对智能电网技术现状与发展趋势探讨

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【摘 要】近年来随着全球经济的飞速发展，智能电网作为一项新兴的电力技术已成为世界主流国家电力工业发展的趋势，智能电网能为国家的经济建设提供更稳定可靠的电力保障，本文详细介绍了智能电网的特点，总结了智能电网技术在国内外的研究现状与发展状况。

【关键词】智能电网；关键技术；发展

0 前言

作为一项新兴的电力技术，智能电网较传统电网具有很强的经济性可靠性和安全性以其强大的可观可控、安全可靠、自愈和环保节能特性不仅可以通过提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗来提高电力系统的性能还能够通过提高能源的利用效率减少对环境的危害。可以说智能电网将成为世界电网发展的新趋势。

1 智能电网的特点

智能电网就是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网。它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点。

智能电网的特点可归结为：自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成、绿色。

1.1 自愈

在电力系统中，智能电网是“自愈电网”，具备强大的“免疫功能”，是智能电网的一个突出特征，最大限度地保证供电质量。“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，发现已经存在的或潜在的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。“自愈电网”确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率，能够最大限度地确保企业、个人用户的用电安全。

1.2 兼容

支持风电和太阳能发电等可再生能源的正确、合理的接人，适应分布式发电和微电网的并网运行，做到“即插即用”，可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置，满足用户多样化的电力需求。

1.3 交互

智能电网是“交互式电网”，能实现电力公司与用户的双向交流，以达到电力供给的相互适应。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开支，通过降低线损，实现更大的环境效益。在智能电网中，通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、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定自己的电力使用的方案。

1.4 协调

与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接，有效的市场设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，电力系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。

1.5 高效

引入最先进的信息和监控技术。优化设备和资源的使用效益，可以提高单个资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的优化，降低其运行维护成本和投资。

1.6 优质

在数字化、高科技占主导的经济模式下，电力用户的电能质量能够得到有效保障，实现电能质量的差别定价。

1.7 集成实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化管理

1.8 绿色

智能电网可将边远地区的清洁能源源源不断地输送到负荷中心，为用户提供更多的绿色能源，用户还可以利用太阳能、风能开发分布式清洁能源，作为家庭用电补充形式，同时可将多余能源向电网输送，未来困扰我国的“各地区能源供需不平衡”问题将得到较大程度缓解，使清洁能源在能源消费中的比重进一步提高，有效减少温室气体排放。

2 智能电网的关键技术

2.1 先进的发电与储能技术

从能源的角度来看，在电力生产中，发、输、配、用四个阶段实际上完成的是能源转化、传输和使用的过程，在这过程中，排量最大，同时也是最具减排潜力的无疑是发电环节。这也是智能电网非常强调风电水电等多种分布式新能源接入的原因。分布式能源（DER）包括分布式发电和分布式储能，其中分布式发电技术包括：风力发电技术、太阳能光伏发电技术、燃料电池发电技术、潮汐能发电技术、生物质能发电技术、地热发电技术等；分布式储能装置包括机械蓄能（包括抽水蓄能技术、飞轮蓄能技术、压缩空气蓄能等方式）、电磁蓄能、蓄电池储能、超导储能等。配电网中的DER由于靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要。并提高了供电可靠性，因此被广泛采用，特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政府政策上的大力支持下，得到了迅速增长。在我国以风能、太阳能发电的主要发展方式是在沙漠、戈壁滩等偏远地区大容量集中开发，但其在地理位置上分布不均匀，易受天气影响，而且具有波动性和间歇性的特点，会对可靠供电造成冲击，当地电网无法适应可再生能源集中开发和利用，这就需要解决风能、太阳能等可再生能源大规模开发的间歇性、不确定性问题，保证电力的大规模接入和远距离送，这将是接入各种可再生能源电源和分布式能源电源面临的一大挑战。

2.2 能够降低损耗的输配电技术

2.2.1 特高压输电技术

特高压输电技术是指在500kV及750kV交流和500kV直流之上采用更高一级电压等级的输电技术，包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术。国外研究特高压输电技术已有将近40年的历史，其目的仍然是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电力系统互连，建成联合电力系统。

2.2.2 高温超导输电技术

超导特性是指部分道题在某一特定温度下电阻为零的特性。1986年以前，超导技术在电力系统的应用一直处于设想和实验阶段。直到1986年，IBM实验室科学家发现一转变温度高于30K的多合金超导材料，随后美国、中国科学家相继发现转变温度高于90K的超导体，开始了液氮温区超导体时代，由于液氮价格相对较低，这使得超导体有实验室走向了应用阶段。随着临界温度高于77K的高温超导材料的卡法及低温冷却技术的迅速发展，高温超导体电缆已成为超导电缆发展的主流。与常规电缆相比，高温超导体损耗少，污染小，占用走廊宽度低等优点，有着广阔的发展前景。

2.3 先进的电力电子技术

随着电力电子技术的不断发展和电力系统运行要求的不断提高，电力电子在电力系统发、输、配、用等各个环节都得到了广泛的应用。现代电力系统应用的电力电子装置几乎全部使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和DSP全数字控制技术，包括可控硅并联电抗器、多功能固态开关、智能电子装置（I EDs）、静止同步补偿器（STATCOM）、有源滤波器（APF）、动态电压恢复器（DVR）、故障电流限制器（FCL）、以及高乐直流输电以及高压直流输电（HVDC）所用装置和配网用的柔性输电系统装置（如SVC和D-Statcom）等。

2.4 智能变电站技术

变电站是电网中通过变压器转变为不同电压等级，以降低电能的传输损耗和方便使用的一个环节，智能变电站是指由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，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、协同互动等高级应用功能的变电站，是智能电网的重要基础支撑。

智能变电站以智能一次技术（包括智能高压开关设备，电子式互感器，智能电力变压器，一次设备在线检测与智能诊断技术）、智能二次技术（智能继电保护技术，在线式五防技术，网络通信检测分析技术，智能变电站高级应用技术）和高速可靠的光纤网络技术（网络结构划分）为依托，实现高度自动化，为智能调度提供可靠的信息保障。

2.5 智能调度技术

智能调度是智能电网建设中的重要环节，调度的智能化是对现有调度控制中心功能的重大扩展，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。

调度智能化的最终目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术，协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系智能化调度的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。

2.6 自动集抄系统和需求侧管理

智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。所以电网的智能化首先需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。因此目前国外推动智能电网建设，一般以构建高级量测体系为切人点。

自动集抄系统（远程自动集中抄表系统）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和连接它们的通信系统组成，近来，为了加强需求侧管理，又将其延伸到用户住宅内的室内网络（HAN）。这些智能电表能根据需要设定计量间隔，并具有双向通信功能，支持远程设置、接通或断开、双向计量、定时或随机计量读取。同时，自动集抄系统为电力系统提供了系统范围的可观性。不但可以使用户参与实时电力市场。而且能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应，构建智能化的用户管理与服务体系，实现电力企业与用户之问基本的双向互动管理与服务功能以及营销管理的现代化运行。

随着技术的发展，将来的智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。

2.7 高级配电自动化

高级的配电自动化（ADA）将包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互（如负荷管理、量测和实时定价等）。通过与智能电网的其他组成部分的协同运行，ADA既可改善系统监视、无功与电压管理、降低网损和提高资产使用率，也可辅助优化人员调度和维修作业安排等。

西方发达国家的配电自动化已经经历了3个阶段：第1阶段，是20世纪70年代实现重要线路故障自动隔离、自动抄表等；第2阶段，从20世纪80年代开始，进行了大量的配电自动化试点工作及馈线自动化、营业自动化、负荷控制的试点工作；第3阶段，从20世纪末开始，伴随计算机与网络通信技术发展以及电力工业市场化改革，以配电管理系统、配电自动化、用户自动化为主要内容的综合自动化成为配电网自动化的发展方向。1999年原国家电力公司《配电系统自动化规划设计导则》正式对“配电系统自动化”的概念进行了定义。中国从20世纪90年代中后期开始了配电自动化的试点工作，目前基本处于发达国家发展历程中的第2阶段。

3 结语

电网作为国民经济的基础设施承担着优化能源、保障能源安全和满足国民经济发展的重要作用。各国都在投入人力物力逐步推进，在我国也将建设中国特色的智能电网，这是一项高度复杂的系统工程，也是我国电网发展的目标。本文通过介绍智能电网的定义、特征、应用和现状，详细讨论了智能电网的关键技术，希望可以增进更多的人对智能电网的了解。