智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)(Smart Grid)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱(chēng)為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò )的基礎上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統技術(shù)的應用，實(shí)現電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶(hù)、抵御攻擊、提供滿(mǎn)足21世紀用戶(hù)需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。

編輯摘要

目錄

1 簡(jiǎn)介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標

5 學(xué)術(shù)研究

1 簡(jiǎn)介

2 概念提出

3 發(fā)展歷程

4 研發(fā)目標

4.1 必須更加可靠

4.2 必須更加安全

4.3 必須更加環(huán)境友好

5 學(xué)術(shù)研究

5.1 基礎結構子系統

5.2 管理子系統

5.3 保護子系統

6 技術(shù)支持

6.1 通信技術(shù)

6.2 量測技術(shù)

6.3 設備技術(shù)

6.4 控制技術(shù)

6.5 支持技術(shù)

7 影響因素

8 主要特征

8.1 智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)

8.2 智能電網(wǎng)激勵和包括用戶(hù)

8.3 智能電網(wǎng)將抵御攻擊

8.4 提供滿(mǎn)足21世紀用戶(hù)需求的電能質(zhì)量

8.5 將減輕來(lái)自輸電和配電系統中的電能質(zhì)量事件

8.6 容許各種不同類(lèi)型發(fā)電和儲能系統的接入

8.7 將使電力市場(chǎng)蓬勃發(fā)展

8.8 優(yōu)化其資產(chǎn)應用，使運行更加高效

智能電網(wǎng) - 簡(jiǎn)介

智能電網(wǎng)結構示意圖

智能電網(wǎng)(英語(yǔ)：Smart grid、smart electric grid、或intelligent grid)，以雙向數字科技創(chuàng )建的輸電網(wǎng)絡(luò )，用來(lái)傳送電力。它可以偵測電力供應者的電力供應狀況，與一般家庭用戶(hù)的電力使用狀況，來(lái)調整家電用品的耗電量，以此達到節約能源，降低損耗，增強電網(wǎng)可靠性的目的。智能電網(wǎng)雛型是20世紀產(chǎn)生的，由一些中心發(fā)電機向大量用戶(hù)傳輸電能的電網(wǎng)的簡(jiǎn)單升級。在傳統電網(wǎng)的基礎上，電能的傳輸拓撲網(wǎng)絡(luò )更加優(yōu)化以滿(mǎn)足更大范圍的各種用電狀況，如在用電量低的時(shí)段給電池充電，然后在高峰時(shí)反過(guò)來(lái)給電網(wǎng)提供電能。

智能電網(wǎng)包含了一個(gè)智能型電表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure，AMI)，用于記錄系統所有電能的流動(dòng)。通過(guò)智能電表(Smart meter)，它會(huì )隨時(shí)監測電力使用的狀況。智能電網(wǎng)包括超導傳輸線(xiàn)以減少電能的傳輸損耗，還具有集成新能源，如風(fēng)能，太陽(yáng)能等的能力。當電能便宜時(shí)，消費者可以開(kāi)啟某些家用電器，如洗碗機，工廠(chǎng)可以啟動(dòng)在任何時(shí)間段都可以進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程。在電能需求的高峰期，它可以關(guān)閉一些非必要的用電器來(lái)降低需求。其他的智能電網(wǎng)發(fā)展方向包括電網(wǎng)之故障偵測、判斷、自動(dòng)試送電等。智能電網(wǎng)之最基礎建設在于電網(wǎng)上的設備由人工在地監測，進(jìn)化到遙測、遙控，再進(jìn)化到自動(dòng)判斷調整控制。

現代化的電能網(wǎng)絡(luò )被許多政府認為是一種能夠有效減少能源依賴(lài)，減緩全球溫室效應的措施。智能計量作為智能電網(wǎng)的一部分，但它本身本不能稱(chēng)為一個(gè)智能電網(wǎng)。在美國奧巴馬總統宣布振興經(jīng)濟方案之中納入智能電網(wǎng)計劃后，已經(jīng)引起世界各國的重視。

智能電網(wǎng) - 概念提出

智能電網(wǎng)概念的發(fā)展有3個(gè)里程碑：

第一個(gè)就是2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，其在中國發(fā)布了《建設智能電網(wǎng)創(chuàng )新運營(yíng)管理-中國電力發(fā)展的新思路》白皮書(shū)，解決方案主要包括以下幾個(gè)方面：一是通過(guò)傳感器連接資產(chǎn)和設備提高數字化程度;二是數據的整合體系和數據的收集體系;三是進(jìn)行分析的能力，即依據已經(jīng)掌握的數據進(jìn)行相關(guān)分析，以?xún)?yōu)化運行和管理。該方案提供了一個(gè)大的框架，通過(guò)對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個(gè)環(huán)節的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個(gè)藍圖。是IBM一個(gè)市場(chǎng)推廣策略。

第二個(gè)是奧巴馬上任后提出的能源計劃，除了以公布的計劃，美國還將著(zhù)重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網(wǎng)系統進(jìn)行升級換代，建立美國橫跨四個(gè)時(shí)區的統一電網(wǎng);發(fā)展智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，最大限度發(fā)揮美國國家電網(wǎng)的價(jià)值和效率，將逐步實(shí)現美國太陽(yáng)能、風(fēng)能、地熱能的統一入網(wǎng)管理;全面推進(jìn)分布式能源管理，創(chuàng )造世界上最高的能源使用效率。美國政府的智能電網(wǎng)有三個(gè)目的，一個(gè)是由于美國電網(wǎng)設備比較落后，急需進(jìn)行更新改造，提高電網(wǎng)運營(yíng)的可靠性;二是通過(guò)智能電網(wǎng)建設將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三個(gè)是中國能源專(zhuān)家武建東提出的“互動(dòng)電網(wǎng)”。“互動(dòng)電網(wǎng)”是指在創(chuàng )建開(kāi)放的系統和建立共享的信息模式的基礎上，以智能電網(wǎng)技術(shù)為基礎，通過(guò)電子終端將用戶(hù)之間、用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)和即時(shí)連接，實(shí)現數據讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的總體效果，實(shí)現電力、電訊、電視、遠程家電控制和電池集成充電等的多用途開(kāi)發(fā)。它可以整合系統中的數據，優(yōu)化電網(wǎng)的管理，將電網(wǎng)提升為互動(dòng)運轉的全新模式，形成電網(wǎng)全新的服務(wù)功能，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性、可用性和綜合效率?；?dòng)電網(wǎng)具備可靠、自愈、經(jīng)濟、兼容、集成和安全等特點(diǎn)，主要解決三個(gè)問(wèn)題，一是以信息技術(shù)改造和提升現有的能源體系，特別提高集能源大成的傳統電網(wǎng)體系的能源效率;二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的創(chuàng )新能源利用體系;三是要建造消費者和生產(chǎn)者互動(dòng)的精巧、智慧和專(zhuān)家服務(wù)化的能源運轉體系。[1]

智能電網(wǎng) - 發(fā)展歷程

智能電網(wǎng)

2005年，坎貝爾發(fā)明了一種技術(shù)，利用的是(Swarm群體行為)原理，讓大樓里的電器互相協(xié)調，減少大樓在用電高峰期的用電量?？藏悹柊l(fā)明了一種無(wú)線(xiàn)控制器，與大樓的各個(gè)電器相連，并實(shí)現有效控制。比如，一臺空調運轉15分鐘，以把室內溫度維持在24℃;而另外兩臺空調可能會(huì )在保證室內溫度的前提下，停運15分鐘。這樣，在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下，整個(gè)大樓的節能目標便可以實(shí)現。這個(gè)技術(shù)賦予電器于智能，提高能源的利用效率。

2006年歐盟理事會(huì )的能源綠皮書(shū)《歐洲可持續的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable，Competitive and SecureEnergy)強調智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。這時(shí)候的智能電網(wǎng)應該是指輸配電過(guò)程中的自動(dòng)化技術(shù)。

2006年中期，一家名叫“網(wǎng)點(diǎn)“(GridPoint)的公司最近開(kāi)始出售一種可用于監測家用電路耗電量的電子產(chǎn)品，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)調整家用電器的用電量。這個(gè)電子產(chǎn)品具有了一部分交互能夠，可以看作智能電網(wǎng)中的一個(gè)基礎設施。

2006年，美國IBM公司曾與全球電力專(zhuān)業(yè)研究機構、電力企業(yè)合作開(kāi)發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統的“中樞神經(jīng)系統”，電力公司可以通過(guò)使用傳感器、計量表、數字控件和分析工具，自動(dòng)監控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復供電，消費者對電力使用的管理也可細化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。這個(gè)可以看作智能電網(wǎng)最完整的一個(gè)解決方案，標志著(zhù)智能電網(wǎng)概念的正式誕生。

2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并規劃了從2008年至 2030年的“三步走”戰略，即：在2010年初步建成電網(wǎng)高級調度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的數字化電網(wǎng)，2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。該項目的啟動(dòng)標志著(zhù)中國開(kāi)始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。

2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市，每戶(hù)家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀(guān)地了解當時(shí)的電價(jià)，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽(yáng)能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶(hù)的用電情況。一旦有問(wèn)題出現，可以重新配備電力。

2008年9月 Google與通用電氣聯(lián)合發(fā)表聲明對外宣布，他們正在共同開(kāi)發(fā)清潔能源業(yè)務(wù)，核心是為美國打造國家智能電網(wǎng)。

2009年1月25日美國白宮最新發(fā)布的《復蘇計劃尺度報告》宣布：將鋪設或更新3000英里輸電線(xiàn)路，并為4000萬(wàn)美國家庭安裝智能電表——美國行將推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)的整體革命。2月2日獨能源問(wèn)題專(zhuān)家武建東在《全面推互動(dòng)電網(wǎng)革命拉動(dòng)經(jīng)濟創(chuàng )新轉型》的文章中，明確提出中國電網(wǎng)亟須實(shí)施“互動(dòng)電網(wǎng)”革命性改造。

2009年2月4日，地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公用系統”，實(shí)現該國電網(wǎng)和供水系統數字化。IBM及其合作伙伴將會(huì )把馬耳他2萬(wàn)個(gè)普通電表替換成互動(dòng)式電表，這樣馬耳他的電廠(chǎng)就能實(shí)時(shí)監控用電，并制定不同的電價(jià)來(lái)獎勵節約用電的用戶(hù)。這個(gè)工程價(jià)值高達9100萬(wàn)美元(合7000萬(wàn)歐元)，其中包括在電網(wǎng)中建立一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )。這種傳感器網(wǎng)絡(luò )和輸電線(xiàn)、各發(fā)電站以及其他的基礎設施一起提供相關(guān)數據，讓電廠(chǎng)能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測到潛在問(wèn)題。IBM將會(huì )提供搜集分析數據的軟件，幫助電廠(chǎng)發(fā)現機會(huì )，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠(chǎng)的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已開(kāi)始測試名為谷歌電表vPowerMeterw的用電監測軟件。這是一個(gè)測試版在線(xiàn)儀表盤(pán)，相當于谷歌正在成為信息時(shí)代的公用基礎設施。

2009年2月28日，作為華北公司智能化電網(wǎng)建設的一部分——華北電網(wǎng)穩態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體安全防御及全過(guò)程發(fā)電控制系統在京通過(guò)專(zhuān)家組的驗收。這套系統首次將以往分散的能量管理系統、電網(wǎng)廣域動(dòng)態(tài)監測系統、在線(xiàn)穩定分析預警系統高度集成，調度人員無(wú)需在不同系統和平臺間頻繁切換，便可實(shí)現對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監視并獲取輔助決策支持。此外，該系統通過(guò)搭建并網(wǎng)電廠(chǎng)管理考核和輔助服務(wù)市場(chǎng)品質(zhì)分析平臺，能有效提升調度部門(mén)對并網(wǎng)電廠(chǎng)管理的標準化和流程化水平。

2009年3月3日，美國谷歌向美國議會(huì )進(jìn)言，要求在建設“智能電網(wǎng)(Smart Grid)”時(shí)采用非壟斷性標準。

智能電網(wǎng) - 研發(fā)目標

智能電網(wǎng)智能目標

智能電網(wǎng)的目標是實(shí)現電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全。