智能电网的研究进展及发展现状

智能电网的研究进展及发展现状

一、国外研究进展及发展现状

目前，许多国家和地区都相继开展了智能电网相关研究，而其中比较有代表性的是美国与欧洲。对于美国来说，受几次大停电事故的影响，加上其近年来对反恐的重视，导致了其对复杂大电网的安全稳定控制比较重视，对电网自愈能力的研究一直是其重点。而对于欧洲，由于其有严格的温室气体排放政策，分布式能源和可再生能源接入研究相应获得了更多的支持。国外电力和科技类企业目前针对电网配电和用电侧的智能化开展了比较多的研究，输电侧研究较少。

《Grid2030——电力的下一个百年》是2003年美国能源部发布的一份报告，是由65位来自电力公司、设备制造商、联邦和州政府官员、大学和国家实验室的高级专家讨论后形成的。这份报告描绘了美国未来电力系统的构想，确定了研发和试验的分阶段目标。美国电力科学研究院（EPRI）创立的智能电网体系结构研究项目，吸引了包括GE在内的多家公司和机构参与，其主要目标是为未来电网建立一套开放性的技术体系和信息交换机制。目前已经发布了一些成果，这些研究成果大多都集中在配电侧和用户侧。

2009年10月27日，美国政府宣布，将拨款34亿美元建立智能电网投资基金，以此带动美国智能电网研究和建设。该基金将投资于上百个智能电网研究和试验项目，带动民间投资47亿美元。由于还有后续政府投资的预期，美国业界对此反应相当积极。目前，已经有一些项目获得了能源部的肯定，后续有望获得进一步的支持。

在欧洲，智能电网建设的主要驱动因素之一是可再生能源的接入。欧洲于2005年成立了欧洲智能电网论坛，论坛已经发表了几份报告阐述欧洲未来电网的远景和需求、优先研究的内容等，提出了未来欧洲智能电网必须是灵活的（Flexible）、可接入的（Accessible）、可靠的（Reliable）和经济的（Economic）。欧洲电网战略研究计划提出了五个主要研究领域共19个研究任务。欧洲“智能电网技术论坛”于2010年4月20日发布了《欧洲未来电网战略部署文件》最终版本，协调欧洲各国智能电网的发展规划。

2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调，欧洲已经进入一个新能源时代，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。目前，英、法、意等国都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利的局部电网2001年已经率先实现了智能化。2009年初，欧盟有关圆桌会议进一步明确要依靠智能电网技术将北海和大西洋的海上风电、欧洲南部和北非的太阳能融入欧洲电网，以实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。

英国能源和气候变化部（Department of Energy and Climate Change，DECC）2011年3月30日公布了2019年之前为该国的3 000万户住宅及写字楼共计安装5 300万台智能电表的计划。英国人口约为6 000万人，约有2 300万户家庭，此次设想将为英国几乎所有的住宅及写字楼安装智能电表。DECC的该计划分为两个阶段。第一阶段为准备阶段，将在2011年4月之后的约两年半内以特定用户及企业为对象，进行智能电表等设备及网络的试运行。另外，还将成立负责数据管理及通信的公司。第二阶段将正式安装智能电表，具体计划为，从2014年初开始安装，到2019年全部安装完毕。

韩国国家电力公司（KEPCO）近日宣布，截至2030年，将投资8万亿韩元（约合72亿美元）用于建造智能电网，旨在减少二氧化碳排放量并提高电力设施的效率。KEPCO公司在一项声明中称，在接下来的五年里，公司每年总投资将达4 000亿韩元。之后到2020年，每年将投资2 300亿韩元，余下的资金将在2030年全部用于投资。此前韩国政府已经宣布即将建设一条高温超导输电试验线路，并计划在2011年前建立一个智能电网综合性试点项目。

一些著名科技公司也提出了自己的解决方案，IBM率先提出了自己的智能电网概念，其模型包括数据采集、数据传输、信息集成、分析优化、信息展示五个层面。关键业务系统包括自动计量系统，远程资产监视控制，移动作业管理，基于IP通信的SCADA。其中特别提到，实现智能电网需要一个完整的IT支持架构，IBM可以提供随需应变的电力一体化IT解决方案。西门子的智能电网解决方案由三大要素组成：智能计量、电网智能化和智能数据管理，能够以一种具有互动性、大量运用IT技术的电网取代当前的静态电网，从而确保能源市场所有参与者之间灵活快速地互动。Google的PowerMeter已经开始在美国和英国应用。它是一个在线工具，可以让住户通过网络监控家庭的能源使用量和温室气体排放量，以减少对它们的消耗和节省金钱。这是一种免费的能源监控服务。它利用新的智能电表（美国政府计划三年内安装4 000万块智能电表，目前工作已经启动），或在传统电表上加上一个设备，将用电量的信息传送到个人的iGoogle网页。用户将能够在世界任何地方通过计算机或手机检查电能的使用情况。

智能电网标准制定方面的竞争业已展开，国际电工委员会（IEC）、国际电气和电子工程师协会（IEEE）等组织机构都相继开展了智能电网标准方面的相关研究。IEC牵头成立了智能电网国际战略工作组，开始研究讨论建立智能电网标准框架，IEC目前提供了构建智能电网所需的绝大部分标准，而且还不断有新标准加入进来。IEC正在2011年初在其网站上提供了一套快速追踪系统，可以将相关国家和地区的标准纳入到国际协商程序中。除了原有的IEC标准，新的映射解决方案将逐步允许其他组织按层次增加自己的标准。IEEE同样致力于为智能电网制订一套完备的标准。2009年5月4日，IEEE公布了一项名为《IEEE P2030指南：能源技术及信息技术与电力系统（EPS）、最终应用及负载的智能电网互操作性》的项目。通过开放标准进程，“IEEE P2030指南”将为理解和定义智能电网互操作性提供一个知识基础，帮助电力系统与最终应用及设备协同工作，为未来与智能电网相关的标准制定建立基础。2009年6月，美国国家标准技术研究院（NIST）与IEEE在加州英特尔总部举行专门会议，讨论标准的制定框架。目前，IEEE已制定的智能电网相关标准有66项，正在制定中的有35项。

NIST研究了智能电网的互操作性与网络安全等各项技术标准，到目前为止已经提出75项标准。其中25项已经于2010年1月确定。这25项标准包括了智能电表与家用电器可进行双向无线通信的ZigBee技术的智能能源规范。此外，2010年9月2日还公布了《网络安全指南（初版）》。NIST现在仍在快速推进标准化工作。美国有多家机构参与了智能电网的标准制定工作，充分发挥了其电力和信息科技等产业的协同优势，其标准的竞争力不容小觑，很有希望成为全球标准。

二、国内研究进展及发展现状

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》指出，“加快大型煤电、水电和风电基地外送电工程建设，形成若干条采用先进特高压技术的跨区域输电通道。建成330千伏以上输电线路20万公里。开展智能电网建设试点，改造建设智能变电站，推广使用智能电表，配套建设电动汽车充电设施”。国家电网公司早于“十二五规划”在2009年5月就宣布了建设中国坚强智能电网的发展战略，明确提出：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，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能电网；通过电力流、信息流、业务流的高度一体化融合，实现多元化电源和不同特征电力用户的灵活接入和方便使用，极大提高电网的资源优化配置能力，大幅提升电网的服务能力，带动电力行业及其他产业的技术升级，满足我国经济社会全面、协调、可持续发展要求。

国内目前实际上还处在电网大规模建设阶段，开展智能电网的系统性研究起步较迟，但在电网智能化技术的应用方面有后发优势，目前已经研究和实践了大量的智能化技术，在输电领域多项研究应用已达到国际先进水平，在配用电领域智能化应用研究也已经开始探索。根据我国电网特点，两大电网公司重点组织开展了电网保护、大电网安全稳定控制、广域相量测量、灵活交直流输电、电网环保与节能、数字化变电站、配电网自动化、电网防灾减灾与城乡电网安全可靠供电、新型能源的接入与送出、不同特性发电设备综合调控、大容量储能、特高压输电等方面的研究，取得了一批拥有自主知识产权的重要成果，在技术理论、装备制造和工程实施方面为我国发展智能电网打下了良好的基础。

华东电网公司于2007年在国内率先开展了智能电网的可行性研究，以提升大电网安全稳定运行能力为中心，规划了从2008年至2030年的“三步走”战略，即在2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。目前，高级调度中心整体架构和实施方案研究已经完成，华东电网高级调度中心关键技术与应用项目已于2009年1月通过评审验收。此外，华北电网公司也于2008年以“一体化检修计划优化管理系统”、“一体化网络模型管理平台”、“调度业务数字化支撑系统”、“AC2服务总线”四个系统建设为重点内容，启动了华北智能电网研究与开发工作，已取得了阶段性成果。其他各区网和省网公司也都根据自身特点开展了用户数据采集、一体化调度等智能电网相关研究和试验。

2011年4月，武汉智能电网产业技术创新战略联盟成立，由华中电力、中科院武汉物理与数学研究所等35家单位组成。联盟将在打造区域性的智能电网产业集群、促进智能电网产业的合作与跨越式发展、大大加速智能电网技术的研发和应用、对行业融合及产业化等方面贡献自己的力量。

智能电网并非单一的模式，每个国家和地区都可以根据自身条件与需要的不同找到自己的解决方案。同时，智能电网概念的提出也为重新审视我国的电力体制改革和电网的发展战略提供了一个新的视角。对于我国坚强智能电网发展规划中提到的以特高压电网为骨干网架，不少专家还是提出了质疑。首先大电网是有安全隐患的，特高压交流输电会带来交流同步电网规模扩大，一旦出现问题，受灾面积也会相应扩大。为了分散风险，欧美等许多国家已经开始建设分布式电源和电网。另外，国家电网当初提的“一特四大”（特高压、大煤电、大水电、大核电、大可再生能源基地）战略规划当中的“四大”也是有需要商榷的地方，西北煤炭资源丰富，但缺水，用风冷技术发电会极大降低燃煤利用率，综合计算，特高压输送不如铁路运煤到负荷区域更经济，另外铁路还可运送其他货物；西南地区水电资源丰富，但大水电基本开发完毕，且本地区用电需求增长很快，上特高压的必要性不大，三峡工程（包括规划的金沙江工程）近处用交流500 kV线路送电，远处用直流输电，实际上已证明这是完全可靠且经济合理的；核电开发基本上在东部负荷中心附近，没有长距离输送的需求；可再生能源本身具有很多分布式的特点，电网接入方面还有很多技术上的不确定性，不一定需要特高压输电；目前，国家能源局制定的《分布式发电管理办法》已进入征求意见阶段，最快将于2011年7月出台，将通过资金补贴、多余电量向电网出售、赋予投资方电网设施产权等措施大力刺激分布式能源发展。可以预见，智能电网与分布式能源协调发展将对中国电力改革起到积极推进作用。