智能電網(wǎng)

必須更加可靠

智能電網(wǎng)不管用戶(hù)在何時(shí)何地，都能提供可靠的電力供應。它對電網(wǎng)可能出現的問(wèn)題提出充分的告警，并能忍受大多數的電網(wǎng)擾動(dòng)而不會(huì )斷電。它在用戶(hù)受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施，以使電網(wǎng)用戶(hù)免受供電中斷的影響。

必須更加安全

智能電網(wǎng)能夠經(jīng)受物理的和網(wǎng)絡(luò )的攻擊而不會(huì )出現大面積停電或者不會(huì )付出高昂的恢復費用。它更不容易受到自然災害的影響。智能電網(wǎng)必須更加經(jīng)濟—智能電網(wǎng)運行在供求平衡的基本規律之下，價(jià)格公平且供應充足。智能電網(wǎng)必須更加高效—智能電網(wǎng)利用投資，控制成本，減少電力輸送和分配的損耗，電力生產(chǎn)和資產(chǎn)利用更加高效。通過(guò)控制潮流的方法，以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。

必須更加環(huán)境友好

智能電網(wǎng)通過(guò)在發(fā)電、輸電、配電、儲能和消費過(guò)程中的創(chuàng )新來(lái)減少對環(huán)境的影響。進(jìn)一步擴大可再生能源的接入。在可能的情況下，在未來(lái)的設計中，智能電網(wǎng)的資產(chǎn)將占用更少的土地，減少對景觀(guān)的實(shí)際影響。智能電網(wǎng)必須是使用安全的—智能電網(wǎng)必須不能傷害到公眾或電網(wǎng)工人，也就是對電力的使用必須是安全的。[1][2]

智能電網(wǎng) - 學(xué)術(shù)研究

研究者已經(jīng)進(jìn)行了大量的關(guān)于智能電網(wǎng)的研究。根據Xi Fang等研究者的最新的智能電網(wǎng)研究調研報告(Smart Grid - The New and Improved Power Grid: A Survey)，研究工作主要圍繞下面三個(gè)子系統進(jìn)行——基礎結構子系統，管理子系統和保護子系統。

基礎結構子系統

基礎結構子系統是一個(gè)位于智能電網(wǎng)底層，結合能量，信息和通信的基礎設施架構。該子系統支撐著(zhù)以下功能的實(shí)現：1)先進(jìn)的電力產(chǎn)生，傳輸和消耗;2)先進(jìn)的信息記錄，監控和管理;和3)先進(jìn)的通信技術(shù)。從傳統的電力系統向智能電網(wǎng)轉化的過(guò)程中，我們將升級傳統的物理結構的架構到一個(gè)數字信息為基礎的架構。這種需求和改變向電力產(chǎn)業(yè)提出了一個(gè)巨大的挑戰。

管理子系統

管理子系統提供先進(jìn)的管理和控制服務(wù)。目前的研究主要集中于提高能量有效性，需求曲線(xiàn)，盈利和污染排放。常用的控制技術(shù)包括優(yōu)化，機器學(xué)習和博弈論。未來(lái)，越來(lái)越多的基于智能電網(wǎng)先進(jìn)基礎架構的新服務(wù)和應用將會(huì )出現，并且這些服務(wù)將最終改變用戶(hù)的生活方式。

保護子系統

保護子系統提供先進(jìn)的電網(wǎng)可靠性分析，錯誤保護，安全和隱私保護服務(wù)。但是我們必須注意到先進(jìn)復雜的基礎結構一方面允許我們實(shí)現更先進(jìn)的機制抵御惡意攻擊和處理錯誤，另一方面也可能導致很多新的系統漏洞。例如美國國家標準與技術(shù)研究院指出智能電網(wǎng)一個(gè)主要的有點(diǎn)(也就是能夠通過(guò)智能電表得到更多用戶(hù)的數據)也將造成潛在的隱私問(wèn)題。這些數據能夠被惡意的第三方取得從而分析用戶(hù)的習慣，行為和活動(dòng)。

智能電網(wǎng) - 技術(shù)支持

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統是實(shí)現智能電網(wǎng)的基礎，沒(méi)有這樣的通信系統，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現，因為智能電網(wǎng)的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統的支持，因此建立這樣的通信系統是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶(hù)，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò )—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò )，只有這樣才能實(shí)現智能電網(wǎng)的目標和主要特征。當這樣的通信系統建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

高速雙向通信系統的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續不斷地自我監測和校正，應用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現其最重要的特征—自愈特征。它還可以監測各種擾動(dòng)，進(jìn)行補償，重新分配潮流，避免事故的擴大。高速雙向通信系統使得各種不同的智能電子設備(IEDs)、智能表計、控制中心、電力電子控制器、保護系統以及用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化的通信，提高對電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。

智能電網(wǎng)

量測技術(shù)

參數量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數量測技術(shù)獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。

對于電力公司來(lái)說(shuō)，參數量測技術(shù)給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線(xiàn)路負荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟件系統將收集、儲存、分析和處理這些數據，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

設備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應用先進(jìn)的設備技術(shù)，極大地提高輸配電系統的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設備將充分應用在材料、超導、儲能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來(lái)智能電網(wǎng)將主要應用三個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導技術(shù)以及大容量?jì)δ芗夹g(shù)。通過(guò)采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來(lái)提高電能質(zhì)量。通過(guò)應用和改造各種各樣的先進(jìn)設備，如基于電力電子技術(shù)和新型導體技術(shù)的設備，來(lái)提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統中要引進(jìn)許多新的儲能設備和電源，同時(shí)要利用新的網(wǎng)絡(luò )結構，如微電網(wǎng)。

控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預測狀態(tài)并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶(hù)側的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監測基本的元件(參數量測技術(shù))，提供及時(shí)和適當的響應(集成通信技術(shù);先進(jìn)設備技術(shù))并且對任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

智能電網(wǎng)

未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預設的專(zhuān)家系統，在專(zhuān)家系統允許的范圍內，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執行的行動(dòng)將在秒一級水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。