電能是人類使用最普遍、最直接的能源形式，電網為人類社會各種生產、生活活動提供動力。隨著全球對節(jié)能減排需求的日益凸顯以及人們對電能的依賴性不斷提高，更加可靠、安全、經濟、高效和環(huán)境友好的智能電網就應時而生。

　　一 智能電網的起源與發(fā)展

　　進入21世紀，特別是近幾年來隨著全球節(jié)能減排的需求日益增長，新能源新技術的應用得到大力推廣，美國、歐洲、日本、中國等相繼啟動了名為“智能電網”的電網建設升級計劃，在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等環(huán)節(jié)應用大量的信息感知、數據交互、反饋控制等新技術，最終實現用電優(yōu)化配置和節(jié)能減排。

　?。彪娏ο到y和電力網絡概覽
　　電力系統式有發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產與消費系統。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置轉化成電能，再經過輸電、變電和配電過程將電能供應到各用戶。

　　而電力網絡則定義為電力系統中除發(fā)電設備和用電設備以外的部分，主要包括輸電、變電和配電三個環(huán)節(jié)。它把分布在廣闊地域內的發(fā)電廠和用電戶連成一體，吧集中生產的電能送到分散用電的千家萬戶。具體就結構而言，電力網絡主要由電力線路、變電所和換流站組成。按功能則可分為輸電線路、區(qū)域電網、聯路線和配電網路。

　　電力系統和電力網絡的出現，使電能得到了廣泛的應用，推動了社會生產各個領域的變革，開創(chuàng)了電力新時代。電能的應用不僅深刻地影響著社會生產的各個方面，也越來越廣泛地滲透到日常生活的各個層面。電力系統的發(fā)展程度和技術水準已經成為各國經濟發(fā)展水平的重要標志。

　?。仓悄茈娋W簡介

　　1）智能電網的驅動因素

　　隨著經濟的日益發(fā)展，對電力的需求日益增強，人們對電力的依賴程度越來越高。但是，自20世紀誕生以來，電網就沒有發(fā)生太大的變化，以單向通信、輻射式拓撲網絡為主。然而隨著用電負荷的不斷增長，電力網絡的日漸復雜，美加大停電、歐洲大停電等電網安全事故頻頻出現，電網安全問題日漸突出，與用戶的交互以及網絡的智能化成為電力系統建設亟待解決的問題。特別是近年來，在全球氣候不斷惡化和國際金融危機的大背景下，世界各國均投入巨資發(fā)展各種新能源技術和節(jié)能技術，由于綠色能源來源分散且缺乏連續(xù)性，新技術的發(fā)展為電網建設提出了更高的要求，傳統電網已難以支撐現代社會的發(fā)展。由此，“智能電網”的概念孕育而生，世界各國紛紛出臺規(guī)劃政策以推動“智能電網”的建設工作。

　　2）智能電網的定義與特征

　　智能電網作為新興概念，行業(yè)對于其定義和標準尚未形成共識?？梢哉J為智能電網是對電網未來發(fā)展方向的精辟總結，是以先進的通信技術、傳感器技術、信息技術為基礎，以電網設備間的交互為手段，以實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全為目的的先進現代化電力系統。智能電網的核心內涵是實現電網的信息化、數字化、自動化和互動化。

　　智能電網是新技術在電網行業(yè)應用的產物，涉及通信、傳感器、信息等技術，這些技術是智能電網建設的基礎，也是智能電網能夠實現新應用的保證。智能電網的數據獲取、保護和控制都需要通信系統的支持，因此建立通信系統是邁向智能電網的第一步；通過傳感器可以對整個電網系統進行測量并傳輸數據，獲取實時數據，并提供各種信息交互；信息技術的發(fā)展是智能電網的直接推動力，通過信息技術能夠實現高級應用，并在合適的時機催生出新的應用模式。

　　具體而言，智能電網主要具備以下幾大主要特征，這些特征從功能上描述了電網的特性，而不是最終應用的具體技術，它們形成了智能電網完整的景象。

　　智能電網是自愈電網

　　“自愈”指的是把電網中有問題的元件從系統中隔離出來并在很少或不用人為干預的情況下可以使系統迅速恢復到正常運行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對用戶的供電服務。從本質上講，自愈就是智能電網的“免疫系統”，是智能電網的最重要特征。自愈電網進行連續(xù)不斷的在線自我評估以預測電網可能出現的問題，發(fā)現已存在的或正在發(fā)展的問題，并立即采取措施加以控制或糾正。自愈電網確保了電網的可靠性、安全性、電能質量和效率。

　　智能電網激勵和促進用戶交互

　　在智能電網中，用戶將是電力系統不可分割的一部分。鼓勵和促進用戶參與電力系統的運行和管理是智能電網的另一重要特征。從智能電網的角度來看，用戶的需求完全是另一種可管理的資源，它將有助于平衡供求關系，確保系統地可靠性；從用戶的角度來看，電力消費是一種經濟的選擇，通過參與電網的運行和管理，修正其使用和購買電力的方式，從而獲得實實在在的好處。

　　智能電網允許設備兼容

　　智能電網將安全、無縫地容許各種不同類型的發(fā)電和儲能系統接入系統，簡化聯網的過程，類似于“即插即用”，這一特征對電網提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。改進的互聯標準將使各種各樣的發(fā)電和儲能系統容易接入。從小到大各種不同容量的發(fā)電和儲能在所有的電壓等級上都可以互聯，包括分布式電源，如光伏發(fā)電、風電、先進的電池系統、即插式混合動力汽車和燃料電池。商業(yè)用戶安裝自己的發(fā)電設備和電力儲能設施將更容易和更加有利可圖。在智能電網中，大型集中式發(fā)電廠包括環(huán)境友好型電源，如風電和大型太陽能電廠和先進的核電廠將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。加強輸電系統的建設使這些大型電廠仍然能夠遠距離輸送電力。同時各種各樣的分布式電源的接入，一方面減少對外來能源的依賴，另一方面提高供電可靠性和電能質量，特別是對應戰(zhàn)爭和恐怖襲擊具有重要的意義。

　　智能電網抵御攻擊能力強

　　智能電網將展示被攻擊后快速恢復的能力，甚至是從那些決心堅定和裝備精良的攻擊者發(fā)起的攻擊。智能電網的設計和運行都將阻止攻擊，最大限度地降低其后果和快速恢復供電服務。智能電網也能同時承受對電力系統的幾個部分的攻擊和在一段時間內多重協調的攻擊。

　　智能電網可提供高質量電能

　　電能質量指標包括電壓偏移、頻率偏移、三相不平衡、諧波、閃變、電壓驟降和突升等。由于用電設備的數字化，對電能質量越來越敏感，電能質量問題可以導致生產線的停產，對社會經濟發(fā)展造成重大的損失，因此提供能滿足21世紀用戶需求的電能質量是智能電網的又一重要特征。但是電能質量問題不是電力公司一家的問題，因此需要制定新的電能質量標準，對電能質量進行分級，因為并非所有的商業(yè)企業(yè)用戶和居民用戶都需要相同的電能質量。電能質量的分級可以從“標準”到“優(yōu)質，取決于消費者的需求，它將在一個合理的價格水平上平衡負載的敏感度與供電的電能質量。智能電網將以不同的價格水平提供不同等級的電能質量，敏感度與供電的電能質量。智能電網將以不同的價格水平提供不同等級的電能質量，以滿足用戶對不公電能質量水平的需求。

　　智能電網優(yōu)化資產運行

　　智能電網優(yōu)化調整其電網資產的管理和運行以實現用最低的成本提供所期望的功能。這并不意味著資產將被連續(xù)不斷地用到其極限，而是有效地管理需要什么資產以及何時需要，每個資產將和所有其他資產進行很好的整合，以最大限度地發(fā)揮其功能，同時降低成本。智能電網將應用最新技術以優(yōu)化其資產的應用。

　　智能電網通過高速通信網絡實現對運行設備的在線狀態(tài)監(jiān)測，以獲取設備的運行狀態(tài)，再最恰當的時間給出需要維修設備的信號，實現設備的狀態(tài)檢修，同時使設備運行再最佳狀態(tài)。系統的控制裝置可以被調整道降低損耗和消除阻塞的狀態(tài)。通過對系統控制裝置的調整，選擇最小成本的能源輸送系統，提高運行的效率。最佳的容量、最佳的狀態(tài)和最佳的運行將大大降低電網運行的費用。此外，先進的信息技術將提供大量的數據和資料，并將其集成到現有的企業(yè)范圍的系統中，大大加強其能力，以優(yōu)化運行和維修過程。這些信息將為設計人員提供更好的工具，創(chuàng)造出最佳的設計來，為規(guī)劃人員提供所需的數據，從而提高其電網規(guī)劃的能力和水平。這樣，運行和維護費用以及電網建設投資將得到更為有效的管理。

　　3）智能電網中的二次設備

　　傳統電力系統的一次設備主要包括變壓器、開關、互感器等，二次設備則是指對一次設備進行監(jiān)察、測量、控制和保護的輔助設備。而在智能電網中，一次設備和二次設備的界限不再分明，一次設備將升級為智能電力設備，二次設備則轉變?yōu)橹悄芸刂茊卧?

　　具體而言智能電網中的二次設備主要包括智能電表、儲能電池、電動汽車充電柜、變壓器在線監(jiān)測裝置、智能調度系統、柔性輸電系統、配電自動化管理系統以及數字化變電站系統。

　?。持悄茈娋W的發(fā)展和前景

　　1）國際智能電網的最新應用進展

　　美國的智能電網主要在配網層，特別強調的是用電智能化，智能電表系統地構建是重中之重。美國的智能電網計劃叫做“Unified National Smart Grid”，譯為“統一智能電網”。通過該計劃將分散在美國國內各區(qū)域的電網結合形成全國性的網絡體系，實現風能、太陽能燈可再生能源電力的遠距離、大規(guī)模傳輸，實現美國跨州及全國范圍內可再生能源電力的遠距離、大規(guī)模傳輸，實現美國全國范圍的電力需求管理?！敖y一智能電網”具有眾多開放節(jié)點的拓撲結構，每個節(jié)點都是一個小型智能電網。該計劃也考慮了加拿大、墨西哥等地電力整合的需求。

　　2008年，美國科羅拉多州博爾德市已經建設形成了全美第一個智能電網城市。與此同時，美國十多個州也正在推行智能電網法制計劃。經濟危機后，美國進一步加快了智能電網得建設速度，在2009年1月美國總統奧巴馬發(fā)布的《經濟復興計劃進度報告》中宣布，美國講鋪設或更新3000英里輸電線路，并在未來三年內為美國家庭安裝4000萬個智能電表。2009年4月，奧巴馬政府宣布了一項約40億美元的用于開發(fā)新電力傳輸技術的計劃。此后，政府有進一步宣布想美國企業(yè)提供24億美元，用于制造混合動力車和車用電池。

　　歐洲則主要強調分布式能源的接入，包括新能源和儲能系統地使用，電力電子技術的發(fā)展是關鍵。歐洲智能電網計劃名為“Super Smart Grid”，譯為“超級智能電網”。該計劃利用瑞士等歐洲大陸國家的抽水儲能電站儲存太陽能和風能發(fā)電的電力，在更大范圍內平衡風電和太陽能發(fā)電，從而提升系統穩(wěn)定性并減少儲能需求?！俺壷悄茈娋W”將新建密集的高壓直流線路與目前已有的各國交流電網進行融合，講松散聯系的歐洲電力市場構建成歐洲統一的電力市場，實現北非與歐洲電網的互聯，提高電力系統地可靠性、減低電價。

　　目前，英國、法國、意大利等國家都在加快推動智能電網的應用和變革，意大利的局部電網在2001年已經率先實現了智能化。20096年初，歐盟圓桌會議進一步明確要依靠智能電網技術將北海和大西洋海上的風電、歐洲南部和非洲的太陽能融入歐洲電網，以實現可再生能源大規(guī)模集成的跳躍式發(fā)展。

　　其他國家也紛紛啟動智能電網相關研究和建設規(guī)劃。日本政府計劃在與電力公司協商后，于2010年開始進行大規(guī)模的構建智能電網試驗；韓國計劃再2011年前建立一個“智能電網”綜合試點項目，屆時能提高環(huán)保能源的能力；澳大利亞政府再最新的預算案中Ⅰ劃撥1億澳元用于智能電網建設。

　　2） 我國智能電網的發(fā)展

　　智能電網是最先進的通訊、IT、新能源、新材料、新設備等產業(yè)的集成，它將濃縮世界技術革命的精華于一身而直接為社會服務，開辟電力行業(yè)管理的新時代，推動電力基礎設施的革命性升級。再電源側，智能電網可以支持多樣化的電源，方便各類電網并入，實現可靠消納；在電網側，電網運行將實現可視化、數字化、智能化，電網企業(yè)的綜合業(yè)務水平能夠得到大幅提升，并實現有效集成，形成智能網絡；再用電側，用戶能夠與電網進行雙向通信，根據電網運行信息和用戶需求實時調整，提供高效優(yōu)質的服務。

　　由于國情和電網發(fā)展階段不同，我國發(fā)展智能電網的思路和重點與歐美等發(fā)達國家有所不同。歐美國家發(fā)展智能電網重在配電、用電環(huán)節(jié)以及電網的技術改造上。我們提出的堅強智能電網，突出強調了堅強網架與智能化的有機統一。其中，堅強網架是基礎，特高壓電網是堅強網架的核心，智能化是提高電網安全性、可控性、適應性和互動性的關鍵。這一理念正日益得到權威機構和電力領域專家的認可。我國正逐步成為世界智能電網理論和實踐的引領者。

　　中國的智能電網計劃覆蓋面則更為全面，是調度、發(fā)電、輸電、變電、配電、用電六大環(huán)節(jié)的整體升級。目前中國數字化電網建設可算作是智能電網的雛形，涵蓋了發(fā)電、跳讀、輸變電、配電和用戶等多個環(huán)節(jié)，主要組成部分包括信息化平臺、調度自動化系統、溫度控制系統、柔性交流輸電、變電站自動化系統、微機繼電保護、配網自動化系統以及用電管理采集系統等。

　　國家電網公司在2009年進一步提出了建設堅強智能電網的規(guī)劃，明確了在2020年全面建成智能電網的目標。依據規(guī)劃具體可分為三個發(fā)展階段。

　　第一階段：2009-2010年為規(guī)劃試點階段，重點開展堅強智能電網發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術和管理標準，開展關鍵技術研發(fā)、設備研制及各環(huán)節(jié)的試點工作，主要對特高壓與智能變電站進行試點。

　　第二階段：2011-2015年味全面建設階段，講加快特高壓電網和城鄉(xiāng)配電網建設，初步形成智能電網運行控制和互動服務體系，關鍵技術和裝備實現重大突破和廣泛應用。

　　第三階段：2016-2020年味引領提升階段，全面建設統一的堅強智能電網，技術和裝備全面達到國際先進水平，清潔能源裝機比例極大提高，分布式電源實現即插即用。

{$PAGE$}

　　4 建設智能電網對我國電網發(fā)展的意義

　　智能電網是我國電網發(fā)展的必然趨勢，它將譜寫電網建設的新篇章。其重要意義體現在以下方面： 

　?。?）具備強大的資源優(yōu)化配置能力。我國智能電網建成后，將形成結構堅強的受端電網和送端電網，電力承載能力顯著加強，形成“強交、強直”的特高壓輸電網絡，實現大水電、大煤電、大核電、大規(guī)模可再生能源的跨區(qū)域、遠距離、大容量、低損耗、高效率輸送，區(qū)域間電力交換能力明顯提升。 
　?。?）具備更高的安全穩(wěn)定運行水平。電網的安全穩(wěn)定性和供電可靠性將大幅提升，電網各級防線之間緊密協調，具備抵御突發(fā)性事件和嚴重故障的能力，能夠有效避免大范圍連鎖故障的發(fā)生，顯著提高供電可靠性，減少停電損失。 

　?。?）適應并促進清潔能源發(fā)展。電網將具備風電機組功率預測和動態(tài)建模、低電壓穿越和有功無功控制以及常規(guī)機組快速調節(jié)等控制機制，結合大容量儲能技術的推廣應用，對清潔能源并網的運行控制能力將顯著提升，使清潔能源成為更加經濟、高效、可靠的能源供給方式。 

　?。?）實現高度智能化的電網調度。全面建成橫向集成、縱向貫通的智能電網調度技術支持系統，實現電網在線智能分析、預警和決策，以及各類新型發(fā)輸電技術設備的高效調控和交直流混合電網的精益化控制。 

　?。?）滿足電動汽車等新型電力用戶的服務要求。將形成完善的電動汽車充放電配套基礎設施網，滿足電動汽車行業(yè)的發(fā)展需要，適應用戶需求，實現電動汽車與電網的高效互動。 

　?。?）實現電網資產高效利用和全壽命周期管理?？蓪崿F電網設施全壽命周期內的統籌管理。通過智能電網調度和需求側管理，電網資產利用小時數大幅提升，電網資產利用效率顯著提高。 

　?。?）實現電力用戶與電網之間的便捷互動。將形成智能用電互動平臺，完善需求側管理，為用戶提供優(yōu)質的電力服務。同時，電網可綜合利用分布式電源、智能電能表、分時電價政策以及電動汽車充放電機制，有效平衡電網負荷，降低負荷峰谷差，減少電網及電源建設成本。 

　　（8）實現電網管理信息化和精益化。將形成覆蓋電網各個環(huán)節(jié)的通信網絡體系，實現電網數據管理、信息運行維護綜合監(jiān)管、電網空間信息服務以及生產和調度應用集成等功能，全面實現電網管理的信息化和精益化。 

　?。?）發(fā)揮電網基礎設施的增值服務潛力。在提供電力的同時，服務國家“三網融合”戰(zhàn)略，為用戶提供社區(qū)廣告、網絡電視、語音等集成服務，為供水、熱力、燃氣等行業(yè)的信息化、互動化提供平臺支持，拓展及提升電網基礎設施增值服務的范圍和能力，有力推動智能城市的發(fā)展。 

　　（10）促進電網相關產業(yè)的快速發(fā)展。電力工業(yè)屬于資金密集型和技術密集型行業(yè)，具有投資大、產業(yè)鏈長等特點。建設智能電網，有利于促進裝備制造和通信信息等行業(yè)的技術升級，為我國占領世界電力裝備制造領域的制高點奠定基礎。

　　二 智能電網的主要技術

　　1 通信技術

　　建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現智能電網的基礎，沒有這樣的通信系統，任何智能電網的特征都無法實現，因為智能電網的數據獲取、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的第一步。同時通信系統要和電網一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯系的網絡—電網和通信網絡，只有這樣才能實現智能電網的目標和主要特征。下圖顯示了電網和通信網絡的關系。高速、雙向、實時、集成的通信系統使智能電網成為一個動態(tài)的、實時信息和電力交換互動的大型的基礎設施。當這樣的通信系統建成后，它可以提高電網的供電可靠性和資產的利用率，繁榮電力市場，抵御電網受到的攻擊，從而提高電網價值。 

　　高速雙向通信系統的建成，智能電網通過連續(xù)不斷地自我監(jiān)測和校正，應用先進的信息技術，實現其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測各種擾動，進行補償，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、保護系統以及用戶進行網絡化的通信，提高對電網的駕馭能力和優(yōu)質服務的水平。 

　　在這一技術領域主要有兩個方面的技術需要重點關注，其一就是開放的通信架構，它形成一個“即插即用”的環(huán)境，使電網元件之間能夠進行網絡化的通信；其二是統一的技術標準，它能使所有的傳感器、智能電子設備（IEDs）以及應用系統之間實現無縫的通信，也就是信息在所有這些設備和系統之間能夠得到完全的理解，實現設備和設備之間、設備和系統之間、系統和系統之間的互操作功能。這就需要電力公司、設備制造企業(yè)以及標準制定機構進行通力的合作，才能實現通信系統的互聯互通。

　　2 量測技術

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

　　未來的智能電網將取消所有的電磁表計及其讀取系統，取而代之的是可以使電力公司與用戶進行雙向通信的智能固態(tài)表計?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛媽⒂懈嗟墓δ埽丝梢杂嬃棵刻觳煌瑫r段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策。更高級的功能有用戶自行根據費率政策，編制時間表，自動控制用戶內部電力使用的策略。 

　　對于電力公司來說，參數量測技術給電力系統運行人員和規(guī)劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質量、相位關系（WAMS）、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線路負荷、關鍵元件的溫度、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)務所用。 

　　未來的數字保護將嵌入計算機代理程序，極大地提高可靠性。計算機代理程序是一個自治和交互的自適應的軟件模塊。廣域監(jiān)測系統、保護和控制方案將集成數字保護、先進的通信技術以及計算機代理程序。在這樣一個集成的分布式的保護系統中，保護元件能夠自適應地相互通信，這樣的靈活性和自適應能力將極大地提高可靠性，因為即使部分系統出現了故障，其他的帶有計算機代理程序的保護元件仍然能夠保護系統。

　　3 設備技術

　　智能電網要廣泛應用先進的設備技術，極大地提高輸配電系統的性能。未來的智能電網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量以及電力生產的效率。 

　　未來智能電網將主要應用三個方面的先進技術：電力電子技術、超導技術以及大容量儲能技術。通過采用新技術和在電網和負荷特性之間尋求最佳的平衡點來提高電能質量。通過應用和改造各種各樣的先進設備，如基于電力電子技術和新型導體技術的設備，來提高電網輸送容量和可靠性。配電系統中要引進許多新的儲能設備和電源，同時要利用新的網絡結構，如微電網。 

　　經濟的FACTS裝置將利用比現有半導體器件更能控制的低成本的電力半導體器件，使得這些先進的設備可以廣泛的推廣應用。分布式發(fā)電將被廣泛地應用，多臺機組間通過通信系統連接起來形成一個可調度的虛擬電廠。超導技術將用于短路電流限制器、儲能、低損耗的旋轉設備以及低損耗電纜中。先進的計量和通信技術將使得需求響應的應用成為可能。 

　　新型的儲能技術將被應用為分布式能源或大型的集中式電廠。大型發(fā)電廠和分布式電源都有其不同的特性，它們必須協調有機地結合，以優(yōu)化成本，提高效率和可靠性，減少環(huán)境影響。

　　4 控制技術

　　先進的控制技術是指智能電網中分析、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量擾動的裝置和算法。這些技術將提供對輸電、配電和用戶側的控制方法并且可以管理整個電網的有功和無功。從某種程度上說，先進控制技術緊密依靠并服務于其他四個關鍵技術領域，如先進控制技術監(jiān)測基本的元件（參數量測技術），提供及時和適當的響應（集成通信技術；先進設備技術）并且對任何事件進行快速的診斷（先進決策技術）。另外，先進控制技術支持市場報價技術以及提高資產的管理水平。 

　　未來先進控制技術的分析和診斷功能將引進預設的專家系統，在專家系統允許的范圍內，采取自動的控制行動。這樣所執(zhí)行的行動將在秒一級水平上，這一自愈電網的特性將極大地提高電網的可靠性。當然先進控制技術需要一個集成的高速通信系統以及對應的通信標準，以處理大量的數據。先進控制技術將支持分布式智能代理軟件、分析工具以及其它應用軟件。

　?。?）收集數據和監(jiān)測電網元件 

　　先進控制技術將使用智能傳感器、智能電子設備以及其他分析工具測量的系統和用戶參數以及電網元件的狀態(tài)情況，對整個系統的狀態(tài)進行評估，這些數據都是準實時數據，對掌握電網整體的運行狀況具有重要的意義，同時還要利用向量測量單元以及全球衛(wèi)星定位系統的時間信號，來實現電網早期的預警。 

　?。?）分析數據 

　　準實時數據以及強大的計算機處理能力為軟件分析工具提供了快速擴展和進步的能力。狀態(tài)估計和應急分析將在秒級而不是分鐘級水平上完成分析，這給先進控制技術和系統運行人員足夠的時間來響應緊急問題；專家系統將數據轉化成信息用于快速決策；負荷預測將應用這些準實時數據以及改進的天氣預報技術來準確預測負荷；概率風險分析將成為例行工作，確定電網在設備檢修期間、系統壓力較大期間以及不希望的供電中斷時的風險的水平；電網建模和仿真使運行人員認識準確的電網可能的場景。 

　?。?）診斷和解決問題 

　　由高速計算機處理的準實時數據使得專家診斷來確定現有的、正在發(fā)展的和潛在的問題的解決方案，并提交給系統運行人員進行判斷。 

　?。?）執(zhí)行自動控制的行動 

　　智能電網通過實時通信系統和高級分析技術的結合使得執(zhí)行問題檢測和響應的自動控制行動成為可能，它還可以降低已經存在問題的擴展，防止緊急問題的發(fā)生，修改系統設置、狀態(tài)和潮流以防止預測問題的發(fā)生。 

　?。?）為運行人員提供信息和選擇 

　　先進控制技術不僅給控制裝置提供動作信號，而且也為運行人員提供信息?？刂葡到y收集的大量數據不僅對自身有用，而且對系統運行人員也有很大的應用價值，而且這些數據輔助運行人員進行決策。

　　三 智能電網和物聯網

　　１　新能源發(fā)展與利用

　　20世紀70年代以來，鑒于礦物能源資源的有限性和全球環(huán)境壓力的增加，世界上許多國家都認識到了新能源與可再生能源的重要性。各國在政治、經濟和技術上紛紛采取行動，出臺了一系列的政策和措施，以加快新能源與可再生能源技術產業(yè)化、商業(yè)化的步伐，使其成為現實社會的一個重要的能源供應成分。特別是近年來，隨著人們對環(huán)境問題的關注，尤其是《聯合國氣候變化框架公約》的形成和最終生效，眾多國家已把開發(fā)和利用新能源視為國家戰(zhàn)略發(fā)展的重要一步。

　　中國國情決定了支撐經濟高速發(fā)展必須依靠新能源，而新能源只有超常規(guī)發(fā)展才能滿足要求。21世紀以來，中國經濟快速增長，但同時也導致了能源消耗的大幅增長，中國新增原油需求約占全世界新增需求的一半。發(fā)展新能源產業(yè)已經成為國家共識，國務院多次召開新興戰(zhàn)略性產業(yè)發(fā)展座談會，將新能源列為新興戰(zhàn)略產業(yè)政策的首位，為新能源產業(yè)發(fā)展帶來了巨大的市場機遇。而在全球金融危機的大背景下，發(fā)展新能源更成為刺激經濟，促進就業(yè)的有效手段。

　　目前各國的能源戰(zhàn)略主要反映了兩個明顯的政策導向：一是鼓勵開發(fā)利用替代石化能源的新能源；二是倡導節(jié)能降耗，致力于節(jié)能技術和節(jié)能產品的研發(fā)。

　　智能電網能夠將具備智能判斷與自適應能力的能源統一接入到網絡之中，并對其進行分布式管理。這正是物聯網概念在實際中的代表性應用。通過物聯網技術，可以對電網和用戶的信息進行實時監(jiān)控和采集，并可將已嵌入智能模塊的各供電、輸電和用電設備連接為一體，從而實現各設備的物理實體入網，通過智能化、信息化、網絡化的管理來實現能源替代以及對電能的最優(yōu)配置和利用。在智能電網時代，家庭太陽板、風電設備、電動汽車等設備均可接入網絡，利用網絡信息共享和最優(yōu)化計算，用戶可以將其富裕的電能通過電力網絡系統賣給電力系統中的其他用戶。

　　為盡快開展物聯網技術在電力系統應用的研發(fā)，目前中國國家電網信息通信有限公司從2009年9月起就開始全面部署物聯網技術的研發(fā)，組建了專門從事物聯網在電力系統應用的研發(fā)團隊，探討物聯網在智能電網中的應用?；谙冗M的通信技術、傳感技術和信息處理技術以實現電力網絡的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

{$PAGE$}

　?。病≥斪冸姳O(jiān)測與監(jiān)控

　　就輸變電檢修而言，長期以來我國電力系統對變壓器執(zhí)行定期檢修制度，即根據計劃的時間周期對設備進行監(jiān)測和維護，存在檢修過度和檢修不足的弊端。檢修過度會造成設備利用率下降，浪費人力、物力、財力；檢修不足會導致不能及時發(fā)現故障隱患。狀態(tài)檢修，即根據設備的運行狀態(tài)決定檢修時間，可以克服定期檢修方式下得局限性，能夠及時發(fā)現潛伏性故障，減低事故率；通過提高檢修的針對性，以提高設備使用率，減少停機時間和開停機次數，延長設備使用壽命。

　　為實現狀態(tài)檢修，要求實時地監(jiān)測設備運行狀態(tài)，在線監(jiān)測技術是物聯網在電網系統中的又一重要應用，它是狀態(tài)檢修的基礎。目前隨著在線監(jiān)測技術不斷發(fā)展和成熟，以及在線監(jiān)測技術近年來在我國電力系統地成功應用，狀態(tài)檢修替代定期檢修已被電力系統所接受和認同，成為變壓器檢修的必然趨勢。國家電網公司已于2009年7月決定在2010年起全面推廣實施狀態(tài)檢修。

　?。场∨溆秒姽芾?

　　配用電管理得最重要目標是節(jié)省電能的無效開銷。在節(jié)省開銷的一個重要環(huán)節(jié)就是使用電子表替代機械表。電能表作為電工儀器表中的一個子類產品，是用于電力系統發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各個環(huán)節(jié)電能計量的法定計量器具，可分為機械表和電子表兩大類。國內的電子表是在20世紀80年代末、90年代初發(fā)展起來的，隨著科學技術的進步、電網建設的不斷加速和電力行業(yè)自動化、信息化管理日益迫切，電子式電能表產品的性能、功能都得到了大幅度的提高，國內電子式電能表的產能也在逐年擴大。

　　智能電表是應用計算機技術、通信技術等，形成一智能芯片為核心，具有自動計量計費或數據傳輸、過載斷電、用電管理等功能的電能表的統稱?，F階段智能電表包括單相電子表和三相電子表。按照功能和用途分為多功能表、復費率表、預付費表、載波表、網絡表等，并可按照用戶要求，進行功能組合，派生出如復費率預付費表、載波復費率表、載波預付費復費率表、載波預付費表、網絡復費率表等。依據中國2020年前幾部堅持堅強智能電網的發(fā)展規(guī)劃，并隨著電力市場和新能源的進一步發(fā)展，電表智能化程度將不斷加深，推動電表業(yè)向前發(fā)展。

　　目前，我國還處于智能電表應用初始階段。當前國內智能電表僅能單向作業(yè)，可滿足遠程自動抄表（AMR），屬于智能電表中智能化程度最低的一級，主要替換傳統機械表。而先進的智能電表不僅能夠在控制結算中心對電表實施遠程管理、控制收費，還能夠顯示電力信息、氣象信息、股票信息等，是一個雙向多用網絡終端，以構成高級計量體系(AMI)。另外隨著綠色能源逐漸走向分布式發(fā)展，智能電表還將滿足大量的綠色能源凈計量。此外，智能電表還可在任何地點對家庭和公共用電設備進行管理控制，提供多種增值服務，涉及的技術包括電能計量技術、載波通信技術、無線通信技術、工業(yè)控制技術和網絡技術等，物聯網的應用將逐步體現。

　　如圖2所示，依托于物聯網技術，在智能電網時代，用戶可以實時查看家里的每臺設備的用電狀況甚至于整個電網系統地運行狀況，自主設立電器設備的使用功率和時間，選擇最優(yōu)的能源使用方案，從而提高能源利用效率，節(jié)約電費。

　?。础崟r的電力調度

　　實時電網調度自動化系統式一個總稱，由于各個電網的具體情況不同，可以采用不同規(guī)格、不同檔次、不同功能的電網調度自動化系統。其中最基本的一種功能被稱為監(jiān)視控制與數據采集系統（SCADA），而功能最完善的一種被稱為能量管理系統（EMS）。也有的是在SCADA地基礎上，增加了一些功能，如自動發(fā)電控制（AGC），經濟調度（EDC）等。經歷數次換代，目前實時調度自動化系統功能已經比較豐富，通常是一套支持ＥＭＳ、廣域監(jiān)測預警系統（WAMS）和公共信息平臺等應用的電網調度集成系統。

　　智能調度是物聯網技術的又一重要應用。具體而言，智能調度包括ＡＶＣ、ＷＡＭＳ、ＤＴＳ、電力市場交易運營系統、節(jié)能發(fā)電調度系統、電力系統應急處理、電網繼電保護運行管理系統等眾多子系統。物聯網技術將使各子系統的連接成為可能，通過信息的共享和集成，建立綜合的管理決策系統，基于網絡化管理實現現有實時調度系統地全面升級。

　　依據規(guī)劃，２０１０年國家電網將完成智能調度的“雛形”智能電網調度技術支持系統地研發(fā)，并在國家電網統一組織下，在網省調度中心進行系統推廣應用。２０１５年網省調度中心將全面實現按框架建設系統，并逐漸在地區(qū)推廣。

?。怠‰娋W安全

　　傳感器網絡作為智能電網末梢信息感知不可或缺的基礎環(huán)節(jié)，在電力系統中具有廣闊的應用空間，在電網建設、電網安全生產管理、運行維護、信息采集、安全監(jiān)控、計量及用戶交互等方面均發(fā)揮著巨大作用，可以全方位提高智能電網各個環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度，為實現電力系統地智能化以及信息流、業(yè)務量、電力流提供重要支持。

　　任何大得工程或是項目保證電能的供給是極其重要的。利用輪流值班這種傳統方式雖然較為可靠，但同時造成了極大的浪費。傳感器網絡作為物聯網的基礎在這時可以發(fā)揮重要的作用。在部署桿塔和一些防護線路來解決線路的一些故障問題的同時，可通過在線路上配置一些傳感設備來檢測線路的實時情況以保證電網的安全。另外，還可以通過一些設備的使用和部署，來提高傳感效率，保證設備的安全和電到位。

　　在減低成本的同事，物聯網技術還可以更高效的保護電網的安全，在電力系統中發(fā)揮著不可替代的作用。

　　四  智能電網的未來前景 

　　智能電網不是終點，而是一個過程。目前，智能電網技術是國內外有關電網發(fā)展趨勢研究的熱點，伴隨著物聯網技術的應用和發(fā)展，智能電網的建設也必將被帶入新的高度。

　?。薄「由钊氲沫h(huán)境感知

　　隨著物聯網技術的推廣，未來在電力系統領域，可通過在各供電、輸電以及用電設備上嵌入包含其信息的可識別智能芯片或可以實現智能計算的信息化設備，并利用無線及有線技術，對各設備的物理實體進行聯網，從而實現從輸配電到用電上的全面在線監(jiān)控，實時獲取各電力設備的運行信息。
而傳感技術的大規(guī)模應用，可實現對電網線路以及電網系統內外部環(huán)境的實時監(jiān)測，從而快速設別環(huán)境變化對于電網運行的影響，及時對環(huán)境變化進行應變。

　　基于電力設備和電網系統地實時信息，利用網絡整合，可進一步建立設備的自適應能力，實現整個電網系統地自愈功能，大幅提高電網的安全性和穩(wěn)定性。

　?。病「尤娴男畔⒒ネ?

　　物聯網技術可以將供電方、輸配電管理方以及電力用戶有效地聯結在一起，并通過互聯網技術，實現電網系統中各參與者間的信息交換與共享，使分布電網系統成為可能。

　　物聯網技術還可以進一步將收集到的各類數據進行整合，打破傳統物理世界和信息系統地技術限制，將數據變成有用的信息，并利用物聯網體系的大型計算能力對能源的使用以及用電方案進行整體部署和設計優(yōu)化，從而實現整個電網系統地電能最優(yōu)化配置，提高電能利用效率，實現節(jié)能減排的目標。

　?。场「又悄艿碾娋W建設

　　基于物聯網技術而建設的智能電網體系，可以實現從能源接入、輸配電調度、安全監(jiān)控、繼電保護到用戶計費計量的全過程智能化網絡化控制。它可以綜合利用各種智能設備來獲取電網和用戶的需要，智能化控制能源的存儲和使用，并可以實現電網和用戶之間、用戶和用戶之間的能源傳遞，優(yōu)化電網的運行和管理，并通過用戶終端設備的智能化反饋，幫助用戶制定定制化的電能利用方案，提高能源利用效率，幫助用戶降低電費，使人們可以更加精細和動態(tài)的管理電力系統地運行。智能電網作為從互聯網走向物聯網的重要平臺，它的成功建設正為人類帶來巨大的經濟效應，大幅提高資源利用效率和生產力水平，改善人與自然的關系。