电流+信息流=智能电网基础

电力18讯：    电能流与信息流互动

    随着信息化、智能化技术的不断发展，在能源结构调整和客户的多样性需求等大环境不断变化的背景下，电力系统（特别是输配电系统）管理应该如何变革。因为，变革的目的应该是对国家的发展有利，对能源结构调整有利，对用电的客户有利，只有这样才能够有利于电力系统的长远发展。对于这一点主要是管理体制和政策的问题，而不是技术问题。随着社会和科学技术的发展，电力系统从独立、封闭的“发、输、配、用”树性结构演变为社会化的网络结构。电力系统的社会化、电力资源优化配置是形成未来电力系统的根本动因。经济发展的需求、资源配置需求、可持续发展以及结构调整的需求是推动电力系统演化的动力。在区域性电力系统互联形成的超大规模电网中，电能流与信息流的交换、共享、互动构成了未来电力系统的整体结构，也是实现智能电网的基础。

    智能电网不仅对于电力行业有重要的意义，它将给人们生活和工作带来全新的改变。未来的智能电网将全面引入新能源运用的机制,对新能源实行优惠补贴,增加新能源发电积极性，在建筑屋顶装设太阳能发电装置,在室内停车场装设汽车充电装置，利用智能电表引导用户错峰用电。因此，它也将会带动中国电力市场机制的发展。

    智能电网涉及的技术

    智能电网涉及多个技术领域：传感技术（光纤传感器、智能传感器、无线传感器网络），电力电子技术（直流换流阀、无功补偿、潮流控制、短路电流限制），新材料技术（超导技术、储能技术），仿真分析与控制决策技术（数字仿真技术、可视化技术、控制决策技术、多代理（Multi-Agent））信息通信技术（信息技术、云计算、信息安全、通信技术、电力光纤到户、物联网技术）和多个技术应用领域：发电技术（新能源发电功率预测、新能源并网关键技术、智能协调监控和调度技术）、输电技术（灵活交流输电技术（包括等）高压直流输电、柔性交流输电系统、柔性直流输电、柔性直流输电技术、超导输电技术、输电线路状态检测技术）、配电技术（分布式能源及微网、配电自动化、定制电力、配电网快速仿真及建模、智能配电设备）、智能用电技术（用电信息采集、智能小区、智能家居、智能楼宇、电动汽车充放电设施）等。

    我国智能电网的规划主要集中在国家电网公司和南方电网公司，他们在实施智能电网的技术路线方面存在着一定差异，国家电网公司侧重在坚强智能电网的建设方面，而南方电网公司则更多地考虑到电网的需求侧以及微电网等方面。从工作推进的情况看，目前的阶段性成果大多还停留在电网自动化和信息化等方面的内容，真正体现智能电网双向互动、需求侧响应等大规模应用的示范尚无结果。

    美国的电力改革

    为了解决传统电网存在的问题，2003年4月2～3日，来自美国电力公司、电力设备制造商、联邦和州政府官员、大学和国家实验室的65位专家汇聚一堂，讨论美国未来的电力系统。会后，美国能源部发布了1份报告“Grid 2030―电力的下一个100年的国家设想”，描绘了美国未来电力系统的设想，并确定了各项研发和试验工作的分阶段目标。这份报告是美国电力改革的纲领性文件，提出了未来电网的发展宗旨是“打造更具活力的、更具竞争性的国家电力市场 ―― 一个可以连接任何人的、在任何时间、任何地方都能够提供充裕的、可供应的、清洁的、有效的和可靠的电能交易，并且为消费者提供世界上最安全的电力服务体系”。

    若把智能电网当作人们对未来电网的称谓，这份报告是人们对未来电网提出的美好愿景。尽管后来，人们对智能电网给出了这样或那样的定义，大多是从技术或功能层面提出了各自的认识而已。事实上，未来电网所强调的既不是某项功能，也不是实现的具体手段和技术，更不是规模和大小以及电压等级的高低，而是如何通过现有及未来能够实现的技术和手段打造一个更好的电力市场，建立更好的电力服务体系。美国的智能电网更多的是指了未来电网的发展方向，而不是一个具体的、很快就能实现的技术。在我国，很多人对智能电网的认识往往聚焦于某项或某些具体的技术问题，因此，从整个规划的内容来看，很难与美国智能电网的规划内容进行比较。国家电网公司与南方电网公司在该项目上面主要还是通过科技部及国家能源局等政府部门，以及学协会等层面上进行协调。

    智能电网需跨越障碍

    智能电网的建设涉及诸多技术问题，但更主要是一个认识问题。因此，在未来智能电网的建设过程中除了会遇到一些技术障碍外，更大的障碍将是现有体制和运行体系不能适应未来能源和电网发展的需要。随着网络技术的不断发展，不同媒介的网络系统出现了相互融合、共同促进、共同发展的趋势，信息技术（IT）和电力电子技术（PET）已经成为现代电网技术发展的重大推动力。因此，信息通信技术也是构建智能电网的基础。

    美国政府在2009年5月18日宣布首批16个智能电网行业标准中，有9项是关于IT的技术标准。通过IT与电力设备、元件、乃至系统的融合，使发电、输电、配电和用户紧密地联系在一起，形成一个能源互动、信息共享的整体。在Gird2030研究计划中提出：能源、信息与通信一体化体系结构（IECSA），其目标是将电力系统（E）与信息系统（I）融合在一起，实现数据实时传递、信息全面共享、快速智能响应，实现由电力系统（E）到电力信息系统（E+I）的转变，如图5所示。只有在实现电力与信息系统（E+I）的融合才能够满足智能电网未来发展的要求。


    当前，电力自动化与信息化的进程均未实现电力与信息系统（E+I）的融合，因此，要满足智能电网未来发展的要求，需要积极推进电力设备的自动化、数字化、智能化进程，实现电力与信息系统的横向集成、纵向贯通，改变已有系统的横向独立、纵向不畅的局面，为实现电力与信息的彻底融合奠定基础。智能电网从孕育、提出，到普遍认同、接受、发展已经有5-6年了。从概念、构想到实践、示范取得了一定成果，因此，在建设智能电网的过程中，第一步我们要学习、总结、反思已有的经验和教训，面向未来能源发展制定正确的发展目标，恰如其分、合理地划分发展阶段。在整个智能电网建设过程中，电力电子、材料、储能，设备和器件的数字化、智能化，以及信息和网络安全都将成为发展的关键因素。

    智能电网应统畴管理

    智能电网是未来能源采集、存储、管理、使用的最重要支撑平台，涉及到社会的各个方面，许多功能和价值都与社会属性密切相关，因此，政府应担负发展智能电网的责任――支持和鼓励智能电网技术的研究和开发，并对智能电网进行独立的超越于利益的评估和规划。只有这样才能够使智能电网的建设服从于社会发展的大局，步入科学发展、和谐发展的通道。

    事实上，发电企业也是电力系统中的重要一环，必将参与智能电网的建设过程中，不仅是发电企业，所有与智能电网相连接的企业或用户都将涉足智能电网的建设过程。因为，在未来能源发展和智能电网的系统中很难分清楚哪些是用电侧，哪些是发电商，从双向互动的模式看，那些安装了太阳能发电和风电，以及分散式能源系统的用户都有可能从用电方转变为供电方。只有这样才能够最大限度地接纳可再生能源，实现整个能源供给系统的优化配置。