自愈電網(wǎng)與分布能源解析

智能電網(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題

摘要：抓住智能電網(wǎng)的主要方面，研究我國建設智能電網(wǎng)的實(shí)施策略。在闡述智能電網(wǎng)幾個(gè)主要特征的基 礎上。分析了國內外推動(dòng)智能電網(wǎng)的幾個(gè)主要因素，以及兩條異途同歸的研發(fā)路線(xiàn)，討論了當代電網(wǎng)研發(fā)多年 未果、智能電網(wǎng)尤需解決的事件啟動(dòng)快速仿真決策和控制系統協(xié)調自適應難點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能電表；節能減排；分布式發(fā)電；分布儲能；需求響應

智能電網(wǎng)的主要特征

智能電網(wǎng)全面覆蓋發(fā)電、輸電、配電、用電和 電力市場(chǎng)，含括一、二次系統，很難用一個(gè)簡(jiǎn)明的 統一定義來(lái)表述。但智能電網(wǎng)有別于常規電網(wǎng)的 幾個(gè)主要特征，已逐步形成共識。

1)自愈。電網(wǎng)故障時(shí)，事件啟動(dòng)快速仿真決 策來(lái)實(shí)現故障隔離，避免或縮小停電范圍。智能 電網(wǎng)在故障區內，通過(guò)由分布式發(fā)電、分布儲能和 需求響應(DR)資源組成的分布能源提供輔助服 務(wù)，而不是被動(dòng)地坐視“離線(xiàn)整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼 電保護和(或)穩定補救裝置自行發(fā)展。

2)供需互動(dòng)。智能電網(wǎng)通過(guò)供需關(guān)口、上下 雙向通信提供用電和市場(chǎng)信息，并與用戶(hù)住宅內 的室內網(wǎng)絡(luò )相連的智能電表，實(shí)現供需雙方互動(dòng)。 智能電網(wǎng)促使所有大、中、小用戶(hù)通過(guò)需求響應來(lái) 改變自己的用電方式、主動(dòng)參與電網(wǎng)管理和市場(chǎng) 競爭，并可獲取相應的經(jīng)濟利益，而不是象以前那 樣被動(dòng)地僅執行所定的電價(jià)。

3)推動(dòng)節能減排發(fā)展。為了應對能源和環(huán) 境的挑戰，配電領(lǐng)域的風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能等可 再生能源，相應的分布儲能和插入式電動(dòng)汽車(chē)等 都發(fā)展很快，電網(wǎng)結點(diǎn)和不定因素大幅度增加。 智能電網(wǎng)的研發(fā)，將節能減排積極地納入電網(wǎng)和 市場(chǎng)的監控管理中，而不是作為單向的負荷效應 和負荷控制處理。

4)協(xié)調與自適應控制。智能電網(wǎng)環(huán)境下，分 屬于發(fā)電、輸電、配電、用電各個(gè)環(huán)節，無(wú)論是正常 狀態(tài)下的高壓／低壓發(fā)電優(yōu)化、市場(chǎng)運作，還是緊 急狀態(tài)下的靈活分區網(wǎng)絡(luò )重構，都涉及到集中控 制系統(能源管理系統EMS／需求側管理DMS 等)的相互協(xié)調和分布控制系統(繼電保護／就地 無(wú)功補償／穩定補救裝置等)的自適應問(wèn)題，而不 僅是集中控制系統各司其職、分布控制系統“離線(xiàn) 整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”。

5)資產(chǎn)優(yōu)化管理。智能電網(wǎng)實(shí)現對電網(wǎng)資 產(chǎn)規劃、建設、運行維護等的全生命周期優(yōu)化管 理，并運用市場(chǎng)機制，通過(guò)供需互動(dòng)、推動(dòng)節能減 萬(wàn)方數據

2 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題 排等，提高發(fā)電效率、降低電網(wǎng)損耗，解決負荷率 不高、設備閑置等問(wèn)題，有效提高資產(chǎn)利用率，降 低運行成本，減少或推遲投資，而不是單純的設備 管理。 本文在描述智能電網(wǎng)主要特征的基礎上，就 智能電網(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行 分析和討論，試圖得出一些有益于我國研發(fā)智能 電網(wǎng)的啟示和借鑒。

2推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)的主要因素 當代，由于以下幾個(gè)主要因素的推動(dòng)，智能電 網(wǎng)的研發(fā)已不是一個(gè)需不需要的問(wèn)題，而是何時(shí) 研發(fā)、如何研發(fā)的問(wèn)題。

2．1 全球性環(huán)境和能源的挑戰LIJ 能耗和CO。排放導致全球氣候變暖，已是一 個(gè)不爭的事實(shí)?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》提出 的最終目標是：“將大氣中溫室氣體的濃度，穩定 在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上”。

1)等效C0。的排放，主要來(lái)自發(fā)電廠(chǎng)、交通、 工業(yè)、商業(yè)和住戶(hù)。其中發(fā)電廠(chǎng)和交通的等效 Co。排放所占比例最大，且因國情而異，如美國 發(fā)電廠(chǎng)和交通的等效CO。排放所占比例均為 33％。這也是風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能等可再生能源 和插入式電動(dòng)汽車(chē)得以重視發(fā)展的一個(gè)重要 原因。

2)能源方面。根據預測2050年全球能源消 耗將翻3倍，這除了導致發(fā)電燃料價(jià)格的上漲外 還將迫使電價(jià)上揚。因此，各國更加重視、直至立 法來(lái)推動(dòng)各種可再生能源的發(fā)展。如美國加州領(lǐng) 先要求可在生能源的比例，從當前的2％提高到 2010年的20％、2020年達33％的目標。目前，插 入式電動(dòng)汽車(chē)的大規模采用尚有待時(shí)日，但據美 國太平洋西北國家實(shí)驗室研究，美國現有的發(fā)、 輸、配電系統如每天24 h得到優(yōu)化使用，可足夠 支持插入式電動(dòng)汽車(chē)替代高達73％的燃油汽車(chē)， 減少52％的石油進(jìn)口量。 可見(jiàn)，全球性環(huán)境和能源的挑戰，推動(dòng)了智能 電網(wǎng)的研發(fā)，以解決含可再生能源在內的各種類(lèi) 型分布式發(fā)電以及插入式電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入電網(wǎng)和市 場(chǎng)后所引發(fā)的各種問(wèn)題。

2．2電網(wǎng)的安全、高效運行 據美國國家工程技術(shù)研究中心(NERC)對美 國1984～1997年(包括1996年“8．10”大停電)的 電網(wǎng)停電事故統計可知，美國每年影響1～10萬(wàn) 用戶(hù)的停電次數為5～10次，影響10～100萬(wàn)用 戶(hù)的停電次數為l～5次，影響100～1000萬(wàn)用戶(hù) 的停電次數為0．1～1次。其中，40％的大停電是 由級聯(lián)事件演變而成[2]。當代電網(wǎng)的安全控制 中，緊急狀態(tài)下的緊急控制主要由“離線(xiàn)整定、實(shí) 時(shí)動(dòng)作”的繼電保護和(或)穩定補救裝置來(lái)實(shí)現。 這些自動(dòng)裝置除了不具備事態(tài)發(fā)展的評估能力 外，當離線(xiàn)模擬和在線(xiàn)實(shí)際出入較大時(shí)，還可能發(fā) 生諸如保護動(dòng)作過(guò)慢導致震蕩，或發(fā)生不必要的 解列等問(wèn)題。因此，必須通過(guò)加強正常狀態(tài)下動(dòng) 態(tài)安全評估的預防性控制，及時(shí)予以修正。 突出自愈功能的智能電網(wǎng)，能夠采用在線(xiàn)的 快速仿真、評估事態(tài)發(fā)展、決定是否隔離、如何分 區等。自愈功能除了能制止或縮小事態(tài)的擴大 外，并能夠在故障區內，通過(guò)分布能源提供的輔助 服務(wù)，至少保證用戶(hù)的基本用電。 智能電網(wǎng)主動(dòng)靈活分區實(shí)現故障隔離，具有 潛在的巨大效益。經(jīng)對WECC 179母線(xiàn)電網(wǎng)(發(fā) 電61 410 Mw、負荷60 785 MW)仿真驗算可知， 該電網(wǎng)某線(xiàn)路故障相繼越限跳閘，可能導致系統 崩潰。如告警后分為兩個(gè)區，其中1區供電 35 685 MW、無(wú)線(xiàn)路越限；2區卸負荷312 MW、 供電1 786 MW，總卸負荷率僅為0．51％。 傳統電網(wǎng)存在的另一個(gè)問(wèn)題是運行效率不 高。如美國，2001年的平均發(fā)電熱效率為33％、 輸電損失達9．5％、負荷率為55％，相當于45％ 的電力設備在非峰荷期間閑置未用。 智能電網(wǎng)除通過(guò)優(yōu)化運行和資產(chǎn)管理、提高 設備使用率、降低運行成本外，主要是推廣位置處 于負荷點(diǎn)、高效環(huán)保的可再生分布能源，支持諸如 插入式電動(dòng)汽車(chē)的儲能應用。此外，還采用高性 價(jià)比的新技術(shù)，如高溫超導、儲能、和電力電子技 術(shù)等，對傳統電網(wǎng)進(jìn)行改造或適應電網(wǎng)的發(fā)展。 其中，高溫超導(HTS)技術(shù)，可以通過(guò)狹窄通道 向遠方傳輸大量電力，而電網(wǎng)損耗及電壓降幾乎 為零。美國能源部與Southwire公司合作的 HTS示范工程，已于2000年2月在亞特蘭大投 入運行。

2．3供需互動(dòng)的需求響應雙向服務(wù)

傳統電網(wǎng)、特別是電力壟斷經(jīng)營(yíng)時(shí)期的發(fā)、 萬(wàn)方數據 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題3 輸、配、用電，是從上而下的單向供需關(guān)系。那些 由用戶(hù)控制啟停的自備電廠(chǎng)或量大面廣的可再生 能源發(fā)電的電源，都被視為是虛擬負荷，即使接入 配電系統，也不參與自動(dòng)發(fā)電控制，甚至在配電網(wǎng) 側安裝逆功率繼電器，正常時(shí)不向電網(wǎng)注入功率。 隨著(zhù)電網(wǎng)的發(fā)展，這些分布式發(fā)電直接或間接納 入需求側管理，在開(kāi)源節流、改善負荷曲線(xiàn)方面發(fā) 揮了積極作用，但單向的供需關(guān)系基本未變。 對電網(wǎng)而言，分布式發(fā)電的啟?？梢钥闯墒?虛擬負荷的減少和增加。同樣，負荷的減少和增 加也可等效于虛擬發(fā)電的增減。隨著(zhù)電力市場(chǎng)的 深入發(fā)展，負荷相當于是潛在功率產(chǎn)品的價(jià)值正 日益凸現。智能電網(wǎng)下需求側管理將向需求側競 價(jià)發(fā)展，單向的供需關(guān)系將形成雙向的供需互動(dòng)。 實(shí)際上，需求側競價(jià)(DSB)是需求側管理的 一種實(shí)施機制，它使用戶(hù)能夠通過(guò)改變自己的用 電方式主動(dòng)參與市場(chǎng)競爭，獲得相應的經(jīng)濟利益， 而不象以前那樣被動(dòng)地執行所定的電價(jià)。也可以 說(shuō)，DSM是長(cháng)期改變負荷特性的行為和機制，大 多是政府驅動(dòng)。而DSB是基于市場(chǎng)的短期負荷 響應行為和市場(chǎng)機制，主要由市場(chǎng)驅動(dòng)。 參與需求改變量的競爭，既可以競價(jià)增負荷， 也可以競價(jià)減負荷。但為了實(shí)現DSB產(chǎn)品的規 模效應，一般只有兆瓦級以上的大用戶(hù)、或是多個(gè) 同行企業(yè)通過(guò)集總代理才直接參與需求競價(jià)，小 用戶(hù)則是通過(guò)其供電商作為代理間接參與需求 競爭。 DSB產(chǎn)品的用途，除與發(fā)電商之間的雙邊合 同外，還包括各種形式的輔助服務(wù)(頻率控制、電 壓控制、備用和黑啟動(dòng))、參與可中斷供電合同或 峰谷電價(jià)計劃、在平衡市場(chǎng)中競價(jià)增減出力，以及 緩解輸配電阻塞等。值得注意的是，需求側響應 的瞬時(shí)性明顯優(yōu)于發(fā)電機，而其價(jià)格卻僅為新建 峰荷時(shí)發(fā)電廠(chǎng)的1／4～1／3。 可見(jiàn)，供需互動(dòng)的需求響應資源，通過(guò)雙向服 務(wù)，達到供需雙贏(yíng)，已成為推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)實(shí)施 的一個(gè)重要因素。但供需互動(dòng)的效益，必須以并 放供用電市場(chǎng)為前提。否則，供需關(guān)口、上下雙向 通信的智能電表將無(wú)用武之地。

2．4高性?xún)r(jià)比的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益

推動(dòng)智能電網(wǎng)研發(fā)實(shí)施的又一個(gè)重要因素， 是投入產(chǎn)出的高性?xún)r(jià)比，這也是智能電網(wǎng)所追求 的一個(gè)主要目標。智能電網(wǎng)的幾乎每個(gè)環(huán)節都具 有巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

1)據美國電科院EPRI估計，美國未來(lái)20 a 需投資1 650億美元的智能電網(wǎng)，實(shí)現后的綜合 效益可達6 280～8 020億美元。奧巴馬的顧問(wèn)在 一份科技投資對就業(yè)影響的報告中分析，投資 100億美元建設智能電網(wǎng)，可創(chuàng )造23．9萬(wàn)個(gè)就業(yè) 崗位。

2)據稱(chēng)，智能電網(wǎng)使美國電網(wǎng)的效率每提高 5％，相當于減少5 300萬(wàn)輛汽車(chē)的燃料消耗和 C02排放。

3)可再生能源發(fā)電方面。以美國加州2020 年要求可再生能源比例達33％為例，將減少11％ 的碳排放。

4)插入式電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。美國現有的發(fā)、 輸、配電系統，如可24 h優(yōu)化使用支持插入式汽 車(chē)的電動(dòng)用電，則可替代73％的燃油汽車(chē)，將減 少約24％的碳排放和52％的石油進(jìn)口。

5)輸電方面。美國計劃使用超導輸電技術(shù)， 跨越4個(gè)時(shí)區傳送電力。第一條高溫超導電纜， 已于2008年4月投入運行。與同樣直徑的銅導 線(xiàn)相比，其輸電能力提高150倍。

6)配電方面。美國和墨西哥的電力公司和 終端用戶(hù)，每年將安裝100多萬(wàn)臺配電變壓器，如 采用高效非晶質(zhì)鐵芯技術(shù)，每年可節約7．5億 kW•h，相當于減少46．5萬(wàn)t的C0：排放或將9 萬(wàn)輛汽車(chē)從公路上移去。

7)供需互動(dòng)支持的需求響應雙向服務(wù)，潛在 效益更大。如美國通過(guò)DR進(jìn)行調峰，可減少發(fā) 電47 000 MW，相當于每年減少1．06億t的C0z 排放。同時(shí)，用戶(hù)方面也可減少15％以上的高峰 負荷和10％以上的用電總需求。

8)需求響應資源輔助服務(wù)，效益十分顯著(zhù)。 如應對突然的頻率下降，除發(fā)電機提供功率支持 外，需求側也可響應頻率的變化。而且實(shí)踐表明， 需求側響應的瞬時(shí)性，明顯優(yōu)于發(fā)電機。英國的 電力市場(chǎng)，就有13個(gè)水泥制造企業(yè)通過(guò)集總代理 與輸電系統運行人員簽訂雙邊合同，減少最大瞬 時(shí)負荷達110 MW。此外，需求響應資源輔助服 務(wù)的性?xún)r(jià)比較高，也是其取得快速發(fā)展的另一個(gè) 重要原因。據美國B(niǎo)altimore煤氣電力公司BGE 實(shí)算，需求響應資源的價(jià)格為每千瓦i65美元，為 萬(wàn)方數據 4 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題 新建峰荷時(shí)發(fā)電廠(chǎng)的1／4～1／3。并預言今后若 干年內，需求響應資源將是保證供電可靠性性?xún)r(jià) 比最高的一個(gè)有力措施。

3智能電網(wǎng)的研發(fā)路線(xiàn)

智能電網(wǎng)研發(fā)的幾個(gè)特征和推動(dòng)因素，基本 上也是當代電網(wǎng)所尋求改進(jìn)的發(fā)展方向。其次， 智能電網(wǎng)的研發(fā)和實(shí)施與當代電網(wǎng)的改進(jìn)和發(fā) 展，同樣都必須依靠監管法規的推動(dòng)和市場(chǎng)機制 的激勵。此外．，智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當代電網(wǎng) 的改進(jìn)發(fā)展在發(fā)電、輸電、配電、用電之間也沒(méi)有 必然的先后順序聯(lián)系，甚至可以從供用電領(lǐng)域人 手，先行建設城市智能電網(wǎng)，如美國科羅拉多州的 Boulder，于2008年3月即建成為全美的第一個(gè) 智能電網(wǎng)城市。 因此，智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當代電網(wǎng)的改 進(jìn)發(fā)展，代表兩條異途同歸的研發(fā)路線(xiàn)。但由于 各國資源配置、監管決策取向、電力市場(chǎng)進(jìn)展以及 用戶(hù)認知程度不同，切入點(diǎn)、重點(diǎn)和先后順序必然 有所差異。

3．1國外智能電網(wǎng)的研發(fā) 國外智能電網(wǎng)的研發(fā)，比較有代表性的是歐 州的20／20／20計劃，和美國的Grid2030。

3．1．1歐洲的20／20／20計劃 2006年，歐州未來(lái)電網(wǎng)技術(shù)平臺咨詢(xún)理事會(huì ) 發(fā)布《智能電網(wǎng)——戰略規劃文件》，要求在2020 年前可再生能源增加20％、碳排放減少20％和能 源效率提高20％，故簡(jiǎn)稱(chēng)20／20／20計劃。為了 實(shí)現20／20／20目標，采取了優(yōu)化電網(wǎng)的基礎設 施、接入大量的斷續的發(fā)電設施、推廣信息與通信 技術(shù)、主動(dòng)的配電網(wǎng)絡(luò )、推廣和改善新型的電力市 場(chǎng)和提高用戶(hù)的用電效率等6項措施。

3．1．2美國的Grid2030 Grid2030是一個(gè)完全自動(dòng)化的發(fā)、輸、配、用 電網(wǎng)絡(luò )，它監控每一個(gè)用戶(hù)和電網(wǎng)結點(diǎn)，保證電力 和信息在所有結點(diǎn)的雙向流動(dòng)。美國的 Grid2030是美國能源部于2003年7月所發(fā)布。 緊接著(zhù)發(fā)生了震驚全球的“8．14”美國、加拿大大 停電，Grid2030隨即納入美國EPRI發(fā)起、突出自 愈功能的智能電網(wǎng)研發(fā)。2009年，奧巴馬政權將 智能電網(wǎng)改造列入美國經(jīng)濟復蘇計劃，更加引發(fā) 對智能電網(wǎng)的廣泛關(guān)注。 Grid2030具有三層結構。

1)上層的全國電網(wǎng)骨架，通過(guò)低阻超導電纜 和變壓器組成的輸電走廊，與包括加拿大和墨西 哥的區域互聯(lián)網(wǎng)相連。

2)中層區域電網(wǎng)內，長(cháng)距離輸電由升級的交 流或擴充的直流線(xiàn)路構成，并大量應用先進(jìn)的儲 能設備以解決由于氣候或其他原因所造成的供需 失衡。

3)基層的地方配電網(wǎng)、小型網(wǎng)和微電網(wǎng)，通 過(guò)區域網(wǎng)與國家電網(wǎng)骨架網(wǎng)相連，可從任何地方 的發(fā)電商購買(mǎi)電源，而向用戶(hù)提供服務(wù)。用戶(hù)可 以根據需要挑選電力供應，包括電價(jià)，環(huán)境的影 響，可靠性和電能質(zhì)量。用戶(hù)的分布式電源也可 與區域網(wǎng)相連，參與市場(chǎng)交易和競爭。 突出自愈功能的Intel|iGrid【4]，進(jìn)一步將智 能電網(wǎng)的結構概括為市場(chǎng)、輸電、配電、高壓發(fā)電、 分布能源(包括分布式發(fā)電、分布儲能和需求響應 資源)、用戶(hù)服務(wù)、IT服務(wù)等7個(gè)領(lǐng)域，當前共列 出400多項應用功能(今后隨技術(shù)進(jìn)步和最佳實(shí)踐 可能有所增減)，被稱(chēng)為是走向下一代電力系統的 交通圖。 2009年1月25日，美國白宮發(fā)布《復蘇計劃 尺度報告》，宣布將鋪設3 000 mile輸電線(xiàn)路，為 全國近1／3的4 000萬(wàn)家庭安裝智能電表。此外， 還將集中對落后的電網(wǎng)系統進(jìn)行更新?lián)Q代，建立 跨越4個(gè)時(shí)區的統一電網(wǎng)，實(shí)現太陽(yáng)能、風(fēng)能、地 熱能的統一入網(wǎng)管理。

3．2我國向智能電網(wǎng)的發(fā)展

我國雖然尚未制定智能電網(wǎng)的研發(fā)具體實(shí)施 規劃，但已根據國情開(kāi)展有關(guān)基礎工作，向智能電 網(wǎng)方向發(fā)展。

1)2007年9月4日，國家發(fā)改委發(fā)布的《可 再生能源中長(cháng)期計劃》，制定了可再生能源發(fā)展目 標為2010年可再生能源所占比例為10％、2020 年達15％。2007年8月，國務(wù)院發(fā)改委、環(huán)?？?局、電監會(huì )和能源辦頒發(fā)的《節能發(fā)電調度辦法 (試行)》明確規定：“優(yōu)先調度可再生發(fā)電資源，按 機組能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次 調用化石類(lèi)發(fā)電資源，最大限度地減少能源、資源 消耗和污染物排放”。輸、配、用電領(lǐng)域大力推動(dòng) 節能降耗，如制定電器能效標準、綜合線(xiàn)損率要求 2010年降至6．3％等。 萬(wàn)方數據 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題5

2)新技術(shù)的研發(fā)與應用方面，基于電力電子 的靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)研制和裝備已達到 國際領(lǐng)先水平。此外，根據我國資源配置的特點(diǎn)， 正在推廣高效低排的煤氣化聯(lián)合循環(huán)(ICA2C)發(fā)電 技術(shù)和加強高溫超導輸電技術(shù)的研發(fā)。煙臺300 ～400 MW和華能250 MW IGcC示范工程均將于 2010年建成。輸電領(lǐng)域，清華大學(xué)研究的鉍系高 溫超導，已在北京英納超導技術(shù)公司投入生產(chǎn)。

3)供需互動(dòng)方面，正在結合拉動(dòng)內需，積極 籌建包括智能電表在內的新一代電力用戶(hù)信息系 統，用以支持電力市場(chǎng)的發(fā)展，并計及智能電網(wǎng)的 研發(fā)和實(shí)施。

4)國家電網(wǎng)公司現已建成并推廣的SGl86 一體化企業(yè)級信息平臺，包括安全生產(chǎn)、項目管 理、物資管理、財務(wù)資金、營(yíng)銷(xiāo)管理、協(xié)同辦公和人 力資源8大應用，以及信息安全防護、標準制度、 評價(jià)考核等6項保障體系。SGl86與新一代電力 用戶(hù)信息系統相結合，將為智能電網(wǎng)的信息化奠 定良好基礎。

5)對節能減排和配電市場(chǎng)影響較大的插入 式電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展較快。2008年12月15•日，世界 第一款續航里程達100 km以上、時(shí)間上領(lǐng)先國 外2～3 a的比亞迪F3DM雙模電動(dòng)汽車(chē)在深圳 上市，2010年可望進(jìn)入北美市場(chǎng)。

4研發(fā)智能電網(wǎng)的某些難點(diǎn)問(wèn)題

可以說(shuō)，實(shí)現智能電網(wǎng)的幾個(gè)主要特征，同時(shí) 也包含了智能電網(wǎng)研發(fā)的若干難點(diǎn)。本文僅就當 代電網(wǎng)研發(fā)多年未果、智能電網(wǎng)尤需解決的兩個(gè) 難點(diǎn)問(wèn)題加以分析討論。

4．1事件啟動(dòng)的快速仿真決策 電網(wǎng)是一個(gè)快速反應的聯(lián)動(dòng)系統，為了評估 事件可能引發(fā)的聯(lián)動(dòng)效應，需及時(shí)提供決策支持， 但電網(wǎng)長(cháng)期存在精確模型計算時(shí)間過(guò)長(cháng)、簡(jiǎn)化模 型精度不夠的難題。因此，事件啟動(dòng)的快速仿真 成為當前的一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 實(shí)現快速仿真的預測方法具有兩個(gè)研發(fā)方 向，一是靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)特性相結合的分析計算， 二是基于信號分析的實(shí)時(shí)直接測量推算。不管是 模型分析計算或是信號分析推算，都對量測信號 精度、數據交換速度和分析計算方法提出較高要 求。許多研究課題，如模型分析應能實(shí)現并行計 算、信號分析要求PMU的精度達到0．001 Hz等。 諸多研發(fā)項目中，美國OSIsoft公司提供快 速仿真決策的集成系統模型(ISM)[5]和實(shí)時(shí)性能 管理(RtPM)，值得注意。 ISM是將現有自動(dòng)化系統、數據和算法集成， 對分析決策提供基礎或對上百萬(wàn)個(gè)對象進(jìn)行實(shí)時(shí) 管理。ISM比常規的矩陣算法快上近百倍，并可對 現有安全監控和數據采集系統(SCADA)、地理信 息系統(GIS)的量測誤差予以修正。ISM現在已經(jīng) 在美國得到推廣應用，如應用在Detroit Edison三 百萬(wàn)個(gè)元件、3125個(gè)回路、500 MW分布式發(fā)電的 配電系統，為實(shí)現低壓和過(guò)載的監視控制而對分布 式發(fā)電水平進(jìn)行分析計算。Ameren用以解決實(shí)時(shí) 網(wǎng)絡(luò )重構和負荷轉移時(shí)的運行問(wèn)題，包括50個(gè)配 電回路和變電站的變壓器峰荷期過(guò)熱等。 電力系統的各種故障和擾動(dòng)信息中，蘊涵有 各種特征信息。通過(guò)快速傅立葉變換／'b波變換， 可以獲取任意時(shí)段內這些涉及時(shí)、頻兩域的有關(guān) 數據。特征信息和經(jīng)典控制論的結合，即可對電 力系統的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和趨勢預測。 2005年10月12日，美國OSIsoft公司的PMU 實(shí)時(shí)性能管理，在幾百公里外預測出洛杉磯隨后 發(fā)生的大停電。

4．2協(xié)調和自適應控制 智能電網(wǎng)本身是一個(gè)分布式的自適應系統， 但精確反映其工況的集中控制系統(EMS／DMS 等)不分布、而“離線(xiàn)整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的分布控制 系統(繼電保護／就地無(wú)功補償／穩定補救裝置等) 不能自適應。發(fā)電、輸電、配電、用電一體化的智 能電網(wǎng)，集中控制系統之間的協(xié)調和分布控制系 統的自適應尤為重要，因而成為當前的又一個(gè)研 發(fā)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 由于協(xié)調自適應控制突破靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)數 據相結合的精確解，必須與知識工程的智能解相 結合，當前大多采用Multi-Agent多智能主體技 術(shù)。面向Agent(A0)是繼面向過(guò)程和面向對象 (oO)之后，新一代的軟件系統工程技術(shù)。 Agent有主動(dòng)的對象之稱(chēng)，知識工程界均將 其意譯為主體或智能主體，而不是概念易于混淆 的“代理”。Agent是將知識和使用它的一組操作 或過(guò)程封裝在一起得到的一個(gè)實(shí)體，具有結構和 屬性，并可通過(guò)消息互相通信。Agent特有的自 萬(wàn)方數據 6 王明?。褐悄茈娋W(wǎng)的推動(dòng)因素、研發(fā)路線(xiàn)和難點(diǎn)問(wèn)題 治性和主動(dòng)性，可獨立地完成其目標而不需要外 界的指令或感知環(huán)境變化時(shí)通過(guò)規劃實(shí)現其目 標。因此，單個(gè)的Agent擁有解決問(wèn)題的不完全 的信息或能力，沒(méi)有系統全局控制。但可通過(guò)相 關(guān)Agent間的協(xié)調和協(xié)作組成Multi-Agent系 統，來(lái)解決復雜的全局性問(wèn)題。 諸多研發(fā)項目中，美國國防部牽頭、EPRI和 華盛頓大學(xué)等單位參與，投資3 000萬(wàn)美元，歷時(shí) 5 a完成的電力基礎設施戰略防護系統(SPID)最 具代表性[6]。SPID的3層Multi-Agent結構圖 如圖1所示。該系統采用面向Agent(AO)技術(shù) 的3層Multi—Agent結構：①底層為反應層(包括 發(fā)電、保護)；②中層為協(xié)作層(包括事件／警報過(guò) 濾、模型更新、故障隔離、頻率穩定、命令翻譯)；③ 高層為認知層(事件預測、脆弱性評估、隱藏故障 監視、網(wǎng)絡(luò )重構、恢復、規劃、通信)。其主要功能 有脆弱性評估(電力和通信系統的快速在線(xiàn)評 估)，故障分析(隱藏故障監視)，自愈戰略(自適應 卸負荷、發(fā)電、解列和保護)，信息和傳感(衛星、因 特網(wǎng)、通信系統監視和控制)等。用以防護來(lái)自自 然災害、人為錯誤、電力市場(chǎng)競爭、信息和通信系 統故障、蓄意破壞等對電力設施的威脅。 感知動(dòng)作 (內部知識) 其他Agent (外部知識) (按程序動(dòng)作) 圖1 SPID的3層Multi-Agent結構圖 圖1中無(wú)

通信能力的反應式Agent，相當于 傳統上“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼電保護、穩定補 救和無(wú)功補償裝置，根據程序安排自主作出反應， 而無(wú)須外部指令控制。但保護定值或穩定補救方 案的設定和修改只能離線(xiàn)進(jìn)行。 加上具有通信能力的協(xié)作層后，當事件響應 的快速仿真決策需對有關(guān)保護定值或穩定補救方 案進(jìn)行修改和調整時(shí)，就可依靠外部知識協(xié)作，對 反應參數或程序進(jìn)行修改和調整，以提高裝置的 適應性水平。這種通過(guò)不斷修改系統控制參數來(lái) 改進(jìn)系統執行能力的感知型學(xué)習，不涉及與具體 任務(wù)有關(guān)的知識，但對外部知識依賴(lài)性強，在通信 中斷的情況下難于達到自適應的水平。如進(jìn)一步 加上具有與具體任務(wù)有關(guān)的內部知識組成認知式 Agent，即使通信中斷或情況緊急來(lái)不及協(xié)調時(shí)， 也可根據內部積累的知識作出自適應反應，充分 體現Agent的自主性。 Multi—Agent的智能主體理念，除可用于各 個(gè)集中控制系統之間的分布協(xié)調控制外，還將在 智能電網(wǎng)量大面廣的分布智能控制中得到應用。

5 結語(yǔ)

1)迎接全球性的環(huán)境和能源挑戰，電網(wǎng)安全 高效運行的壓力，供需互動(dòng)的需求響應雙向服務(wù)， 以及高性?xún)r(jià)比的巨大經(jīng)濟和社會(huì )效益，推動(dòng)了智 能電網(wǎng)的研發(fā)和實(shí)施。

2)智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí)施和當代電網(wǎng)的改進(jìn) 發(fā)展，代表兩條異途同歸的研發(fā)路線(xiàn)。但由于各 國資源配置、監管決策取向、電力市場(chǎng)進(jìn)展以及用 戶(hù)認知程度不同，切人點(diǎn)、重點(diǎn)和先后順序必然有 所差異。

3)智能電網(wǎng)研發(fā)的諸多難點(diǎn)中，自愈功能中 的快速仿真決策和網(wǎng)絡(luò )重構時(shí)控制系統的協(xié)調自 適應，是當代電網(wǎng)研發(fā)多年未果、智能電網(wǎng)尤需解 決的兩個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

4)本文所分析討論的智能電網(wǎng)理念、技術(shù)發(fā) 展和國外建設實(shí)踐，對我國電網(wǎng)通過(guò)改進(jìn)和發(fā)展 走向智能電網(wǎng)或是進(jìn)一步制定智能電網(wǎng)的研發(fā)實(shí) 施規劃，都有啟示和借鑒作用。