智能电网行业研究报告

智能电网行业研究报告1目录第一章 智能电网行业整体分析11.1 对智能电网行业的基本认识11.2 智能电网行业发展阶段11.3 智能电网的优势21.4 智能电网的功能3第二章 智能电网效益分析52.1 环境效益52.2 社会效益72.3 企业效益92.4 家庭居民效益11第三章 智能电网行业市场分析133.1 智能电网行业特点133.2 我国智能电网行业发展现状153.3 与欧美电网发展的区别173.4 我国发展电网所要突破的难点173.5 智能电网的技术支持193.5.1 通信技术193.5.2 量测技术193.5.3 设备技术193.5.4 控制技术203.5.5 支持技术20第四章 中国智能电网计划214.1 中国智能电网的构架特征214.2 智能电网计划224.2.1坚强的电网224.2.2 信息化平台234.2.3 调度自动化系统244.2.4 稳定控制系统254.2.5 灵活交流输电254.2.6 数字化变电站264.2.7 用电管理采集系统294.2.8 配网自动化29第五章 主要厂商分析315.1 国电南瑞（）315.2 思源电气（）315.3 科陆电子（）325.4 荣信股份（）335.5 平高电气（）34第六章 行业发展趋势分析356.1 智能电网的投资计划356.2 智能电网对其他领域的影响366.2.1 对通信领域的影响366.2.2 对家电领域的影响366.2.3 对电池材料行业的影响38第一章 智能电网行业整体分析1.1 对智能电网行业的基本认识智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。在现代电网的发展过程中，各国结合其电力工业发展的具体情况，通过不同领域的研究和实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映出各国对未来电网发展模式的不同理解。近年来，随着各种先进技术在电网中的广泛应用，智能化已经成为电网发展的必然趋势，发展智能电网已在世界范围内形成共识。1.2 智能电网行业发展阶段我国智能电网行业改革可分为三个阶段:第一阶段：2009-2010年，规划试点阶段。重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各关节的试点工作。第二阶段：2011-2015年，全面建设阶段。加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成职能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。第三阶段：2016年-2020年，引领提升阶段。全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力大幅提升，清洁能源装机比例大幅提高，分布式电源实现即插即用，职能电表普及应用。中国式职能电网建设已于2009年下半年拉开序幕，目前正处在试点阶段，从事实情况来看，初期智能电网建设主要体现在用电信息采集系统的铺开以及智能化、新能源并网技术的部分应用、数字化变电站的全面推进等方面。由于我国城市化建设不均匀，部分重点城市的智能电网试点建设将更加符合国情。目前主要试点项目包括：（1）清洁能源接入将在西部试点；（2）负荷中心管理将在华东和上海试点；（3）智能调度将在华北和华东试点；（4）输配电网和农网将在中部试点。1.3 智能电网的优势第一，具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。第二，信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。第三，柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。第四，通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。第五，实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。第六，建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。1.4 智能电网的功能第一，电力用户互动参与。有着优良的用户接口，可以最大化的实现人机互动、人机联系、人机模拟、实现对电力系统的优化设计。第二，经济节能。支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。第三，兼容功能。电网可以做到对集中式发电和分布式发电模式都适应，具有多种能源接入的功能，尤其是清洁再生能源，做到建立一个环保的电力系统。第四，自愈功能。利用广域测量系统等技术实现对全电网的检测，实时获得电网的运行情况，快速灵敏的诊断故障和积极预防故障；在故障发生时，可以快速准确的有选择性的切除故障，保证无故障部分的安全运行，并可以实现环网自动恢复正常供电。第五，集成功能。通过统一的规范和平台实现电网信的整合，电力生产和企业管理具备更加细致、更高的标准和流程，以及完善的考核评估体系。第六，抗攻击安全功能。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。第二章 智能电网效益分析2.1 环境效益智能电网可以最大限度的利用资源,减少能源浪费。如今电网建设，似乎已被风电、太阳能等新能源电源建设远远甩在了后面。智能电网的提出，表面看在实现与国际“接轨”，实际上更是国内风电等新能源大规模的并网需求倒逼所致。以风电为例，近十年，我国风电装机年均增长70%，约为世界风电年均增速的两倍。正酝酿的“新能源产业振兴规划”可能把2020年风电装机的目标提升到1.5亿千瓦，意味着从2009年到2020年的12年间，全国风电装机将净增1.38亿千瓦，年均新增装机约1200万千瓦。粗略计算，2020年全国风电发电比例将达到8%-9%，西北等局部地区将接近20%。由于电网建设以及其他调峰电源建设严重滞后，相当比例已装配运行的风电机组在白白空转，风电并网、风电调度成为横在风电发展路上的两大“绊脚石”。而风电特有的来风时间不确定、电能质量不确定等特性必将使电网承受极大的冲击。国家电网今年5月份提出建设智能电网概念，并公布了初步建设规划，目的在于实现更大程度地利用可再生能源，新能源并网、调峰只是智能电网需要解决的诸多高难度问题中的一二。但考虑到仅仅智能电网的技术标准就需要到年底才能定出个大概，可想而知，智能电网解决上述新能源并网发电的问题，每年可以节约多少能源问题，对地球能源逐渐枯竭的时代，问题显的尤为迫切。2010年，中国风电装机总量达到1200万千瓦。专家指出，其中实际能够并网的只有三分之一多一点，有一部分是风机本身的原因，还有很大一部分原因是电网建设跟不上新能源发展的问题。统一的智能电网，其中一个核心内容就是尽快把西部的风电、煤电、水电并入。真正达到节约能源的目的。欧盟委员会号召其成员国利用ICT技术(信息与交流技术)改善能效，改善气候变化，促进经济恢复。智能电网技术可以帮助欧洲在12年内减少排放15。智能电网不仅可以监测工业用电情况，还可以检测写字楼、住宅及其他公共部门的用电情况，促进节能减排。欧盟计划2020年前实施统一的智能电网。意大利国有电力企业将安装3000万个智能电表。智能电表项目可以帮助用户节电10。智能电表可以实时告诉用户用电情况，用户不必等到每月拿到账单时才知道自己的用电量。因此，电力用户可以通过适当地改变自己的用电习惯，来达到节能减排。根据研究显示，智能电网将可在未来节省价值800亿美元的电能，高峰时段用电量可望减少50。智能电网将为美国直接创造28万个就业机会。在用电方面，插充式电动车、太阳能等分布式可再生能源、智能电器、家庭自动化软、硬件以及风力发电等新技术还将会带来大量间接工作机会。智能电网的迅速发展将推动新的能源经济，并将推动供电行业的转变，创造新的、高价值的永久性工作职位。同时，它还会为美国相关的智能电网技术公司开拓国内市场提供激励因素。正如奥巴马所期待的那样，智能电网将带来数百万的“绿领就业机会”。每年由于火力发电，要向大气中排放大量二氧化碳等有害气体，全球环境保护早已把这些气体的排放作为保护地球环境的重要指标，而智能电网的应用将大大减少二氧化碳等有害气体的排放量，风力、水电如果能正常并网，生物质发电等可再生能源发展。将一定程度上降低火力发电的占有比例，从而降低有害气体的排放量。智能电网应该更加能够实现发电、输电、配电、用电和节电的协调平衡，最大地满足用户的电力需求，同时实现电力工业最小的污染物排放。据美国财富杂志报道，随着配电系统进入计算机时代，温室气体排放量减少25。提高电压质量，提高高精设备的使用效果。当今社会，随着IT等产业的迅猛发展，对电压质量的要求越来越高，一些公司每年要投入大量的费用购买稳压设备才能满足设备的正常运行需要，而这些设备每年的淘汰，每年要形成大量的废品，这些废品的产生不仅对环境造成了危害，而废品的回收利用也浪费了大量的资金。在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资产将占用更少的土地，减少对景观的实际影响。2.2 社会效益智能电网的应用将大大加强一个国家在战略方面的地位，众所周知，现代社会是一个信息化的社会，而电网是否坚强，电能质量是否满足需要，直接影响整个国家的战略安全，影响着整个社会能否安全稳定的发展经济。智能电网已经被多个国家提升至国家战略的高度。“智能电网首先要网架坚强，就像人的四肢要可靠一样。”中国电力科学研究院副总工程师胡学浩认为，美国发展智能电网的驱动力主要为提高供电的可靠性，避免发生类似“812”北美大面积停电的事故。可见一些大国为了避免类似上述事件的发生，维护社会和谐发展，发展智能电网显得更为迫切。今年4月，美国的奥巴马政府公布了总投资高达45亿美元的智能电网计划，奥巴马随后要求美国国会尽快通过相关立法。智能电网的最新发展趋势就是智能住宅和智能城市。美国电力科学家提出，建设智能电网分两步走。第一阶段是探索阶段。要建设风能储蓄、神经网络、智能变电站、智能配电资产、智能停电管理(诊断软件、停电原因模拟软件、电缆故障预测软件)、插充式电动汽车、消费者网络终端。美国艾克塞能源公司正在将科罗拉多州的博德市改造成为世界第一座智能电网城市，这就是在进行积极的探索。第二阶段是建设智能城市，分散风险，使每个电力企业或投资者都能极大程度的减少投资风险。在这个阶段，需要安装10000个在家的控制装置，整合1000个可调度的分布式发电技术。对于我国，实施智能电网无论从经济价值、社会价值和环境价值方面来讲都具有深远的意义。资料显示，由于需求变化难测、管理手段不足造成电网调度难以实现现代化、节能和安全，导致大量发电机组发电煤耗损失巨大，目前每年输电、配电和用户端损耗约9%，每年线路损耗约3000亿千瓦时，折合1.5亿吨原煤，相当于7000万千瓦装机容量，3000亿元的电源投资和3000亿元的电网投资。如果发展超导输电和智能电网，大力改善需求侧用电波动影响，提高电网调度调配能力，减少输配环节损耗，节约的原煤将超过1亿吨，相当于2008年全社会煤炭消耗量的3.65%。智能电网的首要作用是节能，去年我国社会用电总量近35000亿千瓦时，实现电网信息化之后，每年在配电输电用电等环节即可节约5%至10%的电力资源，节省价值近2000亿元人民币。智能电网可以为在更大范围内实现能源优化配置提供了平台，实现电力的大规模、远距离、低损耗传输，促进大型水电、煤电、核电、新能源基地的集约化开发，推动国际能源合作和跨国输电，实现全国乃至更大范围内能源资源优化配置。智能电网的发展建设，将带动上下游和周边衍生产业链，推动电力和其他产业结构调整，促进技术和装备的升级；为国内电动汽车和智能家电等相关行业提供友好、公平的竞争平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。在社会效益方面，到2020年，全国电动汽车拥有量达500万辆计算，每年减少汽油消耗约355万吨，并且电动汽车充电站达到万座规模，产值规模达250亿。智能楼宇方面，预期5年内年产值至少可达120亿，加上冶金、钢铁、化工等行业能效管理需求，年产值可达200亿。在带动经济发展的同时，也会相应的拉动就业，提升社会就业率，提升城乡生活质量，缩小区域经济差距，到2020年智能电网技术进步主要相关的行业技术岗位总数大约是2200万个，新增3537万个相关行业的技术岗位，考虑智能电网的技术进步因素，总就业岗位中技术岗位可达到66万个。2.3 企业效益智能电网将给电力工业带来巨大的影响，将成为能源革命的重要组成部分，与生物技术一起成为第六次产业革命中最耀眼的亮点。其中“智能家电”、“智能电表”、“智能蓄能”等概念备受各国电器工业的关注。电力是最适合进行电子商务的行业，现代电网具有的经济特征其实就是一个网络市场。因此，第三次电力革命的核心将是“智能能源网络”的概念。电流由发电机流向用电电器，信息流在发电企业、电网企业、调度中心、用电客户之间流动，而现金流则由用电客户流向电力企业。在智能电网中，每个用电电器(如冰箱、微波炉等)、每个电表、每个变压器、每个发电机组等都加入电子芯片，每个芯片都将代表业主的利益，在智能电网中发挥作用。在某一线路某一设备发生故障时，智能电网具有“自我愈合”的能力。智能电网的概念一经提出，就受到全美电力行业的极大欢迎，也引起世界各国电力科学家、电力工业界的广泛关注，不断地有人提出新的思路，不断地被拓展、发展和完善，目前已经成为世界各国电网发展的新趋势、新潮流。由于智能电网实现了不间断的自我监测与调整,使电能在能源的转换过程中损失最小,节约了发电成本和输配电成本。自动化作业为电力企业节约了大量传统人力。以一个智能电网的初级应用为例,由于远程载波抄表的实现,仅此一项就可为一个网省公司节约3000名以上抄表员,如折算成人工和管理成本,在每年2亿元人民币以上。智能电网能第一时间发现问题,能将安全事故的影响缩小到最小范围。同时由于智能电网的自我诊断与修复能力,能在第一时间恢复供电,为用户减少损失提高电力企业的社会公信力。智能电网电压等级稳定,输电质量高,能提高设备寿命,延缓退役时间。由于电力企业与用户的互动,使电力企业向用户购买富余电力成为可能,这部分电能经过采集和再利用,形成了新的营销模式和业务增长点。到2020年，智能电网技术的发展在输配电侧的效益评估中，联网输电降低燃煤成本、提高资产利用率、降低输配电网损耗成本以及智能变配电系统的技术创新等指标所带来的累计经济效益为1.1万亿元，节约标煤0.7亿吨，减少二氧化碳排放1.9亿吨。到2030年智能电网技术的发展在输配电侧所带来的累计经济效益为2.8万亿元，节约标煤2.8亿吨，减少二氧化碳排放7.1亿吨。到2020年，通过智能电网在社会用户侧所带来的效益评估，电动汽车的推广、新能源的接入、电力优质服务的实施、用户响应电价、智能电表家居用电以及智能建筑等指标所带来的累计经济效益为0.3万亿元，节约标煤12亿吨，减少二氧化碳排放31亿吨。到2030年智能电网技术的发展在用电侧所带来的累计经济效益为0.9万亿元，节约标煤31亿吨，减少二氧化碳排放79亿吨。通过对智能电网在发电侧、输配电侧和用电侧的效益评估，到2020年所累积带来的经济效益为4.4万亿元，节约标煤30.26亿吨，减少二氧化碳排放79.6亿吨。到2030年所累积带来的经济效益为10.8万亿元，节约标煤102.8亿吨，减少二氧化碳排放251.2亿吨。2.4 家庭居民效益对于用户而言，智能电网的许多优点是显而易见的，比如智能电表。智能电表使供电商能够以可变化的费率向用户收取电费，从而反映出峰谷电价的成本差异。这样就能通过负荷控制开关的控制，让用户在电价较低时使用诸如热水器等大功率电器。为了达到削减用电高峰的目的，通信和计量技术向家庭和商业用户的智能设备发出信息，通知何时用电需求较高，并追踪电能的使用情况。电价在用电需求高时上涨，在需求低时降低。那么，用户在得知峰电价较高后，就会趋向于在高峰用电时段减少用电量。当用户看到提高用电效率的经济效益时，他们会在使用电器时计入用电成本并做出具有建设性的决定。根据智能电网支持者的说法，由于负荷曲线能够通过市场这只“隐形的手”进行自我调节，电力设备的旋转备用容量将由此得以降低。可再生能源的支持者也非常支持这一点，因为大多数可再生能源由于依赖于自然（比如风能和太阳能）而具有间歇的特性。因此，任何采用间歇性可再生能源的电力基础设施必须具备在自然界无法提供电能时有效切除负荷的能力。从理论上看，在这种情况下提高电价将减少电能的消费。在智能电网中，用户将装备能够使用实时电价、“激励性”减负荷信号、或紧急减负荷信号的工具。智能电网的概念在于对配电和长距离输电网络进行“数字化升级”，从而达到优化当前运行状况、为替代性能源打开市场的目的。按照国家电网公司的有关部署，国网信通公司将继续完善各项系统功能，实现水、电、气三表数据实时采集，完善增值业务服务系统内容，使居民能够在未来通过电力线宽带网络提供的综合服务，享受更加安全、便捷、舒适的家居环境。家用终端电器接入信息网络,使远程控制成为可能,将为最终用户带来使用便利。智能电网必须是使用安全的智能电网必须不能伤害到公众或电网工人，也就是对电力的使用必须是安全的。智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现这些目标，就可以称其为智能电网。智能电网必须更加可靠智能电网不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力供应。它对电网可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。它在用户受到断电影响之前就能采取有效的校正措施，以使电网用户免受供电中断的影响。第三章 智能电网行业市场分析3.1 智能电网行业特点智能电网包括八个方面的主要特征，这些特征从功能上描述了电网的特性，而不是最终应用的具体技术，它们形成了智能电网完整的景象。智能电网是自愈电网。“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”。这是智能电网最重要的特征。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，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。智能电网激励和包括用户。在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性；从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。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。智能电网将抵御攻击。电网的安全性要求一个降低对电网物理攻击和网络攻击的脆弱性并快速从供电中断中恢复的全系统的解决方案。智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是从那些决心坚定和装备精良的攻击者发起的攻击。智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低其后果和快速恢复供电服务。智能电网也能同时承受对电力系统的几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量。电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。由于用电设备的数字化，对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展具有重大的损失，因此提供能满足21世纪用户需求的电能质量是智能电网的又一重要特征。智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过其先进的控制方法监测电网的基本元件，从而快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。此外，智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，同时应用超导、材料、储能以及改善电能质量的电力电子技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。智能电网将容许各种不同类型发电和储能系统的接入。智能电网的改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。在智能电网中，大型集中式发电厂包括环境友好型电源，如风电和大型太阳能电厂和先进的核电厂将继续发挥重要的作用。智能电网将使电力市场蓬勃发展。智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。用户通过实时报价来感受到价格的增长从而将降低电力需求，推动成本更低的解决方案，并促进新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。智能电网优化其资产应用，使运行更加高效。智能电网优化调整其电网资产的管理和运行以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到其极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。3.2 我国智能电网行业发展现状国家电网、南方电网两个公司应该是国家控制力最强的资源和企业，也是拥有世界上最“沉睡”财富的企业。根据中国电力企业联合会的统计：截至2010年年底，全国电网220千伏及以上输电线路回路长度已达36.48万千米，220千伏及以上变电设备容量达到万千伏安。这个庞大的输电系统是世界上最“沉睡”的财富，也是最浪费的网络资源，其已利用的输电、变电和供电的功能仅相当于开发了整个网络功能的一半而已。这就需要对中国电网进行信息化升级，智能电网是自蒸汽机使用以来最伟大的工业革命成就之一，也是可再生能源替代化石能源作为主力能源的必然选择。现在这个革命已经在欧美展开，中国迫切需要调整国家能源战略，成为电网革命的主力国家。如果我们现在不推进智能电网的整体改造，中国能源生产体系将再次落后美欧等先进国家10年，这个失着也相当于在能源革命中的战败。面对国际电网业如此之大的变革，应该说，我们还没有确定将现有的国有电网升级为智能电网的总体战略和推进超导电网商业化的试点安排，而且，国内智能电网的技术发展基本上还属于国际上的较低水平，也没有一个城市全面运营智能电网。2007年10月，中国的华东电网等正式启动了智能电网的可行性研究项目，这是中国目前推进的最大的智能电网技术开发项目。2009年1月20日，华东电网公司又进一步强调：“聚焦高级调度中心项目群建设，开展智能电网前瞻性研究，开展企业一体化信息平台建设，全面推进创新型企业建设，提升公司引领发展的能力。”由此说明华东电网的智能电网技术也只处于起步状态，还没有深入到国际智能电网技术的核心体系。“十一五”期间，中国电力信息化每年约有超过100亿元的投资，如果从现在开始就着眼于智能电网的建设，效益将是巨大的；如果扩大这个投资规模，中国将可能成为主导全球智能电网变革的领先国家。应该说，我们正有可能与主导国际电网革命的主力国家的身份擦肩而过，也极有可能失去自工业革命以来唯一一次中国在生产方式方面领先革命的机遇。为此，必须加快制定中国电网体系变革的转型战略。3.3 与欧美电网发展的区别按照国网，“统一坚强智能电网”是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的、具有“四化”功能的坚强电网。“四化”的概念就是指电网的数字化、信息化、自动化、互动化，这是一个比较大的概念和框架。欧美智能电网的概念与此有一定区别，像美国GRID2030计划，其主要的目标是要建设一个坚强的电网，提高服务水平。GRID2030计划从三个方面来达到目标，一是提高电网的可靠性，二是降低电网运行的损耗，三是充分利用可再生能源。大规模可再生能源如风电、太阳能发电等的接入会对电网稳定运行造成一定冲击，这就需要提高电网的抗冲击能力和应对新能源接入的可靠性水平。从配电网的角度来讲，要提高用户的用电质量，必须实现电网和用户之间的互动。美国在主干电网建设的发展方向上强调了超导输电技术的应用，该计划预计在未来二、三十年内超导技术能够获得突破性进展，在美国建成实用化的超导电网。当然建设超导电网的主要目的是节能，其可行性还值得研究。3.4 我国发展电网所要突破的难点从长远的目标来看，分布式电源一定要解决储能问题，大容量的储能关键技术若不能得到解决的话，对可再生能源的利用会有较大影响。国家支持的基础研究中，储能技术是非常重要的一环。要妥善解决风电、光伏发电的波动性和随机性对电网运行造成的影响，使可再生能源顺利接入电网，储能技术是必须克服的难点。在主干电网的智能化方面，需要深入开展广域测量技术的应用研究，实现对电网安全稳定运行工况进行实时的动态监控。在柔性输电方面，电力电子技术的应用可以大幅度提高电网的控制水平和安全稳定运行水平。国内目前在进行这些灵活交直流输电装置的研发工作，还没有大规模的应用，而且设备也比较昂贵。总的来说，智能电网规划将涉及到以下几个问题：一是调整原来电网的网架结构，新的规划要充分论证网架结构的合理性。过去我们的一些电网网架结构不太合理，如供电范围、供电半径、设备选型等都没有考虑到未来2030年负荷的发展，这些问题在规划时将充分考虑；二是分布式电源的接入问题，分布式电源是欧美智能电网发展的一个重要；三是全面提升配电网监测和控制的智能化水平。目前主电网的监控手段已经非常先进，如光纤通信、无人值守变电站、数据自动采集等，但是配电网的监测控制水平还较差。配电网通信的重要性在于，它能采集到配电网末端的信息，从而使配电网达到可观可控的状态。美国目前在底特律等三个城市进行“百万级节点”配电网监测系统的试点工作，该系统能够使处于配电网末梢的每个用户信息都处于“可观”状态。我国目前尚不能达到这种水平，一般配电网信息的监测只能达到变电站的10kV出线侧，在10kV的末端只有计量电费的电表，不具备实时反馈功能。因此智能电网建设的很大一部分工作将是搭建配电网的通信网络，完善数据的监测，实现实时监控。从技术上来讲这并不难实现，但由于配电网点多面广，所需要的资金投入是非常巨大的。因此只有在资金允许的情况下，才能全面解决配电网的通信和数据采集等问题。3.5 智能电网的技术支持3.5.1 通信技术建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。3.5.2 量测技术参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。3.5.3 设备技术智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。3.5.4 控制技术先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。从某种程度上说，先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术监测基本的元件（参数量测技术），提供及时和适当的响应（集成通信技术；先进设备技术）并且对任何事件进行快速的诊断（先进决策技术）。另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。（1）收集数据和监测电网元件（2）分析数据（3）诊断和解决问题（4）执行自动控制的行动（5）为运行人员提供信息和选择3.5.5 支持技术决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。第四章 中国智能电网计划4.1 中国智能电网的构架特征中国式智能电网将以特高压电网为主干网架，利用先进的通信信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的智能电网。其特征将包括在技术上实现信息化、数字化、自动化和互动化，同时在管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化。中国智能电网主要包括发电、线路、变电、配电、用户、调度等环节。其中（一）发电侧将侧重发展清洁能源接入和谐波控制技术；（二）输配电侧将涵盖：（1）智能调度与分析系统、（2）柔性输电系统、（3）大容量储能装置、（4）智能化变电站和（5）配电自动化多个领域。其中变电站状态检测和全寿命管理将是智能化变电站的重要特征；（三）用户侧的重点则在：（1）营销系统、（2）用户信息采集与互动、（3）智能化用电装置研发与应用方面。我国智能电网的优点主要有：（一）减少电网固定资产投资支出；（二）减少电网运行费用；（三）提高供电可靠性；（四）提高运营和资产管理水平。对于中国而言，建设以坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的智能电网为核心的高效能源体系，有利于发展低碳经济，促进节能减排，应对气候变化，是解决中国电网自身问题以及低碳经济发展的必然选择。4.2 智能电网计划智能电网计划（Smart grid plan；Intelligent electrical network plan）是中国国家电网公司2009年5月21日首次公布的，其内容有：以坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。4.2.1坚强的电网智能电网首先应该是坚强的电网，能够实现能源资源的大范围优化配置，保障安全可靠的电力供应。预计到2020年，我国用电需求将达到7.7万亿千瓦时，发电装机将达到16亿千瓦左右，清洁能源总量预计达到5.7亿千瓦，其中风电装机将达到1亿千瓦以上，由于风能和太阳能发电本身具有稳定性差的特点，只有坚强的电网，才能够实现能源资源的大范围配置。并且中国的风能和太阳能等可再生能源发电主要是采取大规模、集约化开发方式，根据规划，将在甘肃河西走廊、苏北沿海和内蒙古重点建设三个千万千瓦级风电基地，打造“风电三峡工程”；在西北部地区建设大规模太阳能光伏发电场，这些地区远离负荷中心，对远距离、大容量输电提出了更高的要求。国家电网公司从满足经济社会发展对电力的需求出发，结合中国经济发展布局和能源禀赋特点，提出了“一特四大”战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和800千伏、1000千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。国家电网公司对坚强电网的建设目标是，建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网。4.2.2 信息化平台信息化平台的建设大约是从90年代中期开始，以前的名称叫MIS系统，当时的功能主要实现无纸化办公。目前的功能已经不局限于办公无纸化，通过与调度系统、用户信息管理系统的对接，现场的很多实时信息都可以得到，目前的功能至少还包含电力交易、设备管理和自动化运营管理功能。2006年4月29日，国家电网公司提出了在全系统实施“SG186工程”的规划。“SG186工程”是指国家电网公司构筑由数据交换、数据中心、应用集成、企业门户五个部分组成的一体化企业级信息集成平台。依托公司企业信息集成平台，在公司总部和公司系统，建设财务（资金）管理、营销管理、安全生产管理、协同办公管理、人力资源管理、物资管理、项目管理、综合管理等八大业务应用。建立健全六个信息化保障体系。重点建设“一个系统、二级中心、三层应用”。一个系统就是构筑一体化企业级信息系统，实现信息纵向贯通、横向集成，支撑集团化运作；二级中心就是建设总部、网省公司两级数据中心，共享数据资源，促进集约化发展；三层应用就是部署总部、网省公司、地市县公司三层业务应用，优化业务流程，实现精细化管理。目前国家电网公司已经建成“三纵四横”的电力通信主干网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局；以“SG186”工程为代表的国家电网信息系统集成开发整合工作已取得阶段性成果，ERP系统已完成建设试点并开始大规模推广。在“SG186”工程完成后，进一步强化通信骨干网，建设适应配电、用电和分布式电源接入的通信网络，信息系统的高级增值应用，实现智能决策将会是后续的目标。4.2.3 调度自动化系统我国电网调度机构分为五级，即国家电力调度通信中心（简称国调），东北、华北、西北、华东、华中电网和南方电网公司的电力调度通信中心（简称网调），各省级电力调度通信中心（简称省调），各省辖市或地区电力调度中心（简称地调），县级电力调度中心（简称县调）。国电南瑞（）电网调度自动化产品在国内排名第一，其主要竞争对手在网省局调度系统市场为中国电力科学研究院下属的北京科东电力控制系统有限责任公司，在区级以下调度系统市场主要有东方电子（）、山东积成电子股份有限公司、科东、国电南自（）、许继电气（）等。年均市场容量约在7.4亿元。4.2.4 稳定控制系统2003年北美大停电，对中国电网是一个非常大的触动，对电网的安全稳定控制提到非常高的重视程度，各电网开始与南瑞、北京四方等二次设备龙头企业进行数字化安全稳控装置的研究，因而在二次设备领域开辟了稳定控制这一细分市场，目前这一细分市场每年的市场容量大约10多亿元。目前我国稳定控制系统的功能和应用达到国际领先水平，向量测量装置PMU（Phasor Measurement Unit 的简称,就是利用电力系统的各节点的电压波形取得该节点的绝对功角,然后利用GPS时钟测出电力系统任意两点间的功角差，实时监视这个功角差,就可以监视电力系统的稳定情况）在世界上投运数量最多，国产化性能、精度、处理能力均优于国外产品。4.2.5 灵活交流输电柔性交流输电（TACTS），也叫基于电力电子技术的灵活交流输电，是目前提高供电可靠性和提高输电系统传输容量的最有效的措施。对柔性交流输电的研究，国外领先，我国在可控串补（TCSC）、静止无功补偿器（SVC）在500kV及以下电压等级的应用达到国际水平，500kV可控并联电抗器（CSR）建成示范工程。为应对酒泉千万千瓦级风电送出，甘肃省电力公司和中国电科院合作在750千伏金昌酒泉安西输电线路上进行可控高抗、可控串补配置方案的研发，即将实现750kV电压等级柔性输电技术的突破。目前国内研究柔性交流输电技术的主要企业有中国电科院、荣信股份（）和思源电气（）。中国电科院承担输电网静止无功补偿工程和串补工程已突破50套，工业配网工程上百套，至今已累计实现合同额近20亿元。荣信股份目前占到SVC/SVG市场的50%，工业配网700多套，电网和电厂9套。思源电气依托清华大学柔性输电研究所进行电力电子技术研究开发，小型化的SVG等产品在08年获得订单近亿元。在未来的智能电网中，电网短路电流控制器（FCL）、百兆级SVG、静止同步串联补偿器（SSSC）、统一潮流控制器（UPFC）、特高压串联补偿器等产品关键技术将实现技术突破并推广。SVC/SVG技术相对成熟，是提高电能质量的有效设备，设想一下仅仅全国上万个110kV变电站将电容器组更换成小型化SVC/SVG就有百亿元的市场；特高压电网的建设使得500kV电网短路电流控制器的运用变得非常迫切，我国现有500kV线路11万公里，保守估计在1000条以上，每条线路安装一台FCL，就有30-50亿元的市场。柔性交流输电设备将会成为智能电网中市场空间最大的设备之一。4.2.6 数字化变电站相比国外，我国电网网架长期偏弱，“一次不行二次弥补”造就我国继电保护和变电站自动化技术处于世界领先水平。我国微机继电保护从80年代后期开始使用，产品更新已经到了第4代，目前电网基本实现继电保护100%微机化，继电保护正确动作率99%以上。变电站自动化从90年代初期开始实施，部分省份110kV以上变电站已经85%以上实现了无人值守，新建设和改造的变电站全部按照无人或少人值守设计。在长期的发展过程中，我国继电保护和变电站自动化设备厂商形成了南瑞继保、北京四方、国电南瑞、国电南自、许继电气、深圳南瑞的第一阵营，和东方电子、南京电研、南京立导、北京德威特、万力达、金智科技等组成的第二阵营。目前每年市场容量大约60亿元。数字化变电站是智能电网中变电站的必然趋势，我国变电站的二次设备与一次设备连接传统上是采用电缆，传统方式的弊病是二次电缆的绝缘和电磁干扰问题造成保护的误动作和误信号，二次电缆的阻抗造成互感器传变准确性降低，二次电缆多还有成本的问题，另外传统电磁式互感器存在磁滞和饱和造成误差的问题。1994年来推广的保护和测控设备下放到就地和开关场的方式被大家所认可并成为通用设计标准，解决了互感器、开关到保护之间二次电缆过长的问题，但是二次电缆的弊病和电磁式互感器的问题仍然存在，ABB公司提出数字化的全面解决方案。数字化变电站包括数字化互感器、数字化开关控制、数字化传感器、数字化继电保护和数字化变电站自动化系统。测控、保护与互感器、开关及传感器之间全部用光纤连接，原来电信号通讯变成用通讯规约支持的数字通讯。IEC61850是数字化变电站的通讯标准，2005年5月2006年12月国调中心成功组织国内外主要厂家进行了6次IEC61850互操作实验，对国内电力自动化主要厂家开展IEC61850研究和提高产品、系统开发水平起到了巨大的推动作用。目前国内主要厂商都已经通过了KEMA国际认证，小的厂商南京电研、南京立导、北京德威特、万力达（）、金智科技（）、思源电气（）也都在紧锣密鼓进行IEC61850产品的开发。目前采用IEC61850的变电站已经有200多座，但是真正意义的完全数字化变电站凤毛麟角，主要是互感器和开关没有实现数字化。数字化互感器：传统的电流互感器和电压互感器采用电磁式原理，相当于一个变压器，将电网中的大电流变换成小电流、高电压变换成小电压，供继电保护和测量使用，电磁式互感器存在磁滞和饱和造成误差的问题。目前每年110kV以上互感器市场容量约40亿元。数字化互感器的主流方向是光电式互感器，互感器高压侧与低压侧通过光纤进行连接，高低压隔离，不存在饱和问题，精度高，频率响应范围宽,暂态响应速度快，直接输出数字信号。目前主要是要解决稳定性问题。数字化互感器的另一方向是所谓电子式互感器，还是利用电磁式原理，但二次侧输出的是很小的电压和电流，小电压和小电流通过A/D转换为数字信号输出。目前主要解决抗干扰的问题。数字化互感器的必然会取代传统的电磁式互感器，不论哪种原理的数字式互感器最终都要实现IEC61850的数字接口。我国绝大多数生产互感器的厂商恰恰不具备研究IEC61850的实力，未来的出路只有和研究IEC61850的二次设备厂商进行合作与渗透，这个每年40亿元以上的市场将面临重新洗牌的局面，新的厂商崛起，跟不上步伐的老厂商将没落。从这个逻辑上，我们更加看好已经对IEC61850进行研究，已经有互感器产品，并正在进行数字化互感器研究的公司。例如南瑞继保、思源电气、国电南自、许继电气、长园新材。数字化开关：开关的数字化主要体现为智能操作机构和开关量的数字化，由于不具备研究IEC61850的能力，大多数开关生产厂商没有进行开关的数字化。我们了解到，南瑞继保和西开、泰开、平高电气（）进行了合作，采用传统开关加数字接口的方式；思源电气（）则依托公司对IEC61850及高压开关的研究，直接将新开发的GIS中做成了数字化的GIS。在这个年均300亿元的巨大蛋糕中，平高电气和思源电气将大有作为。4.2.7 用电管理采集系统用电管理采集系统是智能电网需求侧管理的最主要部分，国内的研究开始于1995年开始的多功能电表的运用，目前在技术方案和设备研制上都已经成熟，未来主要完善用户与电网之间互动的环节。2009年国家电网启动800亿元用电管理采集系统改造计划，原计划在3年内完成，现在计划按照4-5年完成。在南方电网09年开始的投资计划中要实现与用户的产权明晰，智能电表和用电管理系统的需求会大幅度增加。两大电网合计该市场约每年160亿元以上。显著受益的公司有科陆电子（）、威胜集团（3393.HK）。长城开发（）与国外公司合作生产智能电表，将受益国外智能电网对智能电表的需求增长。4.2.8 配网自动化相比欧美发达的配电网络，我国配电网络建设目前还处于解决有电可用阶段，配电网络管理粗放，配网自动化覆盖范围不到9%，远远低于发达国家水平，实用化水平较低。将来的发展方向是建成高效、灵活、合理的配电网络；配电网具备自愈和可接纳光伏数屋顶、光伏幕墙、家庭用冷热电联产(CHP)装置等分布式电源的能力；实用型储能装置接入电网；“即插即用”电动汽车充电站建立；实用性配电自动化系统得到全面建设。较低的水平意味着将来会有巨大的市场空间，受益的企业我们认为主要还会是目前在数字化变电站和用电管理采集系统领域已经有重大成果的企业。由于南京自动化研究院是国家电网公司承担电网自动化研究的主要单