智能電網(wǎng)

必須更加可靠

智能電網(wǎng)不管用戶在何時何地，都能提供可靠的電力供應。它對電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題提出充分的告警，并能忍受大多數(shù)的電網(wǎng)擾動而不會斷電。它在用戶受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施，以使電網(wǎng)用戶免受供電中斷的影響。

必須更加安全

智能電網(wǎng)能夠經(jīng)受物理的和網(wǎng)絡的攻擊而不會出現(xiàn)大面積停電或者不會付出高昂的恢復費用。它更不容易受到自然災害的影響。智能電網(wǎng)必須更加經(jīng)濟—智能電網(wǎng)運行在供求平衡的基本規(guī)律之下，價格公平且供應充足。智能電網(wǎng)必須更加高效—智能電網(wǎng)利用投資，控制成本，減少電力輸送和分配的損耗，電力生產(chǎn)和資產(chǎn)利用更加高效。通過控制潮流的方法，以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。

必須更加環(huán)境友好

智能電網(wǎng)通過在發(fā)電、輸電、配電、儲能和消費過程中的創(chuàng)新來減少對環(huán)境的影響。進一步擴大可再生能源的接入。在可能的情況下，在未來的設計中，智能電網(wǎng)的資產(chǎn)將占用更少的土地，減少對景觀的實際影響。智能電網(wǎng)必須是使用安全的—智能電網(wǎng)必須不能傷害到公眾或電網(wǎng)工人，也就是對電力的使用必須是安全的。[1][2]

智能電網(wǎng) - 學術(shù)研究

研究者已經(jīng)進行了大量的關(guān)于智能電網(wǎng)的研究。根據(jù)Xi Fang等研究者的最新的智能電網(wǎng)研究調(diào)研報告(Smart Grid - The New and Improved Power Grid: A Survey)，研究工作主要圍繞下面三個子系統(tǒng)進行——基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，管理子系統(tǒng)和保護子系統(tǒng)。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)是一個位于智能電網(wǎng)底層，結(jié)合能量，信息和通信的基礎(chǔ)設施架構(gòu)。該子系統(tǒng)支撐著以下功能的實現(xiàn)：1)先進的電力產(chǎn)生，傳輸和消耗;2)先進的信息記錄，監(jiān)控和管理;和3)先進的通信技術(shù)。從傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)化的過程中，我們將升級傳統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)的架構(gòu)到一個數(shù)字信息為基礎(chǔ)的架構(gòu)。這種需求和改變向電力產(chǎn)業(yè)提出了一個巨大的挑戰(zhàn)。

管理子系統(tǒng)

管理子系統(tǒng)提供先進的管理和控制服務。目前的研究主要集中于提高能量有效性，需求曲線，盈利和污染排放。常用的控制技術(shù)包括優(yōu)化，機器學習和博弈論。未來，越來越多的基于智能電網(wǎng)先進基礎(chǔ)架構(gòu)的新服務和應用將會出現(xiàn)，并且這些服務將最終改變用戶的生活方式。

保護子系統(tǒng)

保護子系統(tǒng)提供先進的電網(wǎng)可靠性分析，錯誤保護，安全和隱私保護服務。但是我們必須注意到先進復雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一方面允許我們實現(xiàn)更先進的機制抵御惡意攻擊和處理錯誤，另一方面也可能導致很多新的系統(tǒng)漏洞。例如美國國家標準與技術(shù)研究院指出智能電網(wǎng)一個主要的有點(也就是能夠通過智能電表得到更多用戶的數(shù)據(jù))也將造成潛在的隱私問題。這些數(shù)據(jù)能夠被惡意的第三方取得從而分析用戶的習慣，行為和活動。

智能電網(wǎng) - 技術(shù)支持

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實現(xiàn)，因為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡，只有這樣才能實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標和主要特征。當這樣的通信系統(tǒng)建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價值。

高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過連續(xù)不斷地自我監(jiān)測和校正，應用先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測各種擾動，進行補償，重新分配潮流，避免事故的擴大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設備(IEDs)、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統(tǒng)以及用戶進行網(wǎng)絡化的通信，提高對電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務的水平。

智能電網(wǎng)

量測技術(shù)

參數(shù)量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進的參數(shù)量測技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。

對于電力公司來說，參數(shù)量測技術(shù)給電力系統(tǒng)運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務所用。

設備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應用先進的設備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來的智能電網(wǎng)中的設備將充分應用在材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來智能電網(wǎng)將主要應用三個方面的先進技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導技術(shù)以及大容量儲能技術(shù)。通過采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負荷特性之間尋求最佳的平衡點來提高電能質(zhì)量。通過應用和改造各種各樣的先進設備，如基于電力電子技術(shù)和新型導體技術(shù)的設備，來提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進許多新的儲能設備和電源，同時要利用新的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。

控制技術(shù)

先進的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預測狀態(tài)并確定和采取適當?shù)拇胧┮韵p輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個電網(wǎng)的有功和無功。從某種程度上說，先進控制技術(shù)緊密依靠并服務于其他四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進控制技術(shù)監(jiān)測基本的元件(參數(shù)量測技術(shù))，提供及時和適當?shù)捻憫?集成通信技術(shù);先進設備技術(shù))并且對任何事件進行快速的診斷(先進決策技術(shù))。另外，先進控制技術(shù)支持市場報價技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

智能電網(wǎng)

未來先進控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進預設的專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動的控制行動。這樣所執(zhí)行的行動將在秒一級水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。