2024年浅析智能电网技术在我国的发展及应用

第页2024年浅析智能电网技术在我国的发展及应用摘要：近年来随着全球经济的快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坚强的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。本文从智能电网的基本理念、主要特征及应用价值出发结合我国的电网发展实际分析了我国智能电网的建设现状并对我国智能电网的实现路径提出了科学的建议。

关键词：智能电网电力技术我国发展应用

0引言

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而随着电力市场化进程的不断推进、数字经济的发展和用户对电能可靠性的需求对电能质量的水平要求逐步提高、可再生能源等分布式发电资源数量不断增加传统网络已经难以支撑为此为了更加高效地利用能源人们提出了智能电网的概念。2024年美国电科院开始致力于智能电网的研究由此拉开了智能电网研究的序幕。

当前智能电网已成为全球关注的焦点各国把发展智能电网作为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施纷纷启动智能电网建设IT产业的数字革命和新能源热潮正成为孪生兄弟。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智能电网概论

1.1智能电网的定义

智能电网顾名思义就是电网的智能化是建立在集成的、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是通过数字化、网络化、自动化、市场化、集成化以及标准化等六大实现手段将先进的量测、通讯、控制、决策技术和输配电基础设施高度集成而形成的新型电网也被称为“电网2.0”。它能通过电子终端建立共享的信息模式实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果是将电网提升为互动运转的全新模式其目标是实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全智能电网的建设集成了可再生能源的接入、信息技术通讯技术、新型功能材料技术等多个战略性新兴产业的发展对于推动产业结构的优化升级意义重大。

1.2智能电网的发展历程

2024年美国电力科学研究院首次提出智能电网概念2024年正式启动智能电网研究与建设。2024年欧洲成立“智能电网欧汾I技术论坛”同年创建了基于英特尔电脑技术的住宅能源管理系统。2024年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的竞争的和安全的电能策略》强调智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的关键技术和发展方向。2024年4月美国波尔得成为全美第1个智能电网城市。2024年10月美国成立了专门的智能电网工作组。2024年初欧盟明确要依靠智能电网技术实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。2024年2月美国宣布拨出45亿美元专款用于支持智能电网发展。2024年11月中美签署“中美清洁／智能电网系统研究与示范合作协议”满足大规模发电需求的可再生能源技术设计以及最终实现使现有能源输配送系统节能30％以上。2024年1月以英、法、德为代表的欧洲北海国家推出了联手打造可再生能源超级电网的宏伟计划。

当前全球电力行业正面临着前所未有挑战和机遇建设智能电网已成为世界电力系统发展变革的最新动向。

1.3智能电网的基本特点

智能电网的实质就是能源替代和兼容利用是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术等的合成与传统电网相比智能电网具有更为强大的兼容性为可再生能源发电的发展创造了更大的可能。

1.3.1自愈性

自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能。指无需或仅需少量人为干预实现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其恢复正常运行最小化或避免用户的供电中断。智能电网具有强大自愈能力这是智能电网最重要的特征它具有实时、在线连续的自我安全评估和分析能力强大的预警控制系统和预防控制能力自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复能力。在发生事故的时候智能电网可以通过事件的快速仿真与模拟来实现即FSM基于PMU（Phasormeasurementunits)的广域测量系统组成的动态安全评估对电网运行状态实时评估充分应用数据获取技术执行决策支持算法自动判断故障进而运用先进的传感器技术确定故障采取措施排除故障完成自主恢复保证系统正常运行和电网的可靠性、安全性、电能质量和效率等。

1.3.2兼容性

传统电力网络主要是面向远端集中式发电的而智能电网是多种发电模式的协调发展它通过在电源互联领域引入类似于计算机中“即插即用”技术电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型发电和电力储存能够同时适应集中发电与分散式发电模式实现与负荷侧的交互扩大系统运行调节的可选资源范围智能电网不仅能够承担传统的电力负荷而且还能够整合燃料电池、可再生能源和其他的分布式发电技术智能电网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从而排除电网扰动提高电力可靠牲和电能质量减小电力损耗提高能源利用效率提供给用户更多的选择同时各种各样的分布式电源的接入可以极大地节约能源保护环境满足了电网与自然环境和谐发展的需求。

1.3.3交互性

交互性主要是指供需双方同时参与电力的交换更加强调用户的参与。智能电网应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能够将用户的设备和用电行为整合入电网的设计、运行和通信中支持电力交易的有效开展实现资源的优化配置在智能电网中用户和发电厂商、供电公司之间双向互动性增强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用户根据其电力需求和电力系统满足其需求能力的平衡来调整其消费。智能电网中的智能电表就相当于一个互联路由器供电部门仅需远程检查就可以获得信息鼓励和包括末端电力用户参与负荷控制和管理对电力使用管理可细化到每个用电装置使得需求侧管理的功能更加完善和提高实现与用户的交互和高效互动。

1.3.4优化性

智能电网可以最小化运行和维护成本最优化资产运行能根据本地电源分布和区域间潮流以及传输阻塞情况合理化现有电网资产的使用并减小电网阻塞和瓶颈通过高级资产管理、高级配电运和高级输电运行信息与控制改善运行效率和资产响应实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化合理地安排设备的运行与检修从整体上实现网络运行和扩容的优化提高资产的利用效率减少电网损耗有效地降低运行维护成本和投资成本达到资产优化的目的。在智能电网下电网将在自然状态和计算机状态下更安全能更好地识别和应对人为的和自然的侵害无论是家庭用户还是工商业用户电网将与智能建筑物的能源管理系统相连以帮助用户管理其能源使用并减少能耗开销。

1.3.5集成性

信息系统的集成综合控制、监视、维护市场运营系统企业资源规划等多种信息系统的集成适应和网络信息的及时收集与管理实现在此基础上的业务集成。智能电网通过不断的流程优化、信息整合、实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的继承形成全面的辅助决策支持体系通过统一的规范和平台实现电网信息的整承，形成全面的辅助决策支持体系，通过统一的规范和平台实现电网信息的整合，不断提高企业的管理和运营水平。

1.4智能电网的主要功效

智能电网和传统电网相比，具有自愈、互动、兼容、优化、集成五大优点，具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；能提高电网的运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用；可促进可再生能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；智能电网能够实现双向互动的智能传输数据，实行动态的浮动电价制度，即电网、电源和用户的信息透明共享，电网公平开放。智能电网在节约能源、降低用电成本、提高能效、利用好清洁能源、保护环境等方面具有显著的意义。智能电网是经济和技术发展的必然产物，大力发展智能电网是形成真正的、健康的、科学的电力市场的重要基础。

1.5智能电网的主要技术组成

1.5.1智能化通信技术

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，智能电网的诸多特点均基于高速双向信息通信系统来实现，以通信技术为基础的智能电网不仅能实现信息的高速双向传输来满足用户与电网的实时互动，还能通过先进的量测技术对电网中的各项参数进行实时精确的测量,连续不断地自我监测和校正，并利用先进的信息技术，实现电网各系统的自愈功能，从而及时获取完整的电网信息，提高能源的利用效率，真正达到提高供电的可靠性与安全性、优化电网性能的目标。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的实时信息和电力交换互动的大型基础设施，大大提高了电网供电的可靠性和资产的利用率，繁荣了电力市场，抵御电网受到的攻击，提高了电网自身的价值。

1.5.2智能化量测技术

智能化量测技术是实现智能电网的主要技术手段之一。智能电网通过先进的量测技术对电网中的各项参数进行实时精确的测量，并利用高速双向信息通信系统将这些运行参数转化成数据信息，提供给智能电网的各个系统使用，以此对电网的安全性、可靠性进行综合评估，及时获取完整的电网信息，提高能源的利用效率。同时，基于微处理器的智能表计，还可储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，可帮助用户选择最优的用电方案，用户也可自动控制电力的使用。

1.5.3智能化设备技术

为了能够更大限度的提升电力系统的性能，智能电网采用新一代的电力设备，充分利用新型电力电子技术、分布式发电技术、微电子技术等先进的设备技术，以此提高输配电系统的性能、功率密度、电网的输送容量、电力生产效率和供电可靠性，并在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点，来提高电能质量。新一代的电力设备可以使新能源得到更为有效的利用，为智能电网的安全运行保驾护航。

1.5.4智能化控制技术

智能化控制技术是指引进预设的专家系统，在专家系统允许的范围内，在智能电网中自动分析、诊断和预测电网状态，并采取适当措施防止供电中断和电能质量扰动的控制方法，智能化控制技术实现了电网的有功功率和无功功率的合理分配，这一先进的自愈性电网控制技术将极大地提高电网的可靠性。先进控制技术不仅给控制装置提供动作信号，而且也为运行人员提供信息，自动决策并向系统运行人员提供最优的处理办法和解决方案，从而防止因扰动而引起的供电中断等事故。

1.5.5智能化决策支持技术

现代电网对电力调度人员的决策时间有着严格的限制，智能化决策支持技术将复杂的电力系统数据利用动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术，转化为系统运行人员可理解的信息，帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。这种决策支持技术通过可视化的界面使得运行人员可以实时地做出准确决策，大大缩短了做出决策的时间，提高了运行人员的决策能力，促进了电力调度由经验型向智能分析型的转变。

2我国智能电网的研究进展和存在问题

自2024年，由美国拉开智能电网研究的序幕后，在2024年，以美国为首的西方发达国家又提出了《建设智能电网创新运营管理》的电网运行新思路，中国作为发展中国家的领头羊，也在近些年提出了“互动电网”的概念，即通过电子终端在用户之间、用户和电网公司之间的即时连接，它可以整合系统中的数据，优化电网的管理，使电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点，但从目前我国智能电网的建设状况来看，我国各区域输电网之间的联系较弱，虽然配电网经过几年的城乡改造，自动化水平大有改善，但随着我国电力需求持续高速增长，我国在智能电网建设中的弊端逐渐暴露出来，无法满足当前智能电网建设需要，智能电网建设面临着严峻的形势和挑战。

2.1研究进展

2024年以来，国家电网公司刘振亚总经理多次指示有关部门加强对世界电网智能化发展趋势的关注和跟踪，2024年3月初以“建设坚强智能电网”的提出，全面拉开了中国智能电网前期研究序幕。

基于国家电网公司拥有发展智能电网的坚实基础上，我国提出了智能电网建设的发展构想：2024年至2024年为规划试点阶段，重点开展电网智能化发展规划工作,制订技术标准和管理标准；2024年至2024年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设,初步形成智能电网运行控制和互动服务体系；2024年至2024年为引领提升阶段，全面建成统一坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、电网与电源、用户之间的互动性显著提高。

目前，我国智能电网技术的研究进展主要集中在这几个方面：坚强智能电网的研究报告、第一批、第二批试点工程的执行方案、关键设备、关键系统的发展规划、智能电网研究框架的关键技术、智能电网互操作性的挑战贯穿智能电网研究和建设的始终，智能电网技术标准框架研究工作将采用全面梳理，系统分析的工作方法，在研究中国统一坚强智能电网技术标准体系框架的基础上，进一步深入开展，避免重复和缺失，重点研究接口、模型、规约、和平台方面的技术标准，为此制定了智能电网技术标准体系发展路线并提供系列研究报告。2024年底,各试点项目完成主要技术准备及工程建设方案编制；2024年3月底全面完成上海世博园综合示范工程对公司智能电网建设最新成果的全面集中展示；2024年6月底,完成常规网厂协调试点工程建设用电信息采集系统第一批试点工程建设；2024年上半年组织完成国家电网智能化规划总报告开展9项试点(示范)工程。

2.2存在问题

2.2.1智能电网技术标准综合框架存在缺陷

我国虽然制定了统一的建设规划和智能电网技术标准综合框架，但我们的标准限制存在系统性缺陷，标准制定机制存在不足，标准的闭环性没有得到改善，缺乏有效的组织措施，缺乏对其他领域的积极参与，在制定发展标准的过程中缺乏对创新企业创新可能的提供，建设中出现的专业性问题缺乏国际惯例的整合，未能满足各方的需要。

2.2.2我国电力资源和用电负荷分布极不均衡

我国国土幅员辽阔，但我国电力资源和用电负荷分布极不均衡，如西部水电资源丰富、西北部风能资源丰富，沿海地区经济发达、负荷密集但能源稀缺，内陆地区能源丰富但经济欠发达，能源资源分布与生产力布局很不平衡，加上我国经济水平的快速增长，用电负荷急速增加，电力供需矛盾也日益明显。随着能源开发直点逐渐西移和北移，能源的远距离、大规模输送是必然趋势，这就要求电网适应能源分布的规律。

2.2.3清洁能源的比重相对较低

我国能源资源贫乏，人均能源资源拥有量远远低于世界平均水平，且目前我国的能源结构以煤为主，煤炭消费占一次性能源的70％左右，而发电结构中燃煤结构占80％以上，比世界平均水平高出了40％，清洁能源的比重相对较低，面临着可持续发展、环保等问题的严峻挑战，由此带来的环境污染问题亟待解决。

2.2.4架相对薄弱，输配电设备等相对落后

随着人民生活水平不断提高，对电力可靠性和电能质量的要求不断提高，加上电网运行的环境日益复杂，影响电网安全的风险因素不断增加。由于我国电网发展长期滞后，电网优化配置资源的能力不强，架相对薄弱，输配电设备等相对落后，抵御自然灾害、外力破坏和网络攻击等各类突发事件的能力较弱，社会效益和经济效益均未取得明显效果。

2.2.5研究较国际滞后，相关支撑体系有待进一步提升

建设智能电网不可能一蹴而就，我国由于在智能电网建设方面起步较晚，在技术上，超导技术、储能技术、分布式发电技术等运用于智能电网的关键技术有待进一步研究；在政策上，相关标准尚未出台，制约了智能电网的建设；经济上，建设智能电网投资巨大；管理上，需要采用全新的管理模式应对传统电网向智能电网的转变。这些，都需要我国在发展智能电网过程中进一步完善。

3我国智能电网建设的建议

作为一项新兴的电力技术，智能电网目前还处于初期研究阶段，国际上尚无统一的定义，各国均根据自身的实际需求进行研究和实践。随着中国城市化进程的加快，对城市供电可靠性的要求越来越高，由于我国与西方发达国家情况相去甚远，智能电网的发展思路应不一样，因此应尽量找到适合国情的智能电网发展技术。在我国，智能电网的建设既要考虑国家发展战略，能源资源政策及产业结构布局，还要考虑电网企业本身综合经济效益、电网安全可靠、节能减排，保护环境，从局部到整体逐步推进电网智能化进程，实现经济社会可持续发展。

3.1战略目标

在特高压输电技术取得重大突破的基础上，建设以统一规划、统一标准、统一建设为原则，构建以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的统一坚强智能电网，包括“华北—华中—华东”同步电网、西北和东北电网，技术上体现信息化、自动化、互动化，管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化，以电网基础体系、技术支撑体系、智能应用体系、标准规范体为主要支撑体系，在发电环节上强化网厂协调，引导电源集约化发展，促进新型能源的大规模科学利用；输电环节上加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网，灵活应用集成新技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性；变电环节上；实现电网运行数据的全面采集和实时共享，保障各级电网安全稳定运行；配电环节上建成高效、灵活、合理的配电网络，主要技术装备达到国际领先水平；用电环节上构建智能用电服务体，改善终端用户用能模式，提高用电效率；调度环节上以服务特高压大电网安全运行为目标，建设新一代智能调度技术支持系统，形成一体化的智能调度体系。通过多种技术支撑和管理措施，确保智能电网运行的安全可靠、灵活协调、优质高效、经济环保，从而为经济、社会、环境协调发展的需要更好地服务。

3.2具体措施

3.2.1制定与国际接轨的符合我国国情的智能电网

在国际化趋势越来越明显的今天，任何一个国家部不可能在一个封闭的环境下求生存，能源问题需要世异各国的通力台作才能达成共赢。每一个国家智能电网的发展都有其自身特点，我国由于能源需求和供给存在区域上的不平衡，所以要建设以特高压为骨干的智能电网，因此，我国的智能电网建设工作要与我国各地区的电网实际情况相结合，在考虑现有技术和配套社会经济发展实际情况的基础上，综合考虑电网运行控制、电力企业管理、资源优化配置和利用、经济、社会效益等综合因素，技术层面上，应通过各种现代信息和管理技术与传统电力系统的技术相融合，社会层面上，需要深入研究与之配套的宏观政策、发展战略、市场机制、经营管理等方面的软科学，使得电网运行更加安全、可靠、经济和灵活，能为用户提供更为优质的服务。

3.2.2制定统一的电网建设技术标准

智能电网建设不能“各自为政”，要建立统一的智能电网建设标准，增强系统的可操作性和可互换性。基于我国在智能电网建设方面的薄弱点，我国的智能电网侧重点应在于“坚强”与“灵活”并重，“绿色电力”与“可靠供应”并重，建设“一特四大”的大电网架构下的“四化”统一坚强智能电网。而信息与通信技术的发展是电网实现智能化的前提，因此应尽早制定信息交换的标准。这就需要解决接口的标准化问题，制定统一的电网建设标准包括通信标准、分布式电源并网标准、智能计量标准，提供开放式的接口，形成开放的通信架构，使终端设备得以方便地实现即插即用，实现应用系统之间的无缝通信，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：第一步，实现对电网运行状态、资产设备状态和电力信息的更实时、更全面和更详细的监视，提高电网的可观测性；第二步，提供先进的IT技术手段，实现对电力企业信息的传输和集成；第三步，在信息集成的基础上，进行高级分析实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。这三个发展阶段之间相互关联，相互递进，分阶段进行，在成熟的基础上全面建设，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，最后引领提升为统一坚强智能电网。

3.2.3有针对性地开发地域资源，开展多种发电方式并存的发电方式

分散发电的“即插即用”性，在事故紧急状态下一定程度上实现了电网的“自愈”功能，而分散发电大多利用的是清洁能源，在节污减排、环境治理等方面都发挥着积极的作用，针对我国资源分布不均衡的特点，应当有针对性地开发地域资源，开展多种发电方式并存的发电方式。例如：大规模可再生能源主要集中在西部地区，需要智能电网具有大容量的外送通道；东部负荷密集区域，可再生能源的开发往往规模较小，且靠近负荷，则需要智能电网能够兼容分布式利用。以此实现节能减排，提高能源的利用率。

3.2.4建设智能化通信技术

智能电网是通过以光纤、电力线通信(BPL)、无线通信为载体的，对电网企业而言，信息流既是电力流和业务流的“二次”辅助手段，更是电力流，业务流等“一次”变更的驱动力，智能电网要求的通信系统应该是开放的，因此，需要建设智能化的通信技术和一系列新的通信标准，使发电企业、供电企业和用户以及各企业内部各部门实现信息共享，以高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网进行实时的信息交换，并通过监测各种扰动，适时进行补偿，重新分配潮流，避免事故的扩大，保证电网运行的可靠，安全和经济。

3.2.5创新中长期配电网规划与设计

灵活的可重构的配电网拓扑，是未来智能电网的基础，它能把故障影响范围局限在最小范围，在配电网规划中应该尽早考虑，以适应分布式电源的接人和未来的数字化社会对供电可靠性及电能质量的严格要求。一必须综合考虑终端电网控制和总体配电系统控制，系统性能的优化，取得期望的稳定性和电能质量；二必须支持高比重的分布式电源，以提高系统的整体性、效率和灵活性，通过协同的分布式控制，可以利用分布式电源来优化系统性能；并在发生重大系统故