智能電網(wǎng)綜述一、智能電網(wǎng)的核心內涵和技術框架

0 引 言

電力系統(tǒng)是人類迄今為止制造的最復雜、最龐大的系統(tǒng)，是20世紀人類所取得的最輝煌的工程技術成就之一。但是，進入21世紀以來，隨著電力系統(tǒng)的不斷老化，線路擴容困難，系統(tǒng)運行效率降低，節(jié)能減排等環(huán)保壓力增大，人們對供電可靠性和電能質量要求越來越高，大容量的風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電接入電力系統(tǒng)的要求日益增強，特別是大面積停電的災變事故頻發(fā)，使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在信息社會發(fā)展的需求。與此同時，通信技術、計算機技術、電力電子技術和傳感技術的不斷發(fā)展和日益成熟，為電網(wǎng)的現(xiàn)代化提供了技術手段。以美國為首的發(fā)達國家提出了“電網(wǎng)現(xiàn)代化”的號召，從而在全世界范圍內掀起了一股研究“智能電網(wǎng)”的熱潮。本系列文章將從智能電網(wǎng)的核心內涵和技術框架、國內外智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略、智能電網(wǎng)的關鍵技術、電力電子技術在智能電網(wǎng)中的應用、智能電網(wǎng)的效益分析、和中國智能電網(wǎng)的發(fā)展路線圖等多個方面，試圖對智能電網(wǎng)做一個全景式的介紹。本文是該系列文章的第一篇，主要介紹智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動力、智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要區(qū)別、智能電網(wǎng)的核心內涵、技術框架和實現(xiàn)順序。

1 智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動力

2003年4月，在美國能源部的倡導和組織下，來自美國各大電力企業(yè)、設備制造商、通信技術提供商、政府部門、大學和國家實驗室的65位專家齊聚一堂，對電力工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了深刻反思，對電力工業(yè)在第二個百年里的發(fā)展前景進行了展望[1]。會議指出，北美電網(wǎng)效率低下、輸電擁堵、供電可靠性和電能質量降低，特別是大面積停電等災難性事故增多，與美國在“21世紀的領導地位極不相稱”。歷史的發(fā)展往往具有戲劇性，就在這次會議結束不到半年， 2003年8月14日北美電網(wǎng)發(fā)生了有史以來最嚴重的大面積停電事故，美國的8個州和加拿大的2個省5千萬人受影響，損失負荷量61800MW，經(jīng)濟損失約300億美元。這次災難性事故進一步驗證了會議所達成共識的正確性和智能電網(wǎng)建設的緊迫性。在政府部門和企業(yè)研發(fā)部門的共同努力下快馬加鞭，于2004年1月出臺了“國家電力傳輸技術路線圖計劃”[2]，提出“可以在任何時間任何地點向人們提供充足的、廉價的、清潔的、高效的和可靠的供電服務”，并提出了電力傳輸技術現(xiàn)代化的路線圖。

縱觀21世紀科技和經(jīng)濟的發(fā)展，智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展不是偶然的，它發(fā)展的內在動力來源于以下幾個方面：

(1) 提高設備利用效率，減少輸電擁堵的需要：據(jù)統(tǒng)計，發(fā)電設備利用率90%以上、配電設備利用率75%以上的時間不足5%，大部分時間內設備容量得不到有效利用；而另一方面，隨著電力市場的建設和競爭加劇，用電負荷的大幅增加與電源短缺、輸配電容量不足的矛盾日益突出，導致輸電阻塞。北美電網(wǎng)每年的輸電阻塞成本高達30億美元。