智能电网技术的现状与发展

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1、智能电网技术的现状与发展摘要：本文介绍了智能电网的概念，阐述了智能电网的内涵和特 点,总结了智能电网技术在国内外的研究现状与发展状况。关键词:智能电网 技术 特点 现状 发展随着经济的发展,电网负荷增长迅猛,造成能源消耗猛增,这给资 源环境保护带来巨大的挑战，世界各国对节能减排和可持续发展的呼 声越来越高,与此同时电力市场运行因素对电网运行的影响日益显现 以及各种灾害造成的影响越来越严重.这些都对电网安全稳定工作提 出了诸多新挑战，为此欧美国家率先提出了 “智能电网”并进行了相关 研究，引起了世界各国电力工业界的广泛关注，智能电网也逐渐成为现 代电网发展的新趋势和新潮流。什么是智能电网？首先可

2、以明确的是, 智能电网是“未来电网”的代名词。智能电网欧洲技术论坛认为,未来电 网应具有咼灵活性、咼可接入性、咼可靠性、咼经济性;而美国国家 能源技术实验室则认为，未来电网应更可靠、更坚强、更经济、更高 效、更为环境友好、更安全。智能电网涵盖了较多内容，简短的定义 不能使我们对其有一个清晰认识。应该说，智能电网不是一件事物，而 是一个愿景，一个必须从它的核心价值、主要特征、关键技术领域等 多方面来进行描述的愿景。1世界主要国家智能电网现状1.1美国美国已开始向部分家庭安装带有通讯功能的智能电表 (Smart Meter),目标是以家庭为单位，随时监测电力消费和管理，更加有效地实 现输电和供电。

3、为此，对企业及地方团体实施的100个项目给予财政 援助，计划2013年前在2600万个家庭安装智能电表,相当于2009年3 倍。奥巴马总统强调说，“现在是建设绿色能源高速公路的时代”。新能 源产业有望创造43000个就业岗位，环保产业将成为拉动未来美国经 济的重要支柱之一。1.2日本东京电力和関西电力等电力公司开始投资构建第二代智能电网 (Smart Grid),目标除在所有家庭安装智能电表(Smart Meter)外,还计划 加强送变电设施及蓄电装置建设。2020年前相关电力设施投资预计 超过1万亿日元。智能电表作为第二代智能电网的核心设备，主要测量每个家庭电 力消费情况及随时掌握太阳能发电

4、量等信息。东京电力2010年起主 要面向家庭安装2千万部。関西电力2010年3月底前在40万个家庭 安装，并计划更换1200万部。预计2020年前日本智能电表需求量约5 千万部，每部成本近2万日元，共计约1万亿日元。日本智能电网与欧美不同，主要特征是积极地利用家庭进行太阳 能发电。太阳能发电长期目标是2020年发电2800万千瓦，相当于现 在20倍;2030年发电5300万千瓦，相当于现在30倍。为此，需要增设 电压调整装置和变压器，预计2030年前追加投资6千亿日元。1.3欧洲英国目标是2020年在全国所有2600万个家庭安装智能电表，此 项工作主要通过电力公司完成。并且已正式进行了适应风力

5、发电等可 再生能源的智能电表等相关实验。法国2009年秋天也发布了将再生能源纳入智能电网的计划，并开 始征集相关企业参与。德国制定了“EEnergy，计划,总投资1亿4千万欧元,2009年至 2012年4年时间内,在全国6个地点进行智能电网实证实验。同时还 进行风力发电和电动汽车实证实验，并对互联网管理电力消费进行检 测。德国西门子、SAP及瑞士 ABB等大企业均参与了这一计划。西 门子公司预测2014年智能电网年度市场规模将达300亿欧元，并计划 抢占20%市场份额，每年确保60亿欧元订单。1.4中国在世界各国进行智能电网建设的同时，我国也在积极推进智能电 网的发展,2009年5月21日，在

6、2009特高压输电技术国际会议上，国家 电网发布了“坚强智能电网的研究成果。国家电网提出了“一特四大 的电网发展战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和 800千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路冷促进大煤电、 大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发,在全国范围内 实现资源优化配置。同时，将以特高压电网为骨干网架、各级电网协 调发展的坚强电网为基础，将先进的传感测量技术、信息技术、通信 技术、计算机技术、自动控制技术和原有的输、配电基础设施咼度集 成而形成的新型电网，它具有可充分满足用户对电力的需求和优化资 源配置、提高电力供应的安全性、可靠性和经济性、减小对环境

7、的影 响、保证电能质量和减少电网的电能损耗等多个优点实现对用户可 靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。随着国家电网、南方电网制定了智能电网的标准体系,2011年智 能电网进入正式建设阶段,意味着2011年将成为智能电网产业大发展 的元年。据行业分析师预计2009至2020年我国智能电网投资将达到 4.3万亿元，年均3583亿元。2智能电网的特点尽管各国根据自身的国情对智能电网建设有着不同的重点和目 标，但是智能电网建设的驱动都是基于市场、安全、电能质量和环境 因素，其特征可归结为:自愈、兼容、交互、协调、高效、优质、集成、 绿色。2.1自愈在电力供应中，智能电网是“自愈电网”，具备强大的

8、“免疫功能”,是 智能电网的一个突出特征，最大限度地保证供电质量。自愈电网”进行 连续不断的在线自我评估以预测电网可能出现的问题,发现已经存在 的或潜在的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。自愈电网”确保了 电网的可靠性、安全性、电能质量和效率,能够最大限度地确保企业、 个人用户的用电安全。2.2兼容支持风电和太阳能发电等可再生能源的正确、合理的接人，适应 分布式发电和微电网的并网运行，做到“即插即用”，可以容纳包含集中 式发电在内的多种不同类型电源甚至是储能装置，满足用户多样化的 电力需求。2.3交互智能电网是“交互式电网”，能实现电力公司与用户的双向交流，以 达到电力供给的相互适应。在智能

9、电网中，用户将根据其电力需求和 电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费。同时需求响应计划 将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电 力需求的能力使电力公司尽量减少开支，通过降低线损,实现更大的环 境效益。在智能电网中,通知用户其电力消费的成本、实时电价、电 网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也 可以根据这些信息制定自己的电力使用的方案。2.4协调与批发电力市场甚至是零售电力市场实现无缝衔接，有效的市场 设计可以提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平，电力系统管 理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。2.5高效引人最先进的信息和监控技术。优化设

10、备和资源的使用效益，可 以提高单个资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的优化，降 低其运行维护成本和投资。2.6优质在数字化、高科技占主导的经济模式下，电力用户的电能质量能 够得到有效保障,实现电能质量的差别定价。2.7集成实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模 型，实现标准化、规范化和精细化管理2.8绿色智能电网可将边远地区的清洁能源源源不断地输送到负荷中心， 为用户提供更多的绿色能源，用户还可以利用太阳能、风能开发分布 式清洁能源，作为家庭用电补充形式，同时可将多余能源向电网输送， 未来困扰我国的“各地区能源供需不平衡”问题将得到较大程度缓解， 使清洁能源在能源消费中的比重

11、进一步提高，有效减少温室气体排 放。3智能电网的关键技术3.1先进的发电与储能技术从能源的角度来看,在电力生产中，发、输、配、用四个阶段实际 上完成的是能源转化、传输和使用的过程，在这过程中，排量最大，同时 也是最具减排潜力的无疑是发电环节。这也是智能电网非常强调风电 水电等多种分布式新能源接入的原因。分布式能源(DER)包括分布式 发电和分布式储能,其中分布式发电技术包括:风力发电技术、太阳能 光伏发电技术、燃料电池发电技术、潮汐能发电技术、生物质能发 电技术、地热发电技术等;分布式储能装置包括机械蓄能(包括抽水蓄 能技术、飞轮蓄能技术、压缩空气蓄能等方式)、电磁蓄能、蓄电池 储能、超导储能

12、等。配电网中的DER由于靠近负荷中心，降低了对电 网扩展的需要.并提高了供电可靠性，因此被广泛采用,特别是有助于 减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政府政策上的大力支 持下，得到了迅速增长。在我国以风能、太阳能发电的主要发展方式 是在沙漠、戈壁滩等偏远地区大容量集中开发,但其在地理位置上分 布不均匀,易受天气影响，而且具有波动性和间歇性的特点，会对可靠 供电造成冲击，当地电网无法适应可再生能源集中开发和利用，这就需 要解决风能、太阳能等可再生能源大规模开发的间歇性、不确定性问 题,保证电力的大规模接入和远距离送，这将是接入各种可再生能源电 源和分布式能源电源面临的一大挑战。3.2能够降

13、低损耗的输配电技术(1) 特高压输电技术。特高压输电技术是指在500kV及750kV交流和500kV直流之上 采用更高一级电压等级的输电技术，包括交流特高压输电技术和直流 特高压输电技术。国外研究特高压输电技术已有将近四十年的历史, 其目的仍然是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及 实现远距离的电力系统互连，建成联合电力系统。(2) 高温超导输电技术。超导特性是指部分道题在某一特定温度下电阻为零的特性。1986 年以前，超导技术在电力系统的应用一直处于设想和实验阶段。直到 1986年,IBM实验室科学家发现一转变温度高于30K的多合金超导材 料，随后美国、中国科学家相继发现转变温

14、度高于90K的超导体，开始 了液氮温区超导体时代，由于液氮价格相对较低,这使得超导体有实验 室走向了应用阶段。随着临界温度高于77K的高温超导材料的卡法 及低温冷却技术的迅速发展，高温超导体电缆已成为超导电缆发展的 主流。与常规电缆相比,高温超导体损耗少,污染小，占用走廊宽度低等 优点，有着广阔的发展前景。3.3先进的电力电子技术随着电力电子技术的不断发展和电力系统运行要求的不断提高， 电力电子在电力系统发、输、配、用等各个环节都得到了广泛的应用。 现代电力系统应用的电力电子装置几乎全部使用了全控型大功率电 力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和DSP全 数字控制技术，包括可控硅

15、并联电抗器、多功能固态开关、智能电子 装置(IEDs)、静止同步补偿器(STATCOM).有源滤波器(APF)、动态 电压恢复器(DVR)、故障电流限制器(FCL)以及高乐直流输电(HVDC) 所用装置和配网用的柔性输电系统装置(如SVC和D-Statcom)等。3.4智能调度技术智能调度是智能电网建设中的重要环节，调度的智能化是对现有 调度控制中心功能的重大扩展，智能电网调度技术支持系统则是智能 调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源 优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效 调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。调度智能化的最终目标是建立一个基

16、于广域同步信息的网络保 护和紧急控制一体化的新理论与新技术,协调电力系统元件保护和控 制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系 统等具有多道安全防线的综合防御体系智能化调度的核心是在线实 时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防。3.5高级读表体系和需求侧管理智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多 种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用 电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将 电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的 可靠性和能源利用效率。所以电网的智能化首先需要电力供应机构精 确得知用户的用电规律，从而对需求和供应有一个更好的平衡。因此 目前国外推动智能电网建设，一般以构建高级量测体系为切人点。高级读表体系由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计 量数据管理系