智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)(Smart Grid)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。

編輯摘要

目錄

1 簡介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標(biāo)

5 學(xué)術(shù)研究

1 簡介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標(biāo)

4.1 必須更加可靠

4.2 必須更加安全

4.3 必須更加環(huán)境友好

5 學(xué)術(shù)研究

5.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

5.2 管理子系統(tǒng)

5.3 保護子系統(tǒng)

6 技術(shù)支持

6.1 通信技術(shù)

6.2 量測技術(shù)

6.3 設(shè)備技術(shù)

6.4 控制技術(shù)

6.5 支持技術(shù)

7 影響因素

8 主要特征

8.1 智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)

8.2 智能電網(wǎng)激勵和包括用戶

8.3 智能電網(wǎng)將抵御攻擊

8.4 提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量

8.5 將減輕來自輸電和配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量事件

8.6 容許各種不同類型發(fā)電和儲能系統(tǒng)的接入

8.7 將使電力市場蓬勃發(fā)展

8.8 優(yōu)化其資產(chǎn)應(yīng)用，使運行更加高效

智能電網(wǎng) - 簡介

智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

智能電網(wǎng)(英語：Smart grid、smart electric grid、或intelligent grid)，以雙向數(shù)字科技創(chuàng)建的輸電網(wǎng)絡(luò)，用來傳送電力。它可以偵測電力供應(yīng)者的電力供應(yīng)狀況，與一般家庭用戶的電力使用狀況，來調(diào)整家電用品的耗電量，以此達到節(jié)約能源，降低損耗，增強電網(wǎng)可靠性的目的。智能電網(wǎng)雛型是20世紀(jì)產(chǎn)生的，由一些中心發(fā)電機向大量用戶傳輸電能的電網(wǎng)的簡單升級。在傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，電能的傳輸拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)更加優(yōu)化以滿足更大范圍的各種用電狀況，如在用電量低的時段給電池充電，然后在高峰時反過來給電網(wǎng)提供電能。

智能電網(wǎng)包含了一個智能型電表基礎(chǔ)建設(shè)(Advanced Metering Infrastructure，AMI)，用于記錄系統(tǒng)所有電能的流動。通過智能電表(Smart meter)，它會隨時監(jiān)測電力使用的狀況。智能電網(wǎng)包括超導(dǎo)傳輸線以減少電能的傳輸損耗，還具有集成新能源，如風(fēng)能，太陽能等的能力。當(dāng)電能便宜時，消費者可以開啟某些家用電器，如洗碗機，工廠可以啟動在任何時間段都可以進行的生產(chǎn)過程。在電能需求的高峰期，它可以關(guān)閉一些非必要的用電器來降低需求。其他的智能電網(wǎng)發(fā)展方向包括電網(wǎng)之故障偵測、判斷、自動試送電等。智能電網(wǎng)之最基礎(chǔ)建設(shè)在于電網(wǎng)上的設(shè)備由人工在地監(jiān)測，進化到遙測、遙控，再進化到自動判斷調(diào)整控制。

現(xiàn)代化的電能網(wǎng)絡(luò)被許多政府認(rèn)為是一種能夠有效減少能源依賴，減緩全球溫室效應(yīng)的措施。智能計量作為智能電網(wǎng)的一部分，但它本身本不能稱為一個智能電網(wǎng)。在美國奧巴馬總統(tǒng)宣布振興經(jīng)濟方案之中納入智能電網(wǎng)計劃后，已經(jīng)引起世界各國的重視。

智能電網(wǎng) - 概念提出

智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個里程碑：

第一個就是2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，其在中國發(fā)布了《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理-中國電力發(fā)展的新思路》白皮書，解決方案主要包括以下幾個方面：一是通過傳感器連接資產(chǎn)和設(shè)備提高數(shù)字化程度;二是數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系;三是進行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，以優(yōu)化運行和管理。該方案提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。

第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了以公布的計劃，美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進行升級換代，建立美國橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng);發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國國家電網(wǎng)的價值和效率，將逐步實現(xiàn)美國太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理;全面推進分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率。美國政府的智能電網(wǎng)有三個目的，一個是由于美國電網(wǎng)設(shè)備比較落后，急需進行更新改造，提高電網(wǎng)運營的可靠性;二是通過智能電網(wǎng)建設(shè)將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網(wǎng)”。“互動電網(wǎng)”是指在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上，以智能電網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過電子終端將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的總體效果，實現(xiàn)電力、電訊、電視、遠(yuǎn)程家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)。它可以整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動運轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率。互動電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟、兼容、集成和安全等特點，主要解決三個問題，一是以信息技術(shù)改造和提升現(xiàn)有的能源體系，特別提高集能源大成的傳統(tǒng)電網(wǎng)體系的能源效率;二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的創(chuàng)新能源利用體系;三是要建造消費者和生產(chǎn)者互動的精巧、智慧和專家服務(wù)化的能源運轉(zhuǎn)體系。[1]

智能電網(wǎng) - 發(fā)展歷程

智能電網(wǎng)

2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術(shù)，利用的是(Swarm群體行為)原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無線控制器，與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制。比如，一臺空調(diào)運轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24℃;而另外兩臺空調(diào)可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運15分鐘。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實現(xiàn)。這個技術(shù)賦予電器于智能，提高能源的利用效率。

2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強調(diào)智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過程中的自動化技術(shù)。

2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點“(GridPoint)的公司最近開始出售一種可用于監(jiān)測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個基礎(chǔ)設(shè)施。

2006年，美國IBM公司曾與全球電力專業(yè)研究機構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數(shù)字控件和分析工具，自動監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費者對電力使用的管理也可細(xì)化到每個聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個解決方案，標(biāo)志著智能電網(wǎng)概念的正式誕生。

2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并規(guī)劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰(zhàn)略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級調(diào)度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項目的啟動標(biāo)志著中國開始進入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。

2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個智能電網(wǎng)城市，每戶家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀地了解當(dāng)時的電價，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽能等清潔能源。同時，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現(xiàn)，可以重新配備電力。

2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。

2009年1月25日美國白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計劃尺度報告》宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬美國家庭安裝智能電表——美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。2月2日獨能源問題專家武建東在《全面推互動電網(wǎng)革命拉動經(jīng)濟創(chuàng)新轉(zhuǎn)型》的文章中，明確提出中國電網(wǎng)亟須實施“互動電網(wǎng)”革命性改造。

2009年2月4日，地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達成的協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公用系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進行電力分配并檢測到潛在問題。IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機會，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已開始測試名為谷歌電表vPowerMeterw的用電監(jiān)測軟件。這是一個測試版在線儀表盤，相當(dāng)于谷歌正在成為信息時代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。

2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設(shè)的一部分——華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過專家組的驗收。這套系統(tǒng)首次將以往分散的能量管理系統(tǒng)、電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、在線穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)高度集成，調(diào)度人員無需在不同系統(tǒng)和平臺間頻繁切換，便可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。此外，該系統(tǒng)通過搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務(wù)市場品質(zhì)分析平臺，能有效提升調(diào)度部門對并網(wǎng)電廠管理的標(biāo)準(zhǔn)化和流程化水平。

2009年3月3日，美國谷歌向美國議會進言，要求在建設(shè)“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時采用非壟斷性標(biāo)準(zhǔn)。

智能電網(wǎng) - 研發(fā)目標(biāo)

智能電網(wǎng)智能目標(biāo)

智能電網(wǎng)的目標(biāo)是實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全。