淺析智能電網(wǎng)結構組成及成熟模型

靈活、互動(dòng)的電力市場(chǎng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的最終體現。雖然目前三網(wǎng)融合的動(dòng)靜很大，但是，不能小看相對專(zhuān)有和封閉的電網(wǎng)系統，它的覆蓋面，不亞于任何一家電信和廣電運營(yíng)商。

目前，智能電網(wǎng)建設已成為國家經(jīng)濟和能源政策的重要組成部分。中國電力行業(yè)面臨的挑戰是: 輸電網(wǎng)安全運行風(fēng)險嚴峻、配電網(wǎng)供電可靠性亟待提高、可再生能源的影響日趨顯著(zhù)、電網(wǎng)抗攻擊能力需要增強，以及電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理壓力加大。要建成成熟的智能電網(wǎng)，還有一段距離。

傳感器上的統一服務(wù)

智能電網(wǎng)通過(guò)傳感器把各種設備、資產(chǎn)連接到一起，形成一個(gè)客戶(hù)服務(wù)總線(xiàn)，對信息進(jìn)行整合分析，以此來(lái)降低成本，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性，使運行和管理達到最優(yōu)化。國網(wǎng)公司定義其為統一的堅強智能電網(wǎng)，即以統一規劃、統一標準、統一建設為原則，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的國家電網(wǎng)?！敖y一”是前提，“堅強”是基礎，“智能”是關(guān)鍵。

智能電網(wǎng)成熟模型

只有形成堅強的網(wǎng)絡(luò )結構，才能充分發(fā)揮智能電網(wǎng)的功能和作用。

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)可用以下幾個(gè)詞來(lái)概括: 自愈、互動(dòng)、優(yōu)化、兼容、集成。其關(guān)鍵技術(shù)包括發(fā)電技術(shù)、輸配電技術(shù)和售用電技術(shù)。發(fā)電技術(shù)部分，目前有可再生能源發(fā)電技術(shù)，如太陽(yáng)能、風(fēng)電、地熱、潮汐和生物質(zhì); 還有分布式發(fā)電和儲能技術(shù)。除傳統的供電服務(wù)業(yè)務(wù)外，智能電網(wǎng)也為電力企業(yè)拓展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，為以服務(wù)創(chuàng )新帶動(dòng)業(yè)務(wù)轉型提供了可能。依托智能電網(wǎng)基礎架構，電力企業(yè)可在向用戶(hù)提供供電服務(wù)的同時(shí)，開(kāi)發(fā)出多種基于網(wǎng)絡(luò )的增值服務(wù)。

不過(guò)，我國在智能電網(wǎng)建設方面還存在一些問(wèn)題: 比如缺乏對用戶(hù)負荷信息的及時(shí)跟蹤; 配網(wǎng)自動(dòng)化建設仍需進(jìn)一步加強; 配電設備陳舊落后。另外，政府層面對智能電網(wǎng)的支持力度尚不明確，到目前為止，對智能電網(wǎng)所需關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行的研究還只是企業(yè)行為，國家并沒(méi)有給予政策扶持，也沒(méi)有從國家層面制定智能電網(wǎng)的發(fā)展戰略。

從發(fā)電到用電全過(guò)程智能

發(fā)電

發(fā)電環(huán)節的發(fā)展目標是: 以“一特四大”發(fā)展戰略為導向，引導電源集約化發(fā)展，協(xié)調推進(jìn)大煤電、大水電、大核電和大可再生能源基地的開(kāi)發(fā); 強化機網(wǎng)協(xié)調，提高電力系統安全運行水平; 實(shí)施節能發(fā)電調度，提高常規電源的利用效率; 優(yōu)化電源結構和電網(wǎng)結構，促進(jìn)大規模風(fēng)電、光伏等新能源的科學(xué)合理利用。

相應的重點(diǎn)工程是建設風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究中心和太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)研究中心，加強抽水儲能重點(diǎn)工程和大容量?jì)δ苁痉豆こ探ㄔO。還需開(kāi)展鈉硫電池、超導儲能裝置集成技術(shù)和成套技術(shù)的研究及試點(diǎn)工作，加快儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，開(kāi)展兆瓦級和10兆瓦級儲能系統在可再生能源柔性接入電網(wǎng)中的示范應用。

輸電

線(xiàn)路環(huán)節的技術(shù)路線(xiàn)是全面掌握特高壓交直流輸電技術(shù)，形成特高壓建設標準體系，加快特高壓和各級電網(wǎng)建設; 開(kāi)展分析評估診斷與決策技術(shù)研究，實(shí)現輸電線(xiàn)路狀態(tài)評估的智能化; 建立輸電線(xiàn)路建設與運行的一體化信息平臺，加快線(xiàn)路狀態(tài)檢修、全壽命周期管理和智能防災技術(shù)研究應用; 加強靈活的交流輸電技術(shù)研究。

重點(diǎn)工程是特高壓后續交直流工程和跨區聯(lián)網(wǎng)建設，同時(shí)開(kāi)展特高壓可控電抗器等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)并示范應用。這一過(guò)程中，需要全面實(shí)施線(xiàn)路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理，實(shí)現基于航測和衛星定位等線(xiàn)路數字化、可視化設計。為了使壽命周期性能和指標達到最優(yōu)，還需建立線(xiàn)路綜合防災和安全保障信息共享機制和技術(shù)平臺，實(shí)現對線(xiàn)路影響較大的自然災害信息的監測、分析、預報，提高線(xiàn)路綜合防災和安全變電保障能力。

變電

變電環(huán)節的重點(diǎn)是制定智能變電站及裝備標準規范; 同時(shí)需建設智能電網(wǎng)全景信息采集系統，開(kāi)展基礎信息統一建模技術(shù)研究，構建區域、廣域綜合測控保護體系，研究各類(lèi)電源及用戶(hù)的接入、退出、保護及隔離技術(shù)。

調度

調度環(huán)節以服務(wù)特高壓大電網(wǎng)安全運行為目標，開(kāi)發(fā)建設新一代智能調度技術(shù)支持系統，實(shí)現運行信息全景化、數據傳輸網(wǎng)絡(luò )化、安全評估動(dòng)態(tài)化、調度決策精細化、運行控制自動(dòng)化、機電協(xié)調最優(yōu)化，形成一體化的智能調度體系，確保電網(wǎng)運行的安全可靠、靈活協(xié)調、優(yōu)質(zhì)高效和經(jīng)濟環(huán)保。

智能電網(wǎng)的組成

為實(shí)現這一目標，我們需關(guān)注以下三項重點(diǎn)工程:

1. 智能調度技術(shù)支持系統的建設。省級以上的一體化智能調度體系可提高調度信息化、數字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化水平。

2. 新能源接入和調控能力建設。實(shí)現大容量風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源運行信息的采集、監視和預測，實(shí)現間歇性能源與常規電源的協(xié)調運行，保障大容量新能源的有效接納。

3. 電力通信網(wǎng)絡(luò )和調度數據網(wǎng)建設。覆蓋各省網(wǎng)的五大自愈傳輸環(huán)網(wǎng)將得到重點(diǎn)建設，從而完善調度數據網(wǎng)絡(luò )雙平面。通信信息平臺的重點(diǎn)工程是國家電網(wǎng)資源計劃系統（SG-ERP）。

智能電網(wǎng)的四個(gè)層面

電網(wǎng)層面

擁有強大自愈和抗外界干擾的能力是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎。系統對全網(wǎng)運行狀態(tài)實(shí)時(shí)監測，利用監測數據進(jìn)行連續的自分析、自診斷，及時(shí)發(fā)現電網(wǎng)故障隱患，并用自動(dòng)控制手段將故障消滅在萌芽狀態(tài)。這樣的電網(wǎng)能及時(shí)監測到溫度變化、電源接入等外界因素，從而采取智能手段積極應對。此外，面對冰雪、地震等極端自然災害，電網(wǎng)應具有較高的抗攻擊能力; 在系統發(fā)生停電后，電網(wǎng)能夠快速反應，迅速、有序地恢復供電，最大程度降低停電影響。

一體化電網(wǎng)特點(diǎn)是全國實(shí)現廣域的跨區交直流輸配電一體化，讓能量、數據、資金“三流”合一，達成電網(wǎng)與環(huán)境的自然相處。這就要求深入系統研究一體化電網(wǎng)的安全理論和分析方法，構建電網(wǎng)輸電配電的智能調度平臺以及構思電網(wǎng)一體化的虛擬運營(yíng)平臺。

環(huán)保層面

清潔、環(huán)保的能源結構是智能電網(wǎng)發(fā)展的內在要求。電網(wǎng)能夠兼容集中式發(fā)電和分布式發(fā)電模式，支持風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)電以及電網(wǎng)儲能設備的接入，并通過(guò)合理完備的體制進(jìn)行管理，實(shí)現微電網(wǎng)與特高壓電網(wǎng)之間的相互補充和支援。

分布式發(fā)電（特別是太陽(yáng)能）技術(shù)及其接入系統的研究包括分布式發(fā)電技術(shù)本身、接入后對系統的影響等方面。

管理層面

集團化、高效率的管理是智能電網(wǎng)發(fā)展的保障。統一的規范和平臺有助于實(shí)現電網(wǎng)信息的整合，使電力生產(chǎn)和企業(yè)管理具備更加細致、高效的標準和流程，以及完善的考核評估體系。此外，管理者應合理把握工程項目建設規模和建設時(shí)序，提高電網(wǎng)建設的投資效益，實(shí)現電網(wǎng)的科學(xué)發(fā)展，有效地降低運維成本。

市場(chǎng)層面

靈活、互動(dòng)的電力市場(chǎng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的最終體現。為此，需為電力市場(chǎng)的實(shí)施提供開(kāi)放的平臺，支持電力交易的開(kāi)展，并提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在開(kāi)放的系統和共享的信息模式的基礎上，用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間才能形成網(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。用戶(hù)根據需要自主選擇最優(yōu)的供電方案，電力企業(yè)通過(guò)電價(jià)等方式，鼓勵用戶(hù)參與電網(wǎng)調節。最終希望能實(shí)現電力、電信、電視、遠程家電控制和電池集成充電等的多用途開(kāi)發(fā)。如何更好地市場(chǎng)化？我們的研究方向包括以下這些內容:

● 智能電表及其規范體系;

● 基于智能電表的高級計量管理體系;

● 動(dòng)態(tài)電價(jià)研究;

● 用戶(hù)管理與服務(wù)技術(shù)支持平臺和雙向互動(dòng)平臺;

● 智能電網(wǎng)示范小區;

● 逐步開(kāi)展基于智能電網(wǎng)等附加服務(wù)研究;

● 用戶(hù)友好理論體系，用戶(hù)友好型電網(wǎng)的特點(diǎn)是有效利用各種清潔能源和用戶(hù)參與互動(dòng)的“人、器、網(wǎng)”;

● 智能營(yíng)銷(xiāo)高層軟件。

總之，智能電網(wǎng)雖然已經(jīng)稱(chēng)得上先進(jìn)，也被許多人視為物聯(lián)網(wǎng)的典型性應用，但它離真正的理想狀態(tài)還有一定差距，不能固步自封！

延伸閱讀一：國外電網(wǎng)發(fā)展狀況

在電網(wǎng)發(fā)展基礎方面，發(fā)達國家的電力需求趨于飽和，電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，網(wǎng)架結構穩定、成熟，具備較為充裕的輸配電供應能力。

美國的電網(wǎng)基礎架構技術(shù)陳舊、存在穩定性問(wèn)題; 電力市場(chǎng)電網(wǎng)瓶頸影響市場(chǎng)效率; 電網(wǎng)安全方面著(zhù)重在抓防止大停電和恐怖襲擊。電力行業(yè)從業(yè)人員年齡結構老化。美國主要是對陳舊老化的電力設施進(jìn)行更新改造或依靠技術(shù)手段提高利用效率，關(guān)注電力網(wǎng)絡(luò )基礎架構的升級更新，同時(shí)最大限度地利用信息技術(shù)，實(shí)現系統智能對人工的替代。

歐洲各國家間電網(wǎng)互聯(lián)存在問(wèn)題，而且不同國家的運行模式不同，因此歐洲國家關(guān)注可再生能源和分布式能源的發(fā)展，并帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展模式的轉變，進(jìn)而滿(mǎn)足風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等可再生能源快速發(fā)展的需要。

延伸閱讀二：三問(wèn)智能電網(wǎng)

問(wèn)題一: 如何確保中國特大互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩定運行？

答: 智能傳感器和PMU等量測裝置可以加強對特高壓電網(wǎng)的監測; 高級仿真工具能夠提供預防性的分析、風(fēng)險評估和決策支持，以應對特高壓、三華聯(lián)網(wǎng)等復雜的運行環(huán)境。另外，智能控制設備有助于解決大電網(wǎng)的穩定問(wèn)題。

問(wèn)題二: 在電網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年外延式發(fā)展的巨大資產(chǎn)規模下，如何提高投資效率、運行效率和經(jīng)營(yíng)效率，實(shí)現向集約化和精益化的發(fā)展方式轉變？

答: 基于大規模傳感器部署的狀態(tài)監測可以給生產(chǎn)和運行人員提供更多的信息幫助優(yōu)化生產(chǎn)和運行方式，降低成本; 輸電動(dòng)態(tài)限額等技術(shù)能夠提高對電網(wǎng)資產(chǎn)的優(yōu)化利用; 通過(guò)提高資產(chǎn)的利用效率，延長(cháng)資產(chǎn)壽命，降低投資成本。

問(wèn)題三: 作為關(guān)系中國國家能源安全與國民經(jīng)濟命脈的全球最大的公用事業(yè)企業(yè)，如何更好地服務(wù)客戶(hù)、服務(wù)社會(huì )、履行社會(huì )責任？

答: 可再生能源的分析技術(shù)能夠減少隨機性對調度計劃的影響，從而推動(dòng)可再生能源發(fā)展; 電力企業(yè)可以提供創(chuàng )新型的能源服務(wù)產(chǎn)品，在創(chuàng )造社會(huì )效益的同時(shí)，也有助于提升電力企業(yè)的社會(huì )形象和提升企業(yè)社會(huì )責任感。

聯(lián)聯(lián)看

胡錦濤主席進(jìn)一步明確物聯(lián)網(wǎng)建設的具體內容

6月7日，中國科學(xué)院第十五次院士大會(huì )、中國工程院第十次院士大會(huì )在北京人民大會(huì )堂隆重開(kāi)幕。中共中央總書(shū)記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤出席會(huì )議并發(fā)表重要講話(huà)。其中關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的部分如下: “要積極發(fā)展智能寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、先進(jìn)傳感和顯示、先進(jìn)可靠軟件技術(shù)，建設由傳感網(wǎng)絡(luò )、通信設施、網(wǎng)絡(luò )超算、智能軟件構成的智能基礎設施，按照可靠、低成本信息化的要求，構建泛在的信息網(wǎng)絡(luò )體系，使基于數據和知識的產(chǎn)業(yè)成為重要新興支柱產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)國民經(jīng)濟和社會(huì )信息化?！?/P>

胡錦濤還談到,應大力發(fā)展信息網(wǎng)絡(luò )科學(xué)技術(shù)。要抓住新一代信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的機遇，創(chuàng )新信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，發(fā)展和普及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。同時(shí)應重視網(wǎng)絡(luò )計算和信息存儲技術(shù)開(kāi)發(fā)，加快相關(guān)基礎設施建設，積極研發(fā)和建設新一代互聯(lián)網(wǎng)，改變我國信息資源行業(yè)分隔、核心技術(shù)受制于人的局面，促進(jìn)信息共享，保障信息安全。

中國物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組在北京成立

6月8日，中國物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組在北京成立，以推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和標準的制定。聯(lián)合工作組由全國11個(gè)部門(mén)及下屬的工業(yè)和信息化部電子標簽標準工作組、全國信標委傳感器網(wǎng)絡(luò )標準工作組、全國智標委等19家相關(guān)標準化組織自愿聯(lián)合組成。聯(lián)合工作組在成立倡議書(shū)中表示，要傾全國之力，聯(lián)合推進(jìn)中國的物聯(lián)網(wǎng)標準體系建設。

目前在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，國內已成立或正在籌備成立的相關(guān)標準工作組僅專(zhuān)注于各自的技術(shù)領(lǐng)域，但標準制定過(guò)程各自獨立進(jìn)行，相互之間缺乏溝通和協(xié)調。倡議書(shū)明確指出，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展尚處初創(chuàng )階段，無(wú)論國標的自主制定，還是核心技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化以及規?；瘧檬痉抖歼€處于起步階段。標準的缺失與核心技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)配套能力弱仍是制約我國物聯(lián)網(wǎng)大規模應用的一個(gè)問(wèn)題。

工業(yè)和信息化部電子標簽標準工作組組長(cháng)張琪擔任聯(lián)合工作組的組長(cháng)，負責協(xié)調各標準組的工作。張琪表示，物聯(lián)網(wǎng)標準工作涉及方方面面，需要在原有工作的基礎上整合相關(guān)資源，進(jìn)行跨部門(mén)、跨地區合作，加強協(xié)調，聯(lián)合推進(jìn)。張琪最后表示，在物聯(lián)網(wǎng)標準聯(lián)合工作組內，沒(méi)有領(lǐng)導與被領(lǐng)導之分，各成員工作組間需要相互支持、相互配合，同時(shí)歡迎更多相關(guān)組織以觀(guān)察員的身份參與聯(lián)合工作組工作。