智能電網(wǎng)綜述一、智能電網(wǎng)的核心內涵和技術(shù)框架

0 引 言

電力系統是人類(lèi)迄今為止制造的最復雜、最龐大的系統，是20世紀人類(lèi)所取得的最輝煌的工程技術(shù)成就之一。但是，進(jìn)入21世紀以來(lái)，隨著(zhù)電力系統的不斷老化，線(xiàn)路擴容困難，系統運行效率降低，節能減排等環(huán)保壓力增大，人們對供電可靠性和電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，大容量的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電接入電力系統的要求日益增強，特別是大面積停電的災變事故頻發(fā)，使傳統電力系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足現在信息社會(huì )發(fā)展的需求。與此同時(shí)，通信技術(shù)、計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和傳感技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，為電網(wǎng)的現代化提供了技術(shù)手段。以美國為首的發(fā)達國家提出了“電網(wǎng)現代化”的號召，從而在全世界范圍內掀起了一股研究“智能電網(wǎng)”的熱潮。本系列文章將從智能電網(wǎng)的核心內涵和技術(shù)框架、國內外智能電網(wǎng)的發(fā)展戰略、智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用、智能電網(wǎng)的效益分析、和中國智能電網(wǎng)的發(fā)展路線(xiàn)圖等多個(gè)方面，試圖對智能電網(wǎng)做一個(gè)全景式的介紹。本文是該系列文章的第一篇，主要介紹智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動(dòng)力、智能電網(wǎng)與傳統電網(wǎng)的主要區別、智能電網(wǎng)的核心內涵、技術(shù)框架和實(shí)現順序。

1 智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動(dòng)力

2003年4月，在美國能源部的倡導和組織下，來(lái)自美國各大電力企業(yè)、設備制造商、通信技術(shù)提供商、政府部門(mén)、大學(xué)和國家實(shí)驗室的65位專(zhuān)家齊聚一堂，對電力工業(yè)的發(fā)展現狀進(jìn)行了深刻反思，對電力工業(yè)在第二個(gè)百年里的發(fā)展前景進(jìn)行了展望[1]。會(huì )議指出，北美電網(wǎng)效率低下、輸電擁堵、供電可靠性和電能質(zhì)量降低，特別是大面積停電等災難性事故增多，與美國在“21世紀的領(lǐng)導地位極不相稱(chēng)”。歷史的發(fā)展往往具有戲劇性，就在這次會(huì )議結束不到半年， 2003年8月14日北美電網(wǎng)發(fā)生了有史以來(lái)最嚴重的大面積停電事故，美國的8個(gè)州和加拿大的2個(gè)省5千萬(wàn)人受影響，損失負荷量61800MW，經(jīng)濟損失約300億美元。這次災難性事故進(jìn)一步驗證了會(huì )議所達成共識的正確性和智能電網(wǎng)建設的緊迫性。在政府部門(mén)和企業(yè)研發(fā)部門(mén)的共同努力下快馬加鞭，于2004年1月出臺了“國家電力傳輸技術(shù)路線(xiàn)圖計劃”[2]，提出“可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)向人們提供充足的、廉價(jià)的、清潔的、高效的和可靠的供電服務(wù)”，并提出了電力傳輸技術(shù)現代化的路線(xiàn)圖。

縱觀(guān)21世紀科技和經(jīng)濟的發(fā)展，智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展不是偶然的，它發(fā)展的內在動(dòng)力來(lái)源于以下幾個(gè)方面：

(1) 提高設備利用效率，減少輸電擁堵的需要：據統計，發(fā)電設備利用率90%以上、配電設備利用率75%以上的時(shí)間不足5%，大部分時(shí)間內設備容量得不到有效利用；而另一方面，隨著(zhù)電力市場(chǎng)的建設和競爭加劇，用電負荷的大幅增加與電源短缺、輸配電容量不足的矛盾日益突出，導致輸電阻塞。北美電網(wǎng)每年的輸電阻塞成本高達30億美元。