智能电网的发展概述与展望

摘 要：信息化社会的来临对传统能源供给体系提出了更高的要求，智能电网成为未来电网发展的新趋势。智能电网主要基于AMI/ADO/ATO/AAM这四种高级技术体系。相较于传统电网，智能电网具备信息和电能双向流动、无缝对接清洁能源以及强大的自我恢复调节的能力。未来智能电网将向自动化、信息化、智能化的方向继续发展。

关键词：智能电网；双向流动；清洁能源；自愈能力；自动化

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0128-02

近年来随着全球气候变暖现象的加剧与化石能源的逐渐枯竭，传统的能源供给体系面临着越来越大的挑战。同时进入数字网络时代的人类社会也对传统电力系统的输电效率、抗干扰能力、负载能力等工作性能提出了更高的要求。伴随着计算机和电力电子技术的迅猛发展，智能电网逐渐成为了未来电力系统发展革新的突破方向。2005年加拿大人Mark Campbell为了减少一栋大楼的耗电量，发明了一种无线控制设备，使得该栋大楼内的用电设备彼此之间可以相互“协调”，最终实现了这一目的，这也是智能电网迅速发展的开端[4]。目前智能电网作为一个新生事物，并没有一个明确的概念，也缺乏相关的行业法规体系，各国对智能电网研究的方向也存在不同。美国能源部的定义中认为智能电网是在传统电网硬件结构更新的基础上，其控制系统能够实现对整个输配电过程中每个节点及终端用户的信息采集、实时传输和反馈分析，从而实现电流和用电信息的双向流动[5]；国家电网中相关部门则更加关注如何将目前迅速发展的电子信息及互联网等高新技术与传统的物理电网有机结合，从而更加合理地配置电力资源，最大程度地實现电网的高效运行并提高电网的自我调节恢复能力，为用电方提供更完善、更优质、更环保的用电服务[2]。相对于传统电网而言，智能电网通过对各节点及终端用户实时反馈回来的信息进行计算分析，可以迅速甄别电网运行过程中出现的故障情况并通过及时调整相应的参数配置来处理突发情况，极大地增强了电网的抗干扰能力；同时智能电网能够接入水电发电等分布式清洁能源；并且基于智能电网中所建立的相应用户信息采集反馈系统和强大的调节能力，可以实现供电方与用电方的无障碍沟通，最大可能地节约了输电及电网维护的成本。

1 智能电网的技术组成

智能电网实现了传感测量技术、通讯技术等现代技术与传统电网的有机结合，其技术组成主要包括了高级计量体系（AMI）、高级配电运行体系（ADO）、高级输电运行体系（ATO）和高级资产管理体系（AAM）。

高级计量体系AMI通过分析从用户户内网HAN反馈回的信息，制定用户所使用的到的分时电价。AMI的功能包括了需求相应、负荷控制和远程开合。计量数据管理系统MDMS作为AMI系统的核心，主要通过AMR自动读表技术实现电网系统中布置测点所采集到的数据的存储、传输、分析和后续处理，来满足电网监控等功能需求。高级配电运行体系ADO以带有高级传感器的运行管理系统和停运管理系统为基础，其内容包括配电快速仿真与模型等，与高级输电运行体系ATO共同实现变电站的自动化、高级输电网元件的保护与控制。ATO依照了ISO的相应标准，包括输电系统仿真与模拟等内容。同时智能电网中输电和配电的部分资产管理的部分可以相互渗透，高级资产管理体系AAM基于MDMS、ADO、ATO等系统采集传输的数据来完成相应的资产规划、设计、建设和可靠性维护的工作，在完善数据记录的同时最大限度地提高资产的利用率。

高级计量系统AMI通过大量的智能电表以及多种通讯介质，能够实现对每个用户用电数据进行测量、采集，同时提供开放式双向通信的系统，使用电方也可对电网进行控制；高级配电运行体系ADO则通过分布式电源的运行等部分得以实现智能电网的“自愈”功能；高级输电运行体系ATO则是通过对大量数据的分析、计算，实时对输电量以及输电方向进行调控，进而减少运输过程中的能量损失，同时防止大规模停电的发生；高级资产管理体系AAM能够对电力资源进行管理，最大可能地减少了资源浪费。

2 智能电网的特点

相较于传统电网，智能电网具备强大的自我恢复和调节能力。这是因为智能电网能够自行对监控测点和终端用户反馈回的采集数据进行分析并调整电网系统中相应参数的配置。在面对复杂的自然与社会环境下，根据系统设定，智能电网能够在尽量少的人工干预的情况下，对系统进行调整，保证电网的稳定性，如会对严重损坏区会进行隔离和尽快的整修，进而避免发生大面积瘫痪的事故。

智能电网集成了众多形式的清洁能源和分布式能源。它既能够适应大规模发电设备的接入，也可以支持分散性发电设备的供电，同时能够将太阳能、风能等清洁型能源发电设备接入，使得电网系统更加绿色环保；各个技术的配合，保证了电网的稳定性。

用户的反馈和参与是发挥智能电网优越性的重要条件。电网可以根据终端用户的用电信息从数据中分析一定区域的用地按规律，进而制定更为经济节能的发电和输配电方案，从而有效提高电网终端的用电效率，实现“削峰填谷”，减少用电高峰时的电力需求从而降低电网的运行成本；同时用户也可以通过查询相应的用电信息，选择不同的用电方案，并配合家用智能化电器终端实现人性化的用电，因此用户将成为电力系统中不可分割的一部分。

总的来说，传统电网只是单方面的进行电力传输，既不考虑资源是否被合理利用，也不考虑运行的风险的大小，难免造成资源浪费以及系统大规模瘫痪的情况发生。而智能电网可以将各个节点与用户的信息、资源进行整合，实现对整个系统运行情况的实时监控与调整，使用电方与供电方可以无障碍沟通，最终实现整个电网安全、高效、稳定、环保的运行。

3 智能电网发展问题及对策

目前智能电网还未形成成熟的技术体系，也没有出台相应的较为完善的行业规章制度，其未来的发展存在着诸多不确定性。建成一个安全的、智能的、环保的智能电网需要漫长的时间，在这个过程中需要持续地研发技术并不断地完善电网体系。以下是未来发展智能电网可能面临的问题。

智能电网需要大量的传感设备以及多功能新型电表，从而实现对系统的实时的监控及反馈。这些设备必须满足在极端环境中能长时间稳定工作的性能要求。这就需要大量的研究人员对高等材料、精密元件进行大量的研究，以满足智能电网在硬件方面的需求。

智能电网在运行中会采集并记录十分庞大的数据资料，能否妥善保管并且合理利用这些数据是能否发挥智能电网的优越性的关键。因此必须找到能够合理使用海量数据的运行方法，并且基于这些数据及方法开发出功能强大的控制系统，从而大大提高智能电网的运行效率。

智能电网在未来的发展过程中会不断趋于数字化、智能化，这就大大增加了电网系统被恶意攻击及隐私泄露的几率。智能电网在未来的预想是用智能系统完全取代人工操作。若电网在运行过程中遭受恶意袭击，整个系统可能发生的瘫痪以及后续过长的修复时间和可能的大量人力介入都是亟待解决的问题。另外，信息的大量记录会伴随着信息泄露的可能。如果用户的个人信息被泄露，他人会根据用电信息判断出用户的行为及个人喜好，这些信息对电力供应商及电网的规划人员都具有重要价值。这就需要系统开发者对电网的安全性进行正确的评估，制定紧急事件应对方案，并及时对电网的安全系统进行升级。

智能电网需要大量特高压、智能化的设施，这可能会导致电力设备产能过剩和重复建设。中国电器工业协会统计中报道，国内500KV、220KV，110KV以及以下变压器总产能在30亿KVA左右[1]，而市场年需求量目前不会超过13亿KVA。材料表明，中低端设备产量过多的问题已经凸显出来了。如何在建设智能电网的过程中合理地引导资产的投资方向，是国家需要面对的重大问题。

智能电网在运行过程中用户也需要积极地进行数据反馈，这就意味着用户本身也必须具有一定的环保、自主意识。智能电网拥有开放式双向通信的系统，保证了用电方与供电方的无障碍沟通，能够共同控制智能电网。如果用户在用电过程中不能够积极的配合系统进行调控，就无法对资源进行合理利用，电网也无法实时对城市用电进行合理调控，智能电网的优越性就无法充分体现。

智能电网相关产业并没有明确的行业行规，也缺乏相关的法律文件，但是否需要快速的出台相关文件，什么时候发布等问题需要慎重考虑。如果不出台相关文件，难保发生生产的硬件设备不符合实际要求，开发的应用程序契合度不够高等情况，导致整个电网内部良莠不齐；如果过早的颁布文件，则有可能限制相关技术的创新与发展。这就需要管理部门合理评估产业的发展情况，合理的做出相关决策[1]。

另外，建设完善的智能电网需要全面的技术，需要各个国家竭诚合作。智能电网所设计的技术之多，覆盖的范围之广是难以想象的，仅凭一个国家的力量所創造出的智能电网难免存在漏洞。就需要各个国家相互配合，取长补短，共同完成对各个地区智能电网的建设。

4 结语

智能电网的研发几乎涵盖了目前所有正蓬勃发展的新兴产业，包括计算机、新能源、电子信息、通讯技术、系统控制技术等高新技术领域，可以想见的是未来智能电网有可能像之前兴起的国际互联网一样[3]，又一次对各个行业产生不可预估的深远影响，甚至可能引发能源系统新一轮产业转型。未来智能电网在无人化、信息化、智能化的方向会不断进行技术突破和结构革新，智能电网所覆盖的范围也将逐渐扩大。我国的相关电力部门应当尽快制定相应的行业制度或技术法规，并且电气企业应当投入力量进行相应的创新技术研发，使得我国的智能电网发展能够处在世界前列。

参考文献

[1]陆娇，江洪波.智能电网发展潜在负面效应分析及对策[J].电力与能源，2013，（1）：13-17.

[2]李兴源，魏巍，王渝红，穆子龙，顾威.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制，2009，（37）：1-7.

[3]余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评[J].中国电机工程学报，2009，（34）：1-8.

[4]陈树勇，宋书芳，李兰欣，沈杰.智能电网技术综述[J].电网技术，2009，（8）：1-7.

[5]王立谦，朱清明.浅谈智能电网的现状与发展[J].黑龙江科技信息，2011，（19）：36.