浅析智能电网技术探讨

[摘 要]智能电网的出现可以满足21世纪用户需求的电能质量以及不同发电形式的接入、启动和资产优化的高效运行。目前智能电网得到了广泛的运用。本文首先对智能电网的概念以及特征进行了简要的分析，同时并分析了智能电网涉及的几个相关的技术，发展状况，智能电网在商业管理中的应用，关键的技术问题从通信结构与技术、控制技术两个方面进行探讨。

[关键词]智能电网；技术；特征

中图分类号：TM76；TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0010-01

引言

首先，原来的预测技术和数据处理技术不能为用户在适当的时间提供期望的电力，但输配电、发电、信息化、数字化等技术的进步为解决这一问题提供了相应的支持；其次，环境问题的提出和能源的地缘依赖性限制了经济增长规模，当今电网需要应对日益严峻的资源和环境压力，实现大范围的资源优化配置，提高全天候供电运行能力，满足能源结构调整的需要，适应电力体制改革。现代电力系统网络面临的主要挑战如下所示。

a）全球暖化、能源压力和生态文明意识的提升。

b）能源供应商和客户之间的隐私问题。

c）网络攻击的安全威胁。

d）国家采用替电能源的目标。

e）间歇供应时保持稳定的电力更加复杂。

f）减少高峰用电需求过程中浪费的能量，从而确保足够的储备。

为解决这些挑战，北美和欧洲已经形成了相应的研究群体，开展“智能电网”的研究和实践，我国也已开始相关研究。智能电网（Smart Grid）也叫知识型电网（Intelligrid）或者现代电网（Modern Grid），是有机融合了信息、通信、控制等多种前沿技术的输配电系统；其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网。

一、智能电网的概念与特征

智能电网又称为“电网2.0"，也就是应用现代科学技术实现电网的智能化。智能电网是通过使用先进的生产设备、传感和测量技术、控制方法、控制系统、决策系统、智能技术等一切可以结合的先进科学技术，对高速、集成的双向网络进行优化、更新，提高电网的安全性、经济性、高效性、节能性，实现安全使用、保护环境等目标。其主要特征简单概括为：满足用户对电能数量和质量的需求，自我管理与自我恢复，优质电能质量，保证接入安全，双向电力服务，兼容与开放，经济高效。

二、我国目前智能电网发展状况

直到2006-2007年，智能电网的概念才从国外引进到中国，在国内大范围传播。在2007年。华东电网公司进行了智能电网在中国的可行性研究，之后又对智能电网进行了试点工程，启动了统一信息平台和高级调度中心等工程。2008年，华北电网公司把部分精力放在如何有效建设智能调度体系，进行研究和建设有关智能电网的主体一电网信息构架。2009年，国家电网首次提出“坚强的电网”计划，并于2010年4月公示《绿色发展白皮书》，计划在2020年在全国范围基本完成坚强智能电网的建设，建设绿色能源的配置平台。这个计划要求在大规模电力输送过程中，输送清洁能源，提升电力系统的建设情况，提高能源利用效率，扩大电力的利用范围，减少空气污染，建设资源节约型、环境友好型社会。

我国在863计划中首次在国家层面提出对智能电网开展相关研究，计划在“十二五，，期问投资10.5亿元对智能电网进行专项研究。这项研究包括二十几个课题，研究内容主要是风电接入原有电网、太阳能发电技术、输变电设备、电力利用新技术等，每一个课题都将会落实一个试点项目，进行试验，如果成功将会在适当调整后进行全国范围的推广。

三、商业管理

智能电网的发展并不需要更换现有的电力网络，这一过程从技术和经济方面考虑是不现实的。相反，发展智能电网可以加强现存网络的服务和功能，同时尽可能地利用原来的物理基础设施。智能电网的几个功能如下所示。

a）需要具有自愈能力。

b）具有高可靠性。

c）资产优化管理。

d）经济高效。

e）与用户友好互动。

f）兼容大量分布式电源的接入。

智能电网技术从根本上改变了电力市场运行模式，出现一些新的市场成员，如能源零售商和贸易商、分布式发电运营商等。

四、关键的技术问题

智能电网的技术组成有多种，其包括分布式发电、量测技术等。这里主要讨论通信和控制技术，提出多层通信结构模式。

4.1 通信结构与技术

智能电网的实现需要高速、双向、实时、集成的通信系统作为基础，因为智能电网中的数据获取与传输、保护和控制都是一个双向实时的过程。这一技术领域主要关注三个问题：首先，是开放的通信架构，它形成一个“即插即用”的环境，使电网各个元件之间能够进行网络化的通信；其次，统一的技术标准，它主要是保证传感器、智能电子设备以及应用系统之间实现无缝通信，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；最后，通信过程中会遇到乱序和时延问题，在建立模型和实际过程中要根据具体情况来分析。下面根据已有的经验，提出一个多层通信结构。

智能电网一般在大范围内布设，因此其通信设施必须覆盖整个区域，下面（图1）给出其通信设施的一个多层结构。

智能电网的发电、输电、配电，使用过程中都存在数据流。多种技术将用来设计通信结构，以便为控制中心提供足够的信息量。通信网络的多层拓扑结构的主要问题是子网络间的互操作性。智能设备所产生的数据量在未来将出现爆炸式增长，这会给智能电网的通信设施相当大的负荷。大量的实时和已有数据出现在智能电网中，并且一天内不同时段数据量变化很大，因此通信交通要适应数据的快速变化能力。高峰时段，数据通信需要更高的数据传输速率和更可靠的服务。由于数据传输延迟、带宽、可靠性和安全性等区别，不同类别的数据具有不同的服务优先级。

4.2 控制技术

智能电网控制技术体系融合了先进控制与设备制造技术、信息与通信技术、标准与试验评估技术等众多技术（图2），其中信息与通信技术是实现智能电网控制功能的“中枢神经”，电力电子与储能技术则扮演智能电网控制的“执行机构”，而标准与试验评估则构成智能电网控制得以顺利实施的制度与管理层面的“保障”。

五、结论

电网智能化是全球电网未来发展的必由之路，其中尚未解决的问题还有很多，如多智能体技术如何在智能网中得以应用，分布式估计和预测问题等，下一步的研究重点为智能电网中的通信和控制问题以及分布式优化问题。我国应大力发展分布式储能技术和分布式智能电网，打造具有中国特色的坚强智能电网。

参考文献

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