能電網建設的重要意義。本文主要通過對美國、歐盟智能電網的研究分析，并著重結合我國實際對我國智能電網的定義、發(fā)展驅動力以及關鍵技術進行研究分析，以期對我國智能電網建設中標準的制定、電力企業(yè)產品市場潛力發(fā)掘、未來技術的發(fā)展方向產生積極影響。

 1、智能電網的定義

 1.1智能電網的起源

 2000年開始，美國麻省理工學院、加州伯克利大學、加拿大麥吉爾大學開始了無線電傳感器的研究。該研究的重點是國家安全和防控恐怖主義的襲擊，其中“無線微塵項目”是該研究的第一個啟動項目，致力于研究在有限的區(qū)域里，散布成千上萬無線傳感器件來實時采集數據，動態(tài)分析環(huán)境變化，及時作出預警和報警。這是世界上第一個體現智能電網研究內容的起始點。在發(fā)生極端事件時，應急管理是電網的一項重要功能。[1]它需要對電網故障進行判斷、定位、重構和恢復等瞬間響應的自愈合特性，因此通過信息和網絡建立對現場數據采集、監(jiān)控、分析、管理等高效的決策支持系統(tǒng)便成為電網技術中一個新的技術方向。 從這個角度講，智能電網的起源于對國家安全和反對恐怖主義的考慮。

 1.2 智能電網的發(fā)展歷程

 2001年美國電科院(EPRI)最早提出“Intelligrid”(智能電網)，并開始研究;2003年美國電科院將未來電網定義為智能電網(IntelliGrid)。2009年5月21日，美國眾議院能源和商業(yè)委員會通過《美國清潔能源和安全法案》，法案明確規(guī)定美國要發(fā)展智能電網，提高電力傳輸效率。

 1998年至2002年實施的歐盟第5框架計劃(EU’s Fifth Framework Programme，FP5)，開設了“歐洲電網中的可再生能源和分布式發(fā)電整合”專題，內含50多個項目，分為分布式發(fā)電、輸電、儲能、高溫超導體和其他整合項目五大類。這些項目被認為是發(fā)展互動電網第一代構成元件和新結構的起點。2006年，歐盟理事會發(fā)布能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy),強調智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發(fā)展方向。

 1999年清華大學提出“數字電力系統(tǒng)”的概念，揭開了數字電網研究工作的序幕。2009年5月21日，在2009年特高壓輸電技術國際會議上，中國國家電網公司公布了建設以信息化、自動化、互動化為特征的“堅強智能電網”的研究成果。

 1.3 智能電網的內涵及其定義

 智能電網是隨著技術進步和業(yè)務需求逐步發(fā)展起來的, 不同的國家和組織都在以自己的方式研究和實踐智能電網, 并各有側重地在發(fā)電、輸電、配電、用電等領域嘗試各種技術，他們從不同的角度闡述了智能電網的定義和內涵。[5]到目前為止關于智能電網的內涵及其定義各國并沒有統(tǒng)一的標準，中國也缺少大眾化的統(tǒng)一描述。美國智能電網規(guī)劃具備和電力用戶互動、適應多種電源、支持新型電力市場、滿足高質量電能需求、自愈能力和反外力破壞與攻擊等特點，主要是從國家安全和反對恐怖主義下的電網的應急管理來考量的，相比較而言歐盟對智能電網研究更加注重高靈活性、高可接入性、高可靠性和高經濟性。2009年5月，我國首次提出智能電網發(fā)展目標，國家電網公司在“2009特高壓輸電技術國際會議”期間表示：國家電網將立足自主創(chuàng)新，加快建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網。但是到目前為止，我國仍然沒有就智能電網的標準形成統(tǒng)一，某些企業(yè)從商業(yè)的角度考慮，弱化了智能電網的內涵，模糊了智能電網的概念。

 通過對大量的資料以及工程實例進行分析研究表明，本文將智能電網內涵闡述為：就是在安全的信息交互下，形成的以大電網供電為主、分布式電網可靈活接入或退出為輔的、高可靠性和高經濟性的可統(tǒng)一管理和分級自主管理的、并能夠和用戶形成互動的、同時滿足節(jié)能和多樣性需求的電網網絡。

 2、我國智能電網的驅動力

 2.1 國家能源的戰(zhàn)略和我國能源的分布格局

 隨著我國經濟的發(fā)展，人們對于能源緊缺意識逐步提高，發(fā)展清潔能源成了國家能源發(fā)展的重點，但是就目前我國的能源結構而言，一次能源消費中煤炭占70%左右，發(fā)電結構中燃煤發(fā)電量占80%左右，而我國煤炭能源多分布在西北部，用電大部分分布在沿海發(fā)達地區(qū)，這一格局短期內不會改變，以特高壓供電為主的大電網長距離供電的格局短期內也不會改變。但是伴隨著能源緊缺的以及能源消耗所帶來的環(huán)境問題日益突出，國家已經開始大力發(fā)展光能、風能等清潔能源發(fā)電。清潔能源的發(fā)展要求加快建設智能電網。隨著清潔能源發(fā)電的發(fā)展步伐加快，必然引起清潔能源接入大電網的問題，由于清潔能源發(fā)電多存在不穩(wěn)定性、不確定性，可控度不像常規(guī)煤炭發(fā)電技術那樣成熟，這就決定了國家既要在現有的能源分布格局下發(fā)展特高壓等大電網，又要從長遠的角度考慮發(fā)展智能電網。

 2.2 國家需要拉動內需和特高壓等大電網建設的吻合

 我國經歷的國民經濟的快速增長時期，從經濟的角度出發(fā)，為確保國民經濟的快速增長和人民生活水平的適應性，進一步發(fā)展特高壓等大電網提高人均用電量、解決地區(qū)負荷不平衡、建設堅強的電網骨干網絡適合我國國情的，這也是我國發(fā)展智能電網的前提，隨著電動汽車、智慧城市等的發(fā)展規(guī)劃，國民用電總量將進一步提高，一些新型用電設備的特殊性能也要求加快建設智能電網。

 2.3 潛在的市場推動力

 發(fā)展智能電網除了國家戰(zhàn)略的考慮，最終還是要回歸于市場檢驗中，由于國家在能源政策上的引導和投資，市場已經做出了反映。大型國有電力企業(yè)和研究院所積極的投身于智能電網的研究之中，主要特點是研究內容多面向于特高壓、高壓等大電網的運行控制和保護技術以及相關的設計或產品，這一點得力于我國社會主義制度下的市場經濟體制，它們有著政策和資金方面的優(yōu)勢。中小型電力企業(yè)也積極的開展了智能電網的研究或推出了相關產品。這些都沒有真正挖掘出潛在的市場推動力。大電網的研究中并沒有充分考慮新能源分布式電網的接入、運行和退出問題，對智能電網的發(fā)展也沒有一個統(tǒng)一的標準，這就給以新能源分布式電網為主要業(yè)務的企業(yè)造成了困惑，阻礙了智能電網的發(fā)展。以新能源分布式發(fā)電為主要業(yè)務的中小型企業(yè)，尤其是民營企業(yè)，也顯示出了浮躁情緒，對能夠主導的適合市場需求的產品認識不足或者投入不足。市場這些消極的方面在一定程度上弱化了智能電網的概念，更多商業(yè)化的考量讓企業(yè)更注重于目前所能擁有的產品，欲借智能電網概念銷舊產品的心理存在于很多電力企業(yè)當中。

 真正的潛在的市場推動力可從以下幾個方面進行研究：

 (1)第一類型：在政策上和資金上有優(yōu)勢的電力企業(yè)。這些公司當積極的致力于大電網的建設上、當大電網接入新能源分布式電網的情況下信息安全交互的產品以及大電網的運行控制和保護相關的產品;

 (2)第二類型：政策上和資金上沒有太多優(yōu)勢的電力企業(yè)。這些公司應當把產品定位在配電市場以及微電網上，這樣可以不和第一類型的公司形成直接的市場競爭，從實際作用上來講，這些公司沒有足夠的實力來影響智能電網的統(tǒng)一標準的制定，從配電市場上考慮，是以用戶為主要對象的考量，可以在一定程度的避開研發(fā)的產品不適應標準而無法上網的概念局面，同時也避免了研發(fā)資金的浪費。

 (3)第三類型：高校以及研究院所的電力研發(fā)人員。這部分人員雖然很少直接參與市場運作，但對智能電網的市場發(fā)展起到了一定的推動作用，尤其是智能電網的標準制定上，對我國未來進一步建設的智能電網的市場方向起著舉足輕重的地位。

 3、智能電網的關鍵技術

 通過對智能電網的分析研究，在智能電網的發(fā)展過程中，存在著亟待解決的幾大關鍵技術，比如安全的信息交互技術、可靠的信息和數據采集技術、微電網接入大電網后的運行控制和保護技術等。

 3.1安全的信息交互技術

 如何實現電網的智能化，對于信息的采集、判斷和處理是非常關鍵的，在一定程度上講，電網的信息化是智能電網的主要特征之一。在實現電網的信息化的過程中，安全的信息交互顯得更為重要，電力系統(tǒng)專有的網絡已經不能滿足智能電網的信息交互的要求，即便是電力系統(tǒng)專有的網絡同樣也存在信息交互不安全的風險。并且隨著電網的智能化的程度的提高，信息交互不安全的風險以及由這種不安全所引起的故障或事故越大。目前安全的信息交互技術的開發(fā)和利用是電網實現智能電網要求的關鍵技術之一。

 安全的信息交互技術前提是要求信息在傳輸過程中不能丟失或者發(fā)生丟失后能夠及時補發(fā)，如果不能補發(fā)應能夠有所標記。在信息實現交互的過程中，能夠判別出交互對象的合法性，要在盡可能短的瞬間做出判斷是否與之進行信息交互，如果不合法要及時舍棄與之進行信息交互并及時這種信息反饋給信息給出者或者與之交互對象的上一級管理者。

 安全的信息交互需要更多的信息進行處理，這比單一的發(fā)出或對接受到的信息進行處理而不去詢問信息是否合法不同，它需要信息交互的雙方都做出識別，因此，在傳輸的信息量明顯增大了，所以對所要求的處理能力有所提高。

 3.2可靠的信息和數據采集技術

 可靠的信息和數據采集可以認為是智能電網接受到的第一手資料，電網所有的智能化的實現都依據它采集到的信息和數據，如果信息和數據采集失誤，電網所作出的一切判斷指令都可能是錯誤的。

 對于信息和數據的采集必須處理好電力系統(tǒng)中時間服務器的時間基準，應該考慮到時間服務器失調等情況，目前我國電力系統(tǒng)所用的時間服務器對時裝置多采用的是GPS系統(tǒng)，隨著我國北斗系統(tǒng)的商業(yè)化運行，國家出于戰(zhàn)略和安全的考慮，同時隨著北斗系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性和可靠性在經受起實踐檢驗后，勢必提高北斗系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的對時裝置中的使用范圍。因此在針對我國智能電網的可靠的信息和數據采集技術研究過程中，不應當忽視這一點。

 實現可靠的信息和數據的采集首要的任務是開發(fā)和設計出安全可靠的信息和數據采集設備，必須實現信息和數據的雙向通信，通過信息和數據的反饋來驗證采集到的信息和數據是否是所需要的，針對信息和數據做出安全可靠的預處理。為獲得可靠的信息和數據采集必須處理好采集設備的EMC、EMI問題。

 3.3微電網接入大電網后的運行控制和保護技術

 隨著我國能源戰(zhàn)略的需求，以新能源分布式發(fā)電為主的微電網必然會有接入大電網的訴求。

 美國對于以新能源分布式發(fā)電為主的微電網并網標準作了規(guī)定：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出，這就大大限制了分布式能源效能的充分發(fā)揮。另一方面，目前配電系統(tǒng)所具有的無源輻射狀運行結構以及能量流動的單向、單路徑特征，使得分布式發(fā)電必須以負荷形式并入和運行，即發(fā)電量必須小于安裝地用戶負荷，導致分布式發(fā)電能力在結構上就受到了極大限制。與傳統(tǒng)的集中式能源系統(tǒng)相比，微電網接近負荷，不需要建設大電網進行遠距離高壓或超高壓輸電，可以減少線損，節(jié)省輸配電建設投資和運行費用;由于兼具發(fā)電、供熱、制冷等多種服務功能，分布式能源可以有效地實現能源的梯級利用，達到更高的能源綜合利用效率。微電網接入大電網是能源發(fā)展的必然結果，因此研究微電網接入大電網后的運行控制和保護技術也是目前智能電網的關鍵技術之一。

 由于微電網本身所具有的可靠性相對于大電網是比較差的，而且微電網的發(fā)電穩(wěn)定性隨著周圍的環(huán)境變化較大，所以必須切實的處理好微電網接入后的運行控制和保護問題。

 4、結論

 我國國家電網公司確立了智能電網三步走的原則，2011年～2015年是全面建設階段，加快特高壓電網和城鄉(xiāng)配電網建設，初步形成智能電網運行控制和互動服務體系，關鍵技術和裝備實現重大突破和廣泛應用。因此必須切實的把握好根據我國長期的能源格局情況下智能電網的內涵，進一步挖掘和利用好智能電網發(fā)展的驅動力，有針對性的對其中的關鍵技術，尤其是對一些亟待解決的技術難題進行研究分析是更具有現實意義的。從國家電網公司的投資發(fā)展環(huán)境看，智能電網是大勢所趨，對于智能電網的起源、發(fā)展歷程以及內涵有一個明確的認識是確保智能電網的概念不被弱化的關鍵，也只有確切的把握好智能電網的內涵才能挖掘出內在的發(fā)展驅動力，才能有的放矢的對關鍵技術進行研究。

 5、參考文獻
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