淺析智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成及成熟模型

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

目前，智能電網(wǎng)建設(shè)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(zhàn)是: 輸電網(wǎng)安全運行風(fēng)險嚴(yán)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、電網(wǎng)抗攻擊能力需要增強，以及電力企業(yè)經(jīng)營管理壓力加大。要建成成熟的智能電網(wǎng)，還有一段距離。

傳感器上的統(tǒng)一服務(wù)

智能電網(wǎng)通過傳感器把各種設(shè)備、資產(chǎn)連接到一起，形成一個客戶服務(wù)總線，對信息進行整合分析，以此來降低成本，提高整個電網(wǎng)的可靠性，使運行和管理達(dá)到最優(yōu)化。國網(wǎng)公司定義其為統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)，即以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的國家電網(wǎng)?！敖y(tǒng)一”是前提，“堅強”是基礎(chǔ)，“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(jié)構(gòu)，才能充分發(fā)揮智能電網(wǎng)的功能和作用。

智能電網(wǎng)的特點可用以下幾個詞來概括: 自愈、互動、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)，如太陽能、風(fēng)電、地?zé)?、潮汐和生物質(zhì); 還有分布式發(fā)電和儲能技術(shù)。除傳統(tǒng)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)新帶動業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型提供了可能。依托智能電網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，電力企業(yè)可在向用戶提供供電服務(wù)的同時，開發(fā)出多種基于網(wǎng)絡(luò)的增值服務(wù)。

不過，我國在智能電網(wǎng)建設(shè)方面還存在一些問題: 比如缺乏對用戶負(fù)荷信息的及時跟蹤; 配網(wǎng)自動化建設(shè)仍需進一步加強; 配電設(shè)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)進行的研究還只是企業(yè)行為，國家并沒有給予政策扶持，也沒有從國家層面制定智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略。

從發(fā)電到用電全過程智能

發(fā)電

發(fā)電環(huán)節(jié)的發(fā)展目標(biāo)是: 以“一特四大”發(fā)展戰(zhàn)略為導(dǎo)向，引導(dǎo)電源集約化發(fā)展，協(xié)調(diào)推進大煤電、大水電、大核電和大可再生能源基地的開發(fā); 強化機網(wǎng)協(xié)調(diào)，提高電力系統(tǒng)安全運行水平; 實施節(jié)能發(fā)電調(diào)度，提高常規(guī)電源的利用效率; 優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進大規(guī)模風(fēng)電、光伏等新能源的科學(xué)合理利用。

相應(yīng)的重點工程是建設(shè)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究中心和太陽能發(fā)電技術(shù)研究中心，加強抽水儲能重點工程和大容量儲能示范工程建設(shè)。還需開展鈉硫電池、超導(dǎo)儲能裝置集成技術(shù)和成套技術(shù)的研究及試點工作，加快儲能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程，開展兆瓦級和10兆瓦級儲能系統(tǒng)在可再生能源柔性接入電網(wǎng)中的示范應(yīng)用。

輸電

線路環(huán)節(jié)的技術(shù)路線是全面掌握特高壓交直流輸電技術(shù)，形成特高壓建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快特高壓和各級電網(wǎng)建設(shè); 開展分析評估診斷與決策技術(shù)研究，實現(xiàn)輸電線路狀態(tài)評估的智能化; 建立輸電線路建設(shè)與運行的一體化信息平臺，加快線路狀態(tài)檢修、全壽命周期管理和智能防災(zāi)技術(shù)研究應(yīng)用; 加強靈活的交流輸電技術(shù)研究。

重點工程是特高壓后續(xù)交直流工程和跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，同時開展特高壓可控電抗器等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)并示范應(yīng)用。這一過程中，需要全面實施線路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理，實現(xiàn)基于航測和衛(wèi)星定位等線路數(shù)字化、可視化設(shè)計。為了使壽命周期性能和指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，還需建立線路綜合防災(zāi)和安全保障信息共享機制和技術(shù)平臺，實現(xiàn)對線路影響較大的自然災(zāi)害信息的監(jiān)測、分析、預(yù)報，提高線路綜合防災(zāi)和安全變電保障能力。

變電

變電環(huán)節(jié)的重點是制定智能變電站及裝備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范; 同時需建設(shè)智能電網(wǎng)全景信息采集系統(tǒng)，開展基礎(chǔ)信息統(tǒng)一建模技術(shù)研究，構(gòu)建區(qū)域、廣域綜合測控保護體系，研究各類電源及用戶的接入、退出、保護及隔離技術(shù)。

調(diào)度

調(diào)度環(huán)節(jié)以服務(wù)特高壓大電網(wǎng)安全運行為目標(biāo)，開發(fā)建設(shè)新一代智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，實現(xiàn)運行信息全景化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、安全評估動態(tài)化、調(diào)度決策精細(xì)化、運行控制自動化、機電協(xié)調(diào)最優(yōu)化，形成一體化的智能調(diào)度體系，確保電網(wǎng)運行的安全可靠、靈活協(xié)調(diào)、優(yōu)質(zhì)高效和經(jīng)濟環(huán)保。

智能電網(wǎng)的組成

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需關(guān)注以下三項重點工程:

1. 智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的建設(shè)。省級以上的一體化智能調(diào)度體系可提高調(diào)度信息化、數(shù)字化、自動化、互動化水平。

2. 新能源接入和調(diào)控能力建設(shè)。實現(xiàn)大容量風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源運行信息的采集、監(jiān)視和預(yù)測，實現(xiàn)間歇性能源與常規(guī)電源的協(xié)調(diào)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(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)。覆蓋各省網(wǎng)的五大自愈傳輸環(huán)網(wǎng)將得到重點建設(shè)，從而完善調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙平面。通信信息平臺的重點工程是國家電網(wǎng)資源計劃系統(tǒng)（SG-ERP）。

智能電網(wǎng)的四個層面

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(chǔ)。系統(tǒng)對全網(wǎng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進行連續(xù)的自分析、自診斷，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障隱患，并用自動控制手段將故障消滅在萌芽狀態(tài)。這樣的電網(wǎng)能及時監(jiān)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(yīng)對。此外，面對冰雪、地震等極端自然災(zāi)害，電網(wǎng)應(yīng)具有較高的抗攻擊能力; 在系統(tǒng)發(fā)生停電后，電網(wǎng)能夠快速反應(yīng)，迅速、有序地恢復(fù)供電，最大程度降低停電影響。

一體化電網(wǎng)特點是全國實現(xiàn)廣域的跨區(qū)交直流輸配電一體化，讓能量、數(shù)據(jù)、資金“三流”合一，達(dá)成電網(wǎng)與環(huán)境的自然相處。這就要求深入系統(tǒng)研究一體化電網(wǎng)的安全理論和分析方法，構(gòu)建電網(wǎng)輸電配電的智能調(diào)度平臺以及構(gòu)思電網(wǎng)一體化的虛擬運營平臺。

環(huán)保層面

清潔、環(huán)保的能源結(jié)構(gòu)是智能電網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)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、太陽能等清潔能源發(fā)電以及電網(wǎng)儲能設(shè)備的接入，并通過合理完備的體制進行管理，實現(xiàn)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（特別是太陽能）技術(shù)及其接入系統(tǒng)的研究包括分布式發(fā)電技術(shù)本身、接入后對系統(tǒng)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(tǒng)一的規(guī)范和平臺有助于實現(xiàn)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(xì)致、高效的標(biāo)準(zhǔn)和流程，以及完善的考核評估體系。此外，管理者應(yīng)合理把握工程項目建設(shè)規(guī)模和建設(shè)時序，提高電網(wǎng)建設(shè)的投資效益，實現(xiàn)電網(wǎng)的科學(xué)發(fā)展，有效地降低運維成本。

市場層面

靈活、互動的電力市場是智能電網(wǎng)發(fā)展的最終體現(xiàn)。為此，需為電力市場的實施提供開放的平臺，支持電力交易的開展，并提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在開放的系統(tǒng)和共享的信息模式的基礎(chǔ)上，用戶和電網(wǎng)公司之間才能形成網(wǎng)絡(luò)互動和即時連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實時、高速、雙向的總體效果。用戶根據(jù)需要自主選擇最優(yōu)的供電方案，電力企業(yè)通過電價等方式，鼓勵用戶參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。最終希望能實現(xiàn)電力、電信、電視、遠(yuǎn)程家電控制和電池集成充電等的多用途開發(fā)。如何更好地市場化？我們的研究方向包括以下這些內(nèi)容:

● 智能電表及其規(guī)范體系;

● 基于智能電表的高級計量管理體系;

● 動態(tài)電價研究;

● 用戶管理與服務(wù)技術(shù)支持平臺和雙向互動平臺;

● 智能電網(wǎng)示范小區(qū);

● 逐步開展基于智能電網(wǎng)等附加服務(wù)研究;

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

● 智能營銷高層軟件。

總之，智能電網(wǎng)雖然已經(jīng)稱得上先進，也被許多人視為物聯(lián)網(wǎng)的典型性應(yīng)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?fàn)顩r

在電網(wǎng)發(fā)展基礎(chǔ)方面，發(fā)達(dá)國家的電力需求趨于飽和，電網(wǎng)經(jīng)過多年的快速發(fā)展，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成熟，具備較為充裕的輸配電供應(yīng)能力。

美國的電網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)陳舊、存在穩(wěn)定性問題; 電力市場電網(wǎng)瓶頸影響市場效率; 電網(wǎng)安全方面著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(jié)構(gòu)老化。美國主要是對陳舊老化的電力設(shè)施進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(chǔ)架構(gòu)的升級更新，同時最大限度地利用信息技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)智能對人工的替代。

歐洲各國家間電網(wǎng)互聯(lián)存在問題，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，并帶動整個行業(yè)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，進而滿足風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源快速發(fā)展的需要。

延伸閱讀二：三問智能電網(wǎng)

問題一: 如何確保中國特大互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)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(jiān)測; 高級仿真工具能夠提供預(yù)防性的分析、風(fēng)險評估和決策支持，以應(yīng)對特高壓、三華聯(lián)網(wǎng)等復(fù)雜的運行環(huán)境。另外，智能控制設(shè)備有助于解決大電網(wǎng)的穩(wěn)定問題。

問題二: 在電網(wǎng)經(jīng)過多年外延式發(fā)展的巨大資產(chǎn)規(guī)模下，如何提高投資效率、運行效率和經(jīng)營效率，實現(xiàn)向集約化和精益化的發(fā)展方式轉(zhuǎn)變？

答: 基于大規(guī)模傳感器部署的狀態(tài)監(jiān)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; 通過提高資產(chǎn)的利用效率，延長資產(chǎn)壽命，降低投資成本。

問題三: 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、服務(wù)社會、履行社會責(zé)任？

答: 可再生能源的分析技術(shù)能夠減少隨機性對調(diào)度計劃的影響，從而推動可再生能源發(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)造社會效益的同時，也有助于提升電力企業(yè)的社會形象和提升企業(yè)社會責(zé)任感。

聯(lián)聯(lián)看

胡錦濤主席進一步明確物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的具體內(nèi)容

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

胡錦濤還談到,應(yīng)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)。同時應(yīng)重視網(wǎng)絡(luò)計算和信息存儲技術(shù)開發(fā)，加快相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極研發(fā)和建設(shè)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，促進信息共享，保障信息安全。

中國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組在北京成立

6月8日，中國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組在北京成立，以推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)的制定。聯(lián)合工作組由全國11個部門及下屬的工業(yè)和信息化部電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組、全國信標(biāo)委傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組、全國智標(biāo)委等19家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織自愿聯(lián)合組成。聯(lián)合工作組在成立倡議書中表示，要傾全國之力，聯(lián)合推進中國的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。

目前在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)已成立或正在籌備成立的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作組僅專注于各自的技術(shù)領(lǐng)域，但標(biāo)準(zhǔn)制定過程各自獨立進行，相互之間缺乏溝通和協(xié)調(diào)。倡議書明確指出，我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展尚處初創(chuàng)階段，無論國標(biāo)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(guī)?；瘧?yīng)用示范都還處于起步階段。標(biāo)準(zhǔn)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(guī)模應(yīng)用的一個問題。

工業(yè)和信息化部電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組組長張琪擔(dān)任聯(lián)合工作組的組長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各標(biāo)準(zhǔn)組的工作。張琪表示，物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作涉及方方面面，需要在原有工作的基礎(chǔ)上整合相關(guān)資源，進行跨部門、跨地區(qū)合作，加強協(xié)調(diào)，聯(lián)合推進。張琪最后表示，在物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組內(nèi)，沒有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)之分，各成員工作組間需要相互支持、相互配合，同時歡迎更多相關(guān)組織以觀察員的身份參與聯(lián)合工作組工作。