智能电网解析
2022-06-09
摘 要：电网是现代能源产业体系的重要组成部分，智能电网是一个基于自动化、数字化的发电、输电和配用电系统构成的集合。追溯智能电网发展的历史，初步给出了智能电网的定义，并对智能电网的构成及其基本功能、基础应用及高级应用作出一定的探讨和解析。
关键词：智能电网；智能配电网；智能电能表；控制策略
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
从概念提出到工程实践探索，智能电网经历了由论坛、技术路线再到政府企业推动等一系列发展历程，这些可以从国内外的发展概况大致寻觅到一些踪迹。
智能电网概念的提出源自于美国。为升级其老化的电网，提升电网的安全性、可靠性，并提高用电方效率，节省用电支出，美国的研究机构于2001年提出智能电网的概念，又在2009年将其确立为国家战略，并相继成立了智能电网联盟和其他组织。在政府、电力企业和制造企业共同推广下，Xcel公司建设了世界上第一个以智能计量为基础的智能电网城市—— 博尔德（Boulder），逐步开展智能电网的工程实践和示范应用。美国专注发展智能电网的配电和配电侧，注意电力网络基础设施的更新和升级，同时促进可再生能源和分布式电源接入的发展。
欧洲智能电网主要是在分布式能源系统和可再生能源的大规模利用的基础上建立的。2004年设立了智能电网技术论坛，从环境友好的视角着手，倡导并积极推动分布式电源，尤其是光伏发电的应用。
在世界其他国家都在积极建设智能电网的同时，中国也在积极推动着智能电网的发展进程。 在“2009特高压输电技术国际会议”上，我国国务院副总理张德江表示，已将智能电网发展纳入到我国国家能源战略的规划中。同年8月，国家电网公司启动了一项研究，以开发一个标准体系研究与制定、智能化规划编制、重大项目和试点研究测试中心建设工程化研究等一系列工作。中国南方电网公司和其他一些地方电力公司还开展智能电网、智能配电网的基础理论研究，基于集中抄表系统试点和馈线自动化的关键技术和设备的研究、开发及小规模示范应用。
国家电网公司明确提出：智能电网是以特（超）高压为骨干网架，各级电网协调发展，以通信信息平台为支撑，具有互动化、信息化、自动化特征，涵盖电力系统的发电、变电、配电、输电、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”的高度一体化融合的现代电网。
在2011年，国家电网公司建成智能电网综合示范工程——天津滨海新区“中新生态城”。南方电网公司正在启动建设横琴岛智慧城市项目。
1 智能电网
1.1 智能电网的概念
目前为止，针对智能电网这一概念，分别从不同的角度分类和功能进行描述，出现了各种版本，尚未给出一个确切而严格的定义。一般而言，智能电网是集成了电力系统中计算机技术与信息技术的应用。从智能电网的混合动力控制理论出发，协同、有效和可靠的方式来实现所有的电网运行，具有自愈功能；能够快速响应电力市场的业务需求；通过构建一个统一的通信架构平台，实现实时、全面、准确的信息采集。
对于智能电网，坚强电网架构和双向通信网络可以为其提供物理支持，而各种集成高级应用功能可为其可视化软件支持，准许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行。
智能配电网以配电网高级自动化的先进技术为基础，以先进的测量和传感技术、控制技术、计算机技术和网络技术、信息和通信等技术的应用和集成为媒介，采用智能开关设备、配电终端设备，经由坚强电网架构和双向通信网络的物理支持，以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持，准许可再生能源和分布式发电微电网操作单元大量接入和微网运行，促使不同类型的电力用户主动参与到电网互动中来，进而使在正常工作状态下配电网的全面监控、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制成为可能，最终为电力用户提供安全、可靠、高质量、经济、环保的电力供应及其他附加服务。
1.2 建设智能电网的重要意义
优化能源结构，保障能源安全供应；优化资源，提高电网资源配置能力；提升系统的清洁能源接纳能力；推动节能减排，促进低碳经济。
2 智能电网的系统组成
2.1 应用系统
智能电网的系统组成主要包括智能调度自动化系统、智能变电站自动化系统和智能配电自动化系统。调度自动化是集成自动化的一部分，由遥控装置和调度主站系统组成，用于监视整个电网的运行状态。通过对主站、厂站端、通信三大通信组件的调度实现自动化系统体系结构的调度。其作用包括：实现电网的安全运行监控，实现电网经济调度，实现安全分析和事故处理的状态。
智能变电站自动化系统由智能变压器、智能开关等设备和各种继电保护装置、自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自投装置、遥控装置等组成；其综合了先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现了全变电站主要设备和输、配电线路自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及通讯和调度等综合自动化系统，集保护、测量、控制、调节、通信、调度于一体。
智能配电网络主要是由主站系统、子站系统、通信系统、远程终端的组成，采用分布网络，智能模块和设备，并结合了地理信息系统的应用。在正常情况下，使得配电网与电力系统各个环节的协调和优化运行得以实现；而在故障情况下，保证快速定位、隔离、恢复、负荷转移等功能得以实现，为用户提供优质可靠的电力，为电力企业提供便捷、高效的管理平台和渠道，从而实现电力企业管理者、电力用户、系统运行操作的协调和统一。
智能电网需要先进的技术支撑，其主要技术组成包括：智能化通信技术；智能化量测技术；智能化控制技术；智能调度技术；智能化设备技术。
关键词：智能电网；智能配电网；智能电能表；控制策略
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-02
0 引 言
从概念提出到工程实践探索，智能电网经历了由论坛、技术路线再到政府企业推动等一系列发展历程，这些可以从国内外的发展概况大致寻觅到一些踪迹。
智能电网概念的提出源自于美国。为升级其老化的电网，提升电网的安全性、可靠性，并提高用电方效率，节省用电支出，美国的研究机构于2001年提出智能电网的概念，又在2009年将其确立为国家战略，并相继成立了智能电网联盟和其他组织。在政府、电力企业和制造企业共同推广下，Xcel公司建设了世界上第一个以智能计量为基础的智能电网城市—— 博尔德（Boulder），逐步开展智能电网的工程实践和示范应用。美国专注发展智能电网的配电和配电侧，注意电力网络基础设施的更新和升级，同时促进可再生能源和分布式电源接入的发展。
欧洲智能电网主要是在分布式能源系统和可再生能源的大规模利用的基础上建立的。2004年设立了智能电网技术论坛，从环境友好的视角着手，倡导并积极推动分布式电源，尤其是光伏发电的应用。
在世界其他国家都在积极建设智能电网的同时，中国也在积极推动着智能电网的发展进程。 在“2009特高压输电技术国际会议”上，我国国务院副总理张德江表示，已将智能电网发展纳入到我国国家能源战略的规划中。同年8月，国家电网公司启动了一项研究，以开发一个标准体系研究与制定、智能化规划编制、重大项目和试点研究测试中心建设工程化研究等一系列工作。中国南方电网公司和其他一些地方电力公司还开展智能电网、智能配电网的基础理论研究，基于集中抄表系统试点和馈线自动化的关键技术和设备的研究、开发及小规模示范应用。
国家电网公司明确提出：智能电网是以特（超）高压为骨干网架，各级电网协调发展，以通信信息平台为支撑，具有互动化、信息化、自动化特征，涵盖电力系统的发电、变电、配电、输电、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”的高度一体化融合的现代电网。
在2011年，国家电网公司建成智能电网综合示范工程——天津滨海新区“中新生态城”。南方电网公司正在启动建设横琴岛智慧城市项目。
1 智能电网
1.1 智能电网的概念
目前为止，针对智能电网这一概念，分别从不同的角度分类和功能进行描述，出现了各种版本，尚未给出一个确切而严格的定义。一般而言，智能电网是集成了电力系统中计算机技术与信息技术的应用。从智能电网的混合动力控制理论出发，协同、有效和可靠的方式来实现所有的电网运行，具有自愈功能；能够快速响应电力市场的业务需求；通过构建一个统一的通信架构平台，实现实时、全面、准确的信息采集。
对于智能电网，坚强电网架构和双向通信网络可以为其提供物理支持，而各种集成高级应用功能可为其可视化软件支持，准许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行。
智能配电网以配电网高级自动化的先进技术为基础，以先进的测量和传感技术、控制技术、计算机技术和网络技术、信息和通信等技术的应用和集成为媒介，采用智能开关设备、配电终端设备，经由坚强电网架构和双向通信网络的物理支持，以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持，准许可再生能源和分布式发电微电网操作单元大量接入和微网运行，促使不同类型的电力用户主动参与到电网互动中来，进而使在正常工作状态下配电网的全面监控、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制成为可能，最终为电力用户提供安全、可靠、高质量、经济、环保的电力供应及其他附加服务。
1.2 建设智能电网的重要意义
优化能源结构，保障能源安全供应；优化资源，提高电网资源配置能力；提升系统的清洁能源接纳能力；推动节能减排，促进低碳经济。
2 智能电网的系统组成
2.1 应用系统
智能电网的系统组成主要包括智能调度自动化系统、智能变电站自动化系统和智能配电自动化系统。调度自动化是集成自动化的一部分，由遥控装置和调度主站系统组成，用于监视整个电网的运行状态。通过对主站、厂站端、通信三大通信组件的调度实现自动化系统体系结构的调度。其作用包括：实现电网的安全运行监控，实现电网经济调度，实现安全分析和事故处理的状态。
智能变电站自动化系统由智能变压器、智能开关等设备和各种继电保护装置、自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自投装置、遥控装置等组成；其综合了先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现了全变电站主要设备和输、配电线路自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及通讯和调度等综合自动化系统，集保护、测量、控制、调节、通信、调度于一体。
智能配电网络主要是由主站系统、子站系统、通信系统、远程终端的组成，采用分布网络，智能模块和设备，并结合了地理信息系统的应用。在正常情况下，使得配电网与电力系统各个环节的协调和优化运行得以实现；而在故障情况下，保证快速定位、隔离、恢复、负荷转移等功能得以实现，为用户提供优质可靠的电力，为电力企业提供便捷、高效的管理平台和渠道，从而实现电力企业管理者、电力用户、系统运行操作的协调和统一。
智能电网需要先进的技术支撑，其主要技术组成包括：智能化通信技术；智能化量测技术；智能化控制技术；智能调度技术；智能化设备技术。