智能电网及其关键技术

科技讲座与创新实践

课程论文

论文题目智能电网及其关键技术

班级电气13-4

学号

姓

名叶腾

成绩

摘要：电网是经济社会发展的重要的基础设施，然而，近些年来，电网安全稳定运行的客观环境正在发生着巨大的变化。电网负荷快速的增长，大区电网互联初步形成，电力市场运行因素对电网运行的影响日益显现，加之受全球气候变化的影响，极端气候环境对电网安全稳定工作提出了很多的新挑战。本文通过对智能电网的发展历史，应用前景，涉及的关键技术以及我国智能电网的发展进行分析，来解决电力系统中常见的一些问题。

关键词：智能电网：特点：关键技术

1 智能电网的概念和特点及其发展历史

智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能电网通过广泛的应用分布式智能和宽带通信，以及自动控制系统的集成，保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。

尽管各国根据自身的国情对智能电网建设有着不同的重点和目标，但是智能电网建设的驱动都是基于市场、安全、电能质量和环境因素，其特征可归结为：自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成。

智能电网概念的发展有3个里程碑

第一个就是2006年，美国IBM公司提出的"智能电网"解决方案。IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理-中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体

系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。是IBM一个市场推广策略。

第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。

第三个是我国能源专家武建生提出的"互动电网"."互动电网"是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，以智能电网技术为基础，通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。它可以整合系统中的数据，优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点，主要解决三个问

题，一是以信息技术改造和提升现有的能源体系，特别提高集能源大成的传统电网体系的能源效率；二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系；三是要建造消费者和生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。

从智能电网概念的发展可以看出，智能电网并没有一个确定的概念，需要根据实际情况赋予新的含义。武建生先生提出的"互动电网"是站在国家利益的层面，结合中国实际对智能电网进行重新定义，具有一定指导意义。 2 智能电网涵及其特征 2.1智能电网的涵

智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都被实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间每一点上的电流和信息的双向流动。通过广泛应用分布式智能、宽带通信以及自动控制系统的集成，智能电网保证了市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动。

从技术角度讲，智能电网有3个层面的含义：首先是利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节关键设备的运行状况进行实时监控；然后将获得的数据通过网络系统进行收集、整合；最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。

2.2智能电网具备如下特征：

1 自愈。通过实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。

2 安全可靠。能够很好地应对自然灾害、外力破坏和计算机攻

击，保证人身、设备和电网的安全，自动恢复电网的运行。

3 经济高效。可以优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。

4 兼容。能够开放性地兼容各种类型设备，包括集电源、分布式发电以及可再生能源，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。

5 与用户友好互动。实现与客户的智能互动，以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求；实现系统运行与批发、零售电力市场无缝衔接，同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。

3 智能电网的关键技术

3.1 建立坚强、灵活的网络拓扑坚强、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡，为了缓解此现状所带来的不利影响，我国开展了特高压联网工程、直流联网工程、点对点或点对网送电等工程的实施建设。如何进一步、优化特高压和各级电网规划成为需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大、互联电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越严重，对主网架结构的规划设计要求也相应地提高了。只有灵活的电网结构才能应对自然灾害和社会灾害等突发灾害性事件对电网安全的影响。

3.2 实现开放、标准、集成的通信系统智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，智能电网需要具有实时监视和分析系

统目前状态的能力:既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应的能力，其监测围将大围扩展、全方位覆盖，为电网运行、综合管理等提供外延的应用支撑，而不仅局限于对电网装备的监测。

3.3 配备高级的电力电子设备电力电子设备可以实现电能质量的改善与控制，为用户提供电能质量满足其特定需求的电力，同时它们也是能量转换系统的关键部分，所以电力电子技术在发电、输电、配电和用电的全过程中均发挥着重要作用。现代电力系统应用的电力电子装置几乎全部使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和DSP全数字控制技术，包括可控硅并联电抗器、多功能固态开关、智能电子装置、静止同步补偿器、有源滤波器、动态电压恢复器、故障电流限制器以及高压直流输电所用装置和配网用的柔性输电系统装置等。

3.4 智能调度技术和广域防护系统智能调度是智能电网建设中的重要环节，调度的智能化是对现有调度控制中心功能的重大扩展，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。调度智能化的最终目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术，协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系智能化调度的核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防。

3.5 高级读表体系和需求的侧管理智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一。人网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，并且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。所以电网的智能化首先需要电力供应机构精确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。因此目前国外推动智能电网建设，一般以构建高级量测体系为切入点。同时，高级读表体系为电力系统提供了系统围的可观性。不但可以使用户参与实时电力市场，而且能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应，构建智能化的用户管理与服务体系，实现电力企业与用户之间基本的双向互动管理与服务功能以及营销管理的现代化运行。随着技术的发展，将来的智能电表还可能作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号的整合。

3.6 高级配电自动化高级的配电自动化将包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互。为此，高级的配电自动化需要更复杂的控制系统。

①系统全部元件必须在一个开放式的通信体系结构并具有协同工作能力;②将使用经由分布式计算的局部分布式控制;③使用传感器、通信系统和分布式的计算主体，对电力交换系统的扰动快速做出反应，以使其影响最小化。

3.7 可再生能源和分布式能源的接入分布式能源包括分布式发电和分布式储能，其中分布式发电技术包括:微型燃气轮机技

术、燃料电池技术、太阳能光伏发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等；分布式储能装置包括蓄电池储能、超导储能和飞轮储能等。

在我国，风能、太阳能发电的主要发展方式是在沙漠、戈壁滩等偏远的地区，但其在地理位置上分布不均匀，易受天气影响，而且具有波动性和间歇性的特点，会对可靠供电造成冲击，当地电网无法适应可再生能源集中开发和利用，这就需要解决风能、太阳能等可再生能源大规模开发的间歇性、不确定性问题，保证电力的规模接入和远距离送出，这将是接入各种可再生能源电源和分布式能源电源面临的一大挑战。 4 我国智能电网的发展方向和最新进展

4.1我国智能电网的发展方向

2015年7月6日，国家发改委、国家能源局印发《关于促进智能电网发展的指导意见》（以下简称《意见》）。《意见》明确了智能电网的定义和发展智能电网的重要意义。智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。发展智能电网是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段，是发展能源互联网的重要基础。发展智能电网，有利于进一步提高电网接纳和优化配置多种能源的能力，实现能源生产和消费的综合调配；有利于推动清洁能源、分布式能源的科学利用，从而全面构建安全、高效、清洁的现代能源保障体系；有利于支撑新型工业化和新型城镇化建设，提高民生服务水平；有利于带动上下游产

业转型升级，实现我国能源科技和装备水平的全面提升。

《意见》指出了智能电网的发展目标，即到2020年，初步建成安全可靠、开放兼容、双向互动、高效经济、清洁环保的智能电网体系，满足电源开发和用户需求，全面支撑现代能源体系建设，推动我国能源生产和消费革命；带动战略性新兴产业发展，形成有国际竞争力的智能电网装备体系。此外，《意见》还为智能电网的各项功能分别提出了发展目标：实现清洁能源的充分消纳；提升输配电网络的柔性控制能力；满足并引导用户多元化负荷需求。

《意见》还提出智能电网建设的十大任务，即，建立健全网源协调发展和运营机制，全面提升电源侧智能化水平；增强服务和技术支撑，积极接纳新能源；加强能源互联，促进多种能源优化互补；构建安全高效的信息通信支撑平台；提高电网智能化水平，确保电网安全、可靠、经济运行；强化电力需求侧管理，引导和服务用户互动；推动多领域电能替代，有效落实节能减排；满足多元化民生用电，支撑新型城镇化建设；加快关键技术装备研发应用，促进上下游产业健康发展；完善标准体系，加快智能电网标准国际化。

4.2我国智能电网的发展阶段

第一阶段为规划试点阶段(2009～2010年)：重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术标准和管理规，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。

第二阶段为全面建设阶段(2011～2015年)：加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

第三阶段为引领提升阶段(2016～2020年)：基本建成坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。

上述三个阶段是为实现坚强智能电网建设目标做出的整体性安排，并不能截然分开。技术研发、设备研制、试点验证、标准完善和推广应用等工作将贯穿始终。针对不同阶段的建设需求，将陆续安排新的技术研究和工程试点项目，待成熟后统一组织推广应用。

4.3我国智能电网的最新进展

进入21世纪以来，在经济发展低碳化、能源利用清洁化的大背景下，新一轮的能源变革在世界围蓬勃兴起，智能电网发展方兴未艾，成为世界各国开发利用清洁能源、应对气候变化、保障能源安全的战略选择。中国政府高度重视智能电网发展，连续两年将发展智能电网写入政府工作报告，并纳入中国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，明确指出：“发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。”发展特高压和智能电网，成为国家能源战略的重要容。

国家电网公司坚持以科学发展为主题、以转变发展方式为主线，准确把握中国能源资源和能源需求逆向分布的基本国情，于2009年5月率先提出了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网的战略目标，经过几年的探索实践，取得了重要成果。

一是形成了完整的坚强智能电网战略规划体系。在电网建设和发展过程中，我们深刻认识到，实施“一特四大”战略，通过发展特高压电网，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，促进风能和太阳能发电等新能源快速发展，是解决我国能源发展深层次问题、从根本上缓解煤电运紧矛盾的战略措施。坚强的电网网架是实现电力资源高效配置和安全可靠供电的物质基础，智能化是提高电网安全性、可控性、适应性、互动性的关键。在此基础上，创造性地将“坚强”与“智能”相融合，明确了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网的战略目标。编制了坚强智能电网规划纲要以及电网智能化、配电网、通信网、信息网等专项规划。按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的建设原则，全面推进坚强智能电网建设。

二是成功建设了特高压交流、直流示工程。自主建设了世界上电压等级最高、输电能力最强、技术水平最先进的晋东南-1000千伏特高压交流试验示工程和±800千伏向家坝-特高压直流示工程，分别于2009年1月和2010年7月正式投运，一直保持安全可靠运行。工程的创新实践全面验证了发展特高压的可行性、安全性、经济性和环境友好性，为我国清洁能源大规模开发利用、能源资源大围优化配置、能源效率进一步提高奠定了基础，也为世界一些国家解决能源问题提供了重要选择。特高压交流试验示工程荣获“新中国成立六十周年经典工程”、“国家优质工程金质奖”和“中国工业大奖”等重要奖项。

三是系统开展了智能电网工程项目试点。目前开展的三批29类共287项智能电网试点项目涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息所有环节，在世界围建设规模最大、应用领域最广、推进速度最快。目前，已竣工127项，新建或改造了18座智能变电站，用电信息采集系统提前进入全面推广阶段，实现自动采集5451万户。结合我国实际提出了现阶段以换电为主、插充为辅，集中充电、统一配送的电动汽车充换电运营模式，环渤海、长三角两个区域的跨城际智能充换电服务网络正在建设，推动了电动汽车商业化、产业化发展。世博园智能电网综合示工程建成投运。国家级风光储输示项目、中国与新加坡战略性合作项目天津生态城综合示工程正在加快建设。智能小区、光纤入户、直升机智能巡检等项目也取得重要进展。公司成为引领世界智能电网发展的中坚力量。

四是构建了功能齐全、技术领先的试验研究体系。建成特高压交流、直流、高海拔、工程力学4个试验基地，大电网仿真、直流成套设计2个研发中心，以及大型风电并网系统、太阳能发电、智能用电技术3个国家级的研发（试验）中心。国家电网公司智能电网研究院正在建设。公司系统完整的坚强智能电网研发、实验、检测体系基本形成，综合实验检测能力居世界前列，为进一步深化坚强智能电网研究、全方位实现技术领先创造了有利条件。

五是实现了关键技术和设备的创新突破。依托自主创新，全面掌握了特高压交、直流输电核心技术，成功研制了大容量变压器、6英寸晶闸管等大批特高压关键设备和元器件，已获授权专

利441项，发布企业标准135项，推动形成了一批行业标准、国家标准和国际标准，在特高压领域实现了“中国创造”和“中国引领”。在智能电表、大容量储能电池、可再生能源接入、风电机组低电压穿越技术研究和设备研制等方面取得了一批重大成果。率先编制并发布《智能电网技术标准体系规划》和《智能电网关键设备研制规划》，构建了系统的技术标准体系框架，发布企业标准129项，引领国技术装备企业进一步提升自主研发、自主创新能力。

六是提升了公司国际影响力和竞争力。国家电网公司发展特高压和智能电网取得的理论和实践成果得到了国际组织和同行的高度肯定和广泛认同。国际电工委员会（IEC）专门成立了直流输电技术委员会，并将秘书处设在国家电网公司。许多国际知名能源电力企业主动提出加强交流，并积极寻求在特高压和智能电网领域与国家电网公司开展合作。印度计划开展1200千伏特高压交流技术研究，巴西、俄罗斯也考虑在工程和规划中采用特高压技术。公司在坚强智能电网方面的技术优势已经成为实施“走出去”战略的核心优势，不仅提升了公司在世界能源和电力领域的地位和影响力，带动了民族装备制造业创新发展，而且促进了我国国际形象的提升。

坚强智能电网符合中国国情、符合科学发展需要，对于保障国家能源安全、应对全球气候变化、增强我国经济竞争力、提高人民生活水平具有重要意义。当前，发展特高压、推动智能电网建设已纳入《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》。公司已经制定了“十二五”电网发展规划并上报有关部委，我们将

认真落实规划要求，加快推进电网项目前期工作和重点工程建设，努力实现电网科学发展。“十二五”期间，公司将建设覆盖主要能源基地和负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架。同时，推进电力系统各个环节的智能化进程，构建覆盖中国大部分地区的综合智能服务网络。到2015年，国家电网大围、远距离的输电能力将达到2.5亿千瓦，每年输送电量1.15万亿千瓦时，可支撑新增1.45亿千瓦的清洁能源发电消纳和送出，能够满足超过100万辆电动汽车的使用要求，电网的资源优化配置能力、经济运行效率、安全水平和智能化水平将得到全面提升。

5 个人对我国智能电网建设的看法理解

近年来，为应对气候变化带来的巨大挑战，发展智能电网，促进清洁能源发展，保障能源安全、提高能源效率已成为世界能源发展的重要趋势。我国政府和电力企业都高度重视智能电网发展，面对新形势、新挑战，坚决贯彻党中央、国务院的决策部署，坚定不移地推进智能电网建设，努力实现我国电网从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越。我们应该结合中国实际，以建设“坚强智能电网”为发展目标，开展一系列具有针对性的工作，制定坚强智能电网发展战略和总体规划，在重大关键技术领域取得重要突破，启动了涵盖新能源、电动汽车、光纤入户等关键领域的多项试点工程，世博园智能电网综合示工程已建成投运，天津生态城智能电网综合示工程正在加紧建设，形成了功能齐全的试验研究体系。在此过程中，我们对坚强智能电网在服务我国能源工业可持续发展、满足日益增长的用电需求等方面的重要意义有了更加深刻的认识。

智能电网是服务国家能源战略部署，推动我国发展方式绿色转型的战略支点。在哥本哈根气候峰会上，我国政府承诺，到2020年非化石能源占一次能源消费比重要达到15％，未来十年清洁能源发展的任务十分繁重。我国的水能、风能、太阳能等清洁能源资源大多集中分布于西部、北部的边远地区，需要集中开发、规模外送和大围消纳。能源资源禀赋、国情以及间歇性能源接入的技术特性和经济性，决定了智能电网是实现清洁能源大规模开发、远距离输送和大围消纳的最为理想的方式。智能电网可为清洁能源的集约化发展提供绿色接入平台，有利于提高电网的资源优化配置能力，是能源布局优化、保障能源安全的战略选择。

智能电网是培育战略性新兴产业发展，服务国家经济发展方式转变的重要实践。智能电网将融合通信、能源、新材料等高科技产业，一方面带动其上下游及相关产业的发展，推动电力和其他产业结构调整，促进技术进步和装备升级；另一方面将为通信、自动化、制造等技术深度融合提供友好平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。智能电网的建设将为我国经济发展方式转变提供重要的实践机遇。

智能电网是满足用户多样化需求，提升电网的互动和增值服务能力的友好途径。随着科技的进步和城市化、信息化水平的提高，智能楼宇、电动汽车、智能家电、智能城市等快速发展，用户对电网的供电可靠性、电能质量、用电服务水平更为关注，这对电网的智能化水平提出了更高的要求。只有立足自主创新，加快智能电网关键技术领域研究并取得突破，提高电网的适应性和安全稳定控制水平，才能满足用户对供电服务的多样化、个性化、互动化需求，不断提高服务质量和水平。

智能电网建设是一个政府主导、电力企业实施、社会共同参与的宏大工程。智能电网的发展关系经济社会发展和国计民生，是开发利用清洁能源、建设科学合理的能源利用体系的迫切要求，是时代赋予电力工业的历史性重任。

参考文献：

振亚.智能电网知识读本中国电力.2010 肖进杰.构建中国智能电网技术思考电力系统自动化.2009 何光宇.英云.智能电网基础中国电力.2010