智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)(Smart Grid)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱(chēng)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(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、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(lì)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(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

編輯摘要

目錄

1 簡(jiǎn)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(jiǎn)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(hù)子系統(tǒng)

6 技術(shù)支持

6.1 通信技術(shù)

6.2 量測(cè)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(lì)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(lái)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(lèi)型發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入

8.7 將使電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展

8.8 優(yōu)化其資產(chǎn)應(yīng)用，使運(yùn)行更加高效

智能電網(wǎng) - 簡(jiǎn)介

智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

智能電網(wǎng)(英語(yǔ)：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(lái)傳送電力。它可以偵測(cè)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(lái)調(diào)整家電用品的耗電量，以此達(dá)到節(jié)約能源，降低損耗，增強(qiáng)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(jī)向大量用戶傳輸電能的電網(wǎng)的簡(jiǎn)單升級(jí)。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(shí)段給電池充電，然后在高峰時(shí)反過(guò)來(lái)給電網(wǎng)提供電能。

智能電網(wǎng)包含了一個(gè)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(dòng)。通過(guò)智能電表(Smart meter)，它會(huì)隨時(shí)監(jiān)測(cè)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(yáng)能等的能力。當(dāng)電能便宜時(shí)，消費(fèi)者可以開(kāi)啟某些家用電器，如洗碗機(jī)，工廠可以啟動(dòng)在任何時(shí)間段都可以進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)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(lái)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(cè)、判斷、自動(dòng)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(cè)，進(jìn)化到遙測(cè)、遙控，再進(jìn)化到自動(dòng)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(jì)量作為智能電網(wǎng)的一部分，但它本身本不能稱(chēng)為一個(gè)智能電網(wǎng)。在美國(guó)奧巴馬總統(tǒng)宣布振興經(jīng)濟(jì)方案之中納入智能電網(wǎng)計(jì)劃后，已經(jīng)引起世界各國(guó)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(gè)里程碑：

第一個(gè)就是2006年，美國(guó)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(yùn)行、提高可靠性，其在中國(guó)發(fā)布了《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)管理-中國(guó)電力發(fā)展的新思路》白皮書(shū)，解決方案主要包括以下幾個(gè)方面：一是通過(guò)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(jìn)行分析的能力，即依據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，以優(yōu)化運(yùn)行和管理。該方案提供了一個(gè)大的框架，通過(guò)對(duì)電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運(yùn)行效率及可靠性、降低成本描繪了一個(gè)藍(lán)圖。是IBM一個(gè)市場(chǎng)推廣策略。

第二個(gè)是奧巴馬上任后提出的能源計(jì)劃，除了以公布的計(jì)劃，美國(guó)還將著重集中對(duì)每年要耗費(fèi)1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代，建立美國(guó)橫跨四個(gè)時(shí)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(guó)國(guó)家電網(wǎng)的價(jià)值和效率，將逐步實(shí)現(xiàn)美國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿慕y(tǒng)一入網(wǎng)管理;全面推進(jìn)分布式能源管理，創(chuàng)造世界上最高的能源使用效率。美國(guó)政府的智能電網(wǎng)有三個(gè)目的，一個(gè)是由于美國(guó)電網(wǎng)設(shè)備比較落后，急需進(jìn)行更新改造，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性;二是通過(guò)智能電網(wǎng)建設(shè)將美國(guó)拉出金融危機(jī)的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三個(gè)是中國(guó)能源專(zhuān)家武建東提出的“互動(dòng)電網(wǎng)”。“互動(dòng)電網(wǎng)”是指在創(chuàng)建開(kāi)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(guò)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(dòng)和即時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的總體效果，實(shí)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(kāi)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(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率?；?dòng)電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟(jì)、兼容、集成和安全等特點(diǎn)，主要解決三個(gè)問(wèn)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(fèi)者和生產(chǎn)者互動(dòng)的精巧、智慧和專(zhuān)家服務(wù)化的能源運(yùn)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(wú)線控制器，與大樓的各個(gè)電器相連，并實(shí)現(xiàn)有效控制。比如，一臺(tái)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24℃;而另外兩臺(tái)空調(diào)可能會(huì)在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。這樣，在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下，整個(gè)大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)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(huì)的能源綠皮書(shū)《歐洲可持續(xù)的、競(jìng)爭(zhēng)的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強(qiáng)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(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時(shí)候的智能電網(wǎng)應(yīng)該是指輸配電過(guò)程中的自動(dòng)化技術(shù)。

2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點(diǎn)“(GridPoint)的公司最近開(kāi)始出售一種可用于監(jiān)測(cè)家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調(diào)整家用電器的用電量。這個(gè)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(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。

2006年，美國(guó)IBM公司曾與全球電力專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開(kāi)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(guò)使用傳感器、計(jì)量表、數(shù)字控件和分析工具，自動(dòng)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(fèi)者對(duì)電力使用的管理也可細(xì)化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個(gè)可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個(gè)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(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)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(jí)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(xiàng)目的啟動(dòng)標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。

2008年美國(guó)科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個(gè)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(shí)的電價(jià)，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽(yáng)能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問(wèn)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(duì)外宣布，他們正在共同開(kāi)發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國(guó)打造國(guó)家智能電網(wǎng)。

2009年1月25日美國(guó)白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計(jì)劃尺度報(bào)告》宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬(wàn)美國(guó)家庭安裝智能電表——美國(guó)行將推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)的整體革命。2月2日獨(dú)能源問(wèn)題專(zhuān)家武建東在《全面推互動(dòng)電網(wǎng)革命拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型》的文章中，明確提出中國(guó)電網(wǎng)亟須實(shí)施“互動(dòng)電網(wǎng)”革命性改造。

2009年2月4日，地中海島國(guó)馬耳他在周三公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公用系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)該國(guó)電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會(huì)把馬耳他2萬(wàn)個(gè)普通電表替換成互動(dòng)式電表，這樣馬耳他的電廠就能實(shí)時(shí)監(jiān)控用電，并制定不同的電價(jià)來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)約用電的用戶。這個(gè)工程價(jià)值高達(dá)9100萬(wàn)美元(合7000萬(wàn)歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個(gè)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(jìn)行電力分配并檢測(cè)到潛在問(wèn)題。IBM將會(huì)提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，降低成本以及該國(guó)碳密集型發(fā)電廠的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已開(kāi)始測(cè)試名為谷歌電表vPowerMeterw的用電監(jiān)測(cè)軟件。這是一個(gè)測(cè)試版在線儀表盤(pán)，相當(dāng)于谷歌正在成為信息時(shí)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(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過(guò)專(zhuān)家組的驗(yàn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(wú)需在不同系統(tǒng)和平臺(tái)間頻繁切換，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)綜合運(yùn)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(guò)搭建并網(wǎng)電廠管理考核和輔助服務(wù)市場(chǎng)品質(zhì)分析平臺(tái)，能有效提升調(diào)度部門(mén)對(duì)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(guó)谷歌向美國(guó)議會(huì)進(jìn)言，要求在建設(shè)“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時(shí)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全。