淺析智能電網結構組成及成熟模型

靈活、互動的電力市場是智能電網發(fā)展的最終體現(xiàn)。雖然目前三網融合的動靜很大，但是，不能小看相對專有和封閉的電網系統(tǒng)，它的覆蓋面，不亞于任何一家電信和廣電運營商。

目前，智能電網建設已成為國家經濟和能源政策的重要組成部分。中國電力行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是: 輸電網安全運行風險嚴峻、配電網供電可靠性亟待提高、可再生能源的影響日趨顯著、電網抗攻擊能力需要增強，以及電力企業(yè)經營管理壓力加大。要建成成熟的智能電網，還有一段距離。

傳感器上的統(tǒng)一服務

智能電網通過傳感器把各種設備、資產連接到一起，形成一個客戶服務總線，對信息進行整合分析，以此來降低成本，提高整個電網的可靠性，使運行和管理達到最優(yōu)化。國網公司定義其為統(tǒng)一的堅強智能電網，即以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設為原則，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、互動化特征的國家電網?！敖y(tǒng)一”是前提，“堅強”是基礎，“智能”是關鍵。

智能電網成熟模型

只有形成堅強的網絡結構，才能充分發(fā)揮智能電網的功能和作用。

智能電網的特點可用以下幾個詞來概括: 自愈、互動、優(yōu)化、兼容、集成。其關鍵技術包括發(fā)電技術、輸配電技術和售用電技術。發(fā)電技術部分，目前有可再生能源發(fā)電技術，如太陽能、風電、地熱、潮汐和生物質; 還有分布式發(fā)電和儲能技術。除傳統(tǒng)的供電服務業(yè)務外，智能電網也為電力企業(yè)拓展業(yè)務領域，為以服務創(chuàng)新帶動業(yè)務轉型提供了可能。依托智能電網基礎架構，電力企業(yè)可在向用戶提供供電服務的同時，開發(fā)出多種基于網絡的增值服務。

不過，我國在智能電網建設方面還存在一些問題: 比如缺乏對用戶負荷信息的及時跟蹤; 配網自動化建設仍需進一步加強; 配電設備陳舊落后。另外，政府層面對智能電網的支持力度尚不明確，到目前為止，對智能電網所需關鍵技術進行的研究還只是企業(yè)行為，國家并沒有給予政策扶持，也沒有從國家層面制定智能電網的發(fā)展戰(zhàn)略。

從發(fā)電到用電全過程智能

發(fā)電

發(fā)電環(huán)節(jié)的發(fā)展目標是: 以“一特四大”發(fā)展戰(zhàn)略為導向，引導電源集約化發(fā)展，協(xié)調推進大煤電、大水電、大核電和大可再生能源基地的開發(fā); 強化機網協(xié)調，提高電力系統(tǒng)安全運行水平; 實施節(jié)能發(fā)電調度，提高常規(guī)電源的利用效率; 優(yōu)化電源結構和電網結構，促進大規(guī)模風電、光伏等新能源的科學合理利用。

相應的重點工程是建設風力發(fā)電技術研究中心和太陽能發(fā)電技術研究中心，加強抽水儲能重點工程和大容量儲能示范工程建設。還需開展鈉硫電池、超導儲能裝置集成技術和成套技術的研究及試點工作，加快儲能技術的產業(yè)化進程，開展兆瓦級和10兆瓦級儲能系統(tǒng)在可再生能源柔性接入電網中的示范應用。

輸電

線路環(huán)節(jié)的技術路線是全面掌握特高壓交直流輸電技術，形成特高壓建設標準體系，加快特高壓和各級電網建設; 開展分析評估診斷與決策技術研究，實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)評估的智能化; 建立輸電線路建設與運行的一體化信息平臺，加快線路狀態(tài)檢修、全壽命周期管理和智能防災技術研究應用; 加強靈活的交流輸電技術研究。

重點工程是特高壓后續(xù)交直流工程和跨區(qū)聯(lián)網建設，同時開展特高壓可控電抗器等關鍵技術研發(fā)并示范應用。這一過程中，需要全面實施線路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理，實現(xiàn)基于航測和衛(wèi)星定位等線路數字化、可視化設計。為了使壽命周期性能和指標達到最優(yōu)，還需建立線路綜合防災和安全保障信息共享機制和技術平臺，實現(xiàn)對線路影響較大的自然災害信息的監(jiān)測、分析、預報，提高線路綜合防災和安全變電保障能力。

變電

變電環(huán)節(jié)的重點是制定智能變電站及裝備標準規(guī)范; 同時需建設智能電網全景信息采集系統(tǒng)，開展基礎信息統(tǒng)一建模技術研究，構建區(qū)域、廣域綜合測控保護體系，研究各類電源及用戶的接入、退出、保護及隔離技術。

調度

調度環(huán)節(jié)以服務特高壓大電網安全運行為目標，開發(fā)建設新一代智能調度技術支持系統(tǒng)，實現(xiàn)運行信息全景化、數據傳輸網絡化、安全評估動態(tài)化、調度決策精細化、運行控制自動化、機電協(xié)調最優(yōu)化，形成一體化的智能調度體系，確保電網運行的安全可靠、靈活協(xié)調、優(yōu)質高效和經濟環(huán)保。

智能電網的組成

為實現(xiàn)這一目標，我們需關注以下三項重點工程:

1. 智能調度技術支持系統(tǒng)的建設。省級以上的一體化智能調度體系可提高調度信息化、數字化、自動化、互動化水平。

2. 新能源接入和調控能力建設。實現(xiàn)大容量風電、光伏發(fā)電等新能源運行信息的采集、監(jiān)視和預測，實現(xiàn)間歇性能源與常規(guī)電源的協(xié)調運行，保障大容量新能源的有效接納。

3. 電力通信網絡和調度數據網建設。覆蓋各省網的五大自愈傳輸環(huán)網將得到重點建設，從而完善調度數據網絡雙平面。通信信息平臺的重點工程是國家電網資源計劃系統(tǒng)（SG-ERP）。

智能電網的四個層面

電網層面

擁有強大自愈和抗外界干擾的能力是智能電網發(fā)展的基礎。系統(tǒng)對全網運行狀態(tài)實時監(jiān)測，利用監(jiān)測數據進行連續(xù)的自分析、自診斷，及時發(fā)現(xiàn)電網故障隱患，并用自動控制手段將故障消滅在萌芽狀態(tài)。這樣的電網能及時監(jiān)測到溫度變化、電源接入等外界因素，從而采取智能手段積極應對。此外，面對冰雪、地震等極端自然災害，電網應具有較高的抗攻擊能力; 在系統(tǒng)發(fā)生停電后，電網能夠快速反應，迅速、有序地恢復供電，最大程度降低停電影響。

一體化電網特點是全國實現(xiàn)廣域的跨區(qū)交直流輸配電一體化，讓能量、數據、資金“三流”合一，達成電網與環(huán)境的自然相處。這就要求深入系統(tǒng)研究一體化電網的安全理論和分析方法，構建電網輸電配電的智能調度平臺以及構思電網一體化的虛擬運營平臺。

環(huán)保層面

清潔、環(huán)保的能源結構是智能電網發(fā)展的內在要求。電網能夠兼容集中式發(fā)電和分布式發(fā)電模式，支持風能、太陽能等清潔能源發(fā)電以及電網儲能設備的接入，并通過合理完備的體制進行管理，實現(xiàn)微電網與特高壓電網之間的相互補充和支援。

分布式發(fā)電（特別是太陽能）技術及其接入系統(tǒng)的研究包括分布式發(fā)電技術本身、接入后對系統(tǒng)的影響等方面。

管理層面

集團化、高效率的管理是智能電網發(fā)展的保障。統(tǒng)一的規(guī)范和平臺有助于實現(xiàn)電網信息的整合，使電力生產和企業(yè)管理具備更加細致、高效的標準和流程，以及完善的考核評估體系。此外，管理者應合理把握工程項目建設規(guī)模和建設時序，提高電網建設的投資效益，實現(xiàn)電網的科學發(fā)展，有效地降低運維成本。

市場層面

靈活、互動的電力市場是智能電網發(fā)展的最終體現(xiàn)。為此，需為電力市場的實施提供開放的平臺，支持電力交易的開展，并提供優(yōu)質的服務。在開放的系統(tǒng)和共享的信息模式的基礎上，用戶和電網公司之間才能形成網絡互動和即時連接，實現(xiàn)數據讀取的實時、高速、雙向的總體效果。用戶根據需要自主選擇最優(yōu)的供電方案，電力企業(yè)通過電價等方式，鼓勵用戶參與電網調節(jié)。最終希望能實現(xiàn)電力、電信、電視、遠程家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)。如何更好地市場化？我們的研究方向包括以下這些內容:

● 智能電表及其規(guī)范體系;

● 基于智能電表的高級計量管理體系;

● 動態(tài)電價研究;

● 用戶管理與服務技術支持平臺和雙向互動平臺;

● 智能電網示范小區(qū);

● 逐步開展基于智能電網等附加服務研究;

● 用戶友好理論體系，用戶友好型電網的特點是有效利用各種清潔能源和用戶參與互動的“人、器、網”;

● 智能營銷高層軟件。

總之，智能電網雖然已經稱得上先進，也被許多人視為物聯(lián)網的典型性應用，但它離真正的理想狀態(tài)還有一定差距，不能固步自封！

延伸閱讀一：國外電網發(fā)展狀況

在電網發(fā)展基礎方面，發(fā)達國家的電力需求趨于飽和，電網經過多年的快速發(fā)展，網架結構穩(wěn)定、成熟，具備較為充裕的輸配電供應能力。

美國的電網基礎架構技術陳舊、存在穩(wěn)定性問題; 電力市場電網瓶頸影響市場效率; 電網安全方面著重在抓防止大停電和恐怖襲擊。電力行業(yè)從業(yè)人員年齡結構老化。美國主要是對陳舊老化的電力設施進行更新改造或依靠技術手段提高利用效率，關注電力網絡基礎架構的升級更新，同時最大限度地利用信息技術，實現(xiàn)系統(tǒng)智能對人工的替代。

歐洲各國家間電網互聯(lián)存在問題，而且不同國家的運行模式不同，因此歐洲國家關注可再生能源和分布式能源的發(fā)展，并帶動整個行業(yè)發(fā)展模式的轉變，進而滿足風能、太陽能和生物質能等可再生能源快速發(fā)展的需要。

延伸閱讀二：三問智能電網

問題一: 如何確保中國特大互聯(lián)電網的安全穩(wěn)定運行？

答: 智能傳感器和PMU等量測裝置可以加強對特高壓電網的監(jiān)測; 高級仿真工具能夠提供預防性的分析、風險評估和決策支持，以應對特高壓、三華聯(lián)網等復雜的運行環(huán)境。另外，智能控制設備有助于解決大電網的穩(wěn)定問題。

問題二: 在電網經過多年外延式發(fā)展的巨大資產規(guī)模下，如何提高投資效率、運行效率和經營效率，實現(xiàn)向集約化和精益化的發(fā)展方式轉變？

答: 基于大規(guī)模傳感器部署的狀態(tài)監(jiān)測可以給生產和運行人員提供更多的信息幫助優(yōu)化生產和運行方式，降低成本; 輸電動態(tài)限額等技術能夠提高對電網資產的優(yōu)化利用; 通過提高資產的利用效率，延長資產壽命，降低投資成本。

問題三: 作為關系中國國家能源安全與國民經濟命脈的全球最大的公用事業(yè)企業(yè)，如何更好地服務客戶、服務社會、履行社會責任？

答: 可再生能源的分析技術能夠減少隨機性對調度計劃的影響，從而推動可再生能源發(fā)展; 電力企業(yè)可以提供創(chuàng)新型的能源服務產品，在創(chuàng)造社會效益的同時，也有助于提升電力企業(yè)的社會形象和提升企業(yè)社會責任感。

聯(lián)聯(lián)看

胡錦濤主席進一步明確物聯(lián)網建設的具體內容

6月7日，中國科學院第十五次院士大會、中國工程院第十次院士大會在北京人民大會堂隆重開幕。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤出席會議并發(fā)表重要講話。其中關于物聯(lián)網的部分如下: “要積極發(fā)展智能寬帶無線網絡、先進傳感和顯示、先進可靠軟件技術，建設由傳感網絡、通信設施、網絡超算、智能軟件構成的智能基礎設施，按照可靠、低成本信息化的要求，構建泛在的信息網絡體系，使基于數據和知識的產業(yè)成為重要新興支柱產業(yè)，推進國民經濟和社會信息化。”

胡錦濤還談到,應大力發(fā)展信息網絡科學技術。要抓住新一代信息網絡技術發(fā)展的機遇，創(chuàng)新信息產業(yè)技術，以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)展和普及互聯(lián)網技術，加快發(fā)展物聯(lián)網技術。同時應重視網絡計算和信息存儲技術開發(fā)，加快相關基礎設施建設，積極研發(fā)和建設新一代互聯(lián)網，改變我國信息資源行業(yè)分隔、核心技術受制于人的局面，促進信息共享，保障信息安全。

中國物聯(lián)網標準聯(lián)合工作組在北京成立

6月8日，中國物聯(lián)網標準聯(lián)合工作組在北京成立，以推進物聯(lián)網技術的研究和標準的制定。聯(lián)合工作組由全國11個部門及下屬的工業(yè)和信息化部電子標簽標準工作組、全國信標委傳感器網絡標準工作組、全國智標委等19家相關標準化組織自愿聯(lián)合組成。聯(lián)合工作組在成立倡議書中表示，要傾全國之力，聯(lián)合推進中國的物聯(lián)網標準體系建設。

目前在物聯(lián)網技術領域，國內已成立或正在籌備成立的相關標準工作組僅專注于各自的技術領域，但標準制定過程各自獨立進行，相互之間缺乏溝通和協(xié)調。倡議書明確指出，我國物聯(lián)網發(fā)展尚處初創(chuàng)階段，無論國標的自主制定，還是核心技術產品的研發(fā)和產業(yè)化以及規(guī)?；瘧檬痉抖歼€處于起步階段。標準的缺失與核心技術產品的產業(yè)配套能力弱仍是制約我國物聯(lián)網大規(guī)模應用的一個問題。

工業(yè)和信息化部電子標簽標準工作組組長張琪擔任聯(lián)合工作組的組長，負責協(xié)調各標準組的工作。張琪表示，物聯(lián)網標準工作涉及方方面面，需要在原有工作的基礎上整合相關資源，進行跨部門、跨地區(qū)合作，加強協(xié)調，聯(lián)合推進。張琪最后表示，在物聯(lián)網標準聯(lián)合工作組內，沒有領導與被領導之分，各成員工作組間需要相互支持、相互配合，同時歡迎更多相關組織以觀察員的身份參與聯(lián)合工作組工作。