智能電網(wǎng)是將智能能源技術應用到供電和發(fā)電領域的產品，它通過將傳統(tǒng)的和邊緣的電力工程技術、先進的傳感和監(jiān)視技術、現(xiàn)代信息技術及通信技術的集成，以顯著提高從輸電、配電到用電系統(tǒng)的性能，并支持廣泛的客戶附加服務，滿足二十一世紀數(shù)字化社會對電網(wǎng)電能質量的需要。

 

   在智能電網(wǎng)中，不限制于僅使用某方面的技術，而是將基于現(xiàn)代新材料技術、計算機軟硬件技術、自動控制技術、傳感器技術、電力電子器件技術、高溫超導技術、信息技術、分布式發(fā)電技術以及現(xiàn)代通信技術的綜合，為現(xiàn)代電網(wǎng)提供各種類型先進的測量、監(jiān)視、保護和控制的電力設備，對傳統(tǒng)電網(wǎng)進行升級改造，構造一個更加經(jīng)濟、安全、可靠、環(huán)保的電網(wǎng)。

 

   智能電網(wǎng)的實施，是必須采用上述各種技術來支撐所需的屬性的。這些技術不少是在電網(wǎng)中已采用或是正在完善的技術，這些技術包括如用于提供輸電系統(tǒng)穩(wěn)定的靜止無功補償器（SVC）和可控串聯(lián)補償（TCSC）技術；用于輸電系統(tǒng)穩(wěn)定控制的廣域測量系統(tǒng)（WAMS）中同步相量（PMU）技術；優(yōu)化配電網(wǎng)絡運行的配電自動化系統(tǒng)中的饋線自動化（FA）技術和自動抄表（AMR）技術；改善配電網(wǎng)電能質量的靜止無功補償器（SVC/STACOM）和有源濾波器（AF）技術；大型風電場接入電網(wǎng)技術等等。

 

  
 

1． 集成的通信技術

   智能電網(wǎng)應建立起高速的、全面集成的高速雙向通信技術架構，使智能電網(wǎng)變成一個動態(tài)的、交互的，用于實時信息和功率交換的超級架構的網(wǎng)絡。采用通信系統(tǒng)的開放式架構，可以對網(wǎng)絡智能傳感器和控制裝置、控制中心、保護系統(tǒng)和用戶建立一個安全的“即插即用”的應用環(huán)境。

   在電力系統(tǒng)應用的通信技術種類繁多，常見的類型有銅芯線、電力線載波、微波中繼、光纖通信等技術。通過這些載體，以及引入新的網(wǎng)絡通信技術，可以在更廣的范圍實現(xiàn)更多的信息和應用的連接和集成，使數(shù)據(jù)在整個電力系統(tǒng)的不同主體及不同的應用系統(tǒng)之間傳遞，滿足智能電網(wǎng)對通信系統(tǒng)的要求。

   新的集成通信技術，包括Internet 2（IPv4和IPv 6）、光纖以太網(wǎng)、通過電力線的寬帶通信（BPL）、第四代（4G）WiMax、第三代（3G）無線語音和數(shù)據(jù)通信、Zigbee/WiMedia/WiFi無線通信等。

 

2．傳感、計量和測量技術

   在智能電網(wǎng)中，使用雙向通信、多種輸入（定價信號、分時計費、區(qū)域輸電組織（RTO）減少的阻塞卸載）、多種輸出（實時用電數(shù)據(jù)、電能質量、電氣參數(shù)）、隔離和接入能力，和發(fā)電機、電網(wǎng)運行人員的接口，以及用戶入口的新的數(shù)字技術來擴展電力測量，提供停電檢測和響應，評估設備的健全情況和電網(wǎng)的完整性，并支持先進的繼電保護功能；消除表記的估計、防止竊電、提供用戶的選擇以及實現(xiàn)供RTO阻塞卸載的需求側管理。此外，新的智能傳感器將用于各種電網(wǎng)監(jiān)視功能。

 

   在智能電網(wǎng)中，采用各種先進的傳感器、結合雙向通信的智能表計與監(jiān)視系統(tǒng)，用以監(jiān)視用戶端用電狀況、電網(wǎng)設備的健全狀態(tài)與網(wǎng)絡安全狀態(tài)，提供智能電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的最基礎的功能。從目前的應用來看，我們可以大致上述技術的應用分為以下三個方面：

 

1）智能儀表和智能住宅

   經(jīng)過了近十年來的發(fā)展，基于微處理器的電子式多功能電表取代傳統(tǒng)的機械式電度表已成為必然趨勢，近幾年來在國內各行各業(yè)已開始得到廣泛的應用。一些高端的電子式多功能電表，除了提供各種電量的測量和計量功能（如正反向有功計量、四象限無功計量、復費率功能、分時計費等）外，還可提供電力參數(shù)實時測量、事件記錄、負荷曲線存儲、電能質量分析、通信等功能。在通信接口方面，一般可提供可進行靈活配置的單向RS485、GPRS、電話MODEM和紅外通信接口。

   智能電網(wǎng)中采用的智能儀表（Smart Meter）技術，它是一種有別于上述電子式多功能電表采用先進的測量架構（AMI）的新技術。它是更多技術和功能的混合，提供更詳盡的用電信息，并具有雙向通信性能。智能儀表現(xiàn)時一般是指用于計量和控制的智能電表，將來智能儀表可能擴充至應用至用戶的水、氣的計量和控制方面。AMI代表著下一階段的借助儀表具有易于控制的雙向通信、并在儀表測量設備中具有能與各種負荷相互配合的自動抄表技術。對于力求充分去平衡供、用電方面的需求的不同公共事業(yè)單位，正在推進實施這一領域的應用。

   AMI的先進的功能，可用于創(chuàng)建智能住宅（Smart Home）。這些領域的綜合可提供以下功能：

-          實時定價/緊急情況前的一段時間的定價/自動的家庭響應

-          直接負荷控制

-          能源使用/最優(yōu)化顯示

-          負荷監(jiān)視/分類計量

-          遠方接入/隔離

-          停電檢測和隔離/用戶故障呼叫管理

-          需量水平

-          安全性監(jiān)視

-          遠方家庭控制

-          遠方設備診斷

 

   結合智能儀表和雙向通信的智能住宅，對于住宅能源利用的最優(yōu)化將變?yōu)樽詣拥模到y(tǒng)也將提供用戶接口以進一步促進能源使用的最優(yōu)化。

 

2）廣域測量和控制系統(tǒng)（WAMACS）

   廣域測量和控制系統(tǒng)是在功角遙測基礎上發(fā)展起來的，它是用于預防大電網(wǎng)可能發(fā)生大面積停電而開發(fā)的。導致電網(wǎng)大面積停電的原因很多，涉及電網(wǎng)結構、運行管理、自動裝置和人員培訓等方面。其中，由級聯(lián)事件和人為處理不當而演變成的大停電事故，日益引起人們的關注。在存在風險的情況下，用以制止級聯(lián)跳閘和縮小停電范圍的主動解列、靈活分區(qū)等措施，以及從集中監(jiān)視控制發(fā)展到分布協(xié)調控制，已成為目前電網(wǎng)安全控制的研究熱點。

   廣域測量和控制系統(tǒng)(WAMACS)通過測量稱之為同步相量（Synchrophasor）的測量量具有同步測量和電力系統(tǒng)即時狀態(tài)通信的能力。它可以動態(tài)地監(jiān)視電力系統(tǒng)的狀態(tài)，以實時的方式評估正常和遭受應力的系統(tǒng)狀態(tài)并執(zhí)行起作用的動態(tài)控制。現(xiàn)時電力系統(tǒng)運行人員在數(shù)秒到數(shù)分鐘的期限內完成操作，但WAMACS可以在100毫秒內做出和執(zhí)行決策。WAMACS架構的開發(fā)需要在變電站安裝測量和數(shù)據(jù)收集裝置、一個可靠的廣域通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)集中器以及可視化的決策設備。在電力公司增建其通信架構時，他們必須注意到由實時同步相量通信規(guī)定的要求。許多項目可能需要5年或更長的時間才會成熟。

 

3）電網(wǎng)設備的在線監(jiān)測

   電網(wǎng)設備在線監(jiān)測技術主要包括電氣量監(jiān)測以及非電氣量監(jiān)測。電氣量監(jiān)測主要通過監(jiān)測電網(wǎng)設備的電流、電壓、相角、功率、功率因數(shù)等特性量；非電氣量監(jiān)測則包括監(jiān)測電氣設備中的介質的壓力、流量、氣體成分、溫度等。采用先進的傳感器通過對電氣量以及非電氣量監(jiān)測，可完成電網(wǎng)設備的在線診斷，為實施電網(wǎng)設備的狀態(tài)檢修和管理提供必要的信息。

   現(xiàn)時采用電網(wǎng)在線監(jiān)測技術的應用主要包括變壓器在線監(jiān)測、斷路器狀態(tài)監(jiān)測以及線路容量動態(tài)監(jiān)測等。

 

3．先進的電網(wǎng)設備

   先進的電網(wǎng)設備對電網(wǎng)的遠行特性起著積極的作用。這些新一代智能電網(wǎng)中應用的先進電網(wǎng)設備，將采用新的材料技術、微電子技術、電力電子技術、超導技術、先進的數(shù)字設計技術等，以生產出高功率密度、高可靠性和改善實時診斷性能的新一代電力系統(tǒng)設備，以顯著改進電網(wǎng)的運行性能。利用這些技術生產的部分電網(wǎng)設備現(xiàn)時已在電網(wǎng)投入商業(yè)運行或試運行。在智能電網(wǎng)中采用的這些先進的電網(wǎng)設備，包括超導輸電電纜、故障電流限制器、復合導線、靈活交流輸電系統(tǒng)設備（FACTS）、先進的儲能裝置、分布式發(fā)電裝置、先進的變壓器和斷路器、智能電器、先進的保護控制設備等。

 

4．先進的控制方法  

   電力系統(tǒng)自動控制可實現(xiàn)對電網(wǎng)的快速診斷，并對特定的電網(wǎng)瓦解或停電提供周密的解決方案。通過從所有電網(wǎng)主要設備中收集數(shù)據(jù)，輸入到計算機的進行算法運算，可監(jiān)視這些電網(wǎng)設備，并通過以確定性的和隨機的觀點分析數(shù)據(jù)去進行診斷和提供解決方案。電網(wǎng)自動化系統(tǒng)可自治地采取適當?shù)男袆?，將信息和解決方案提供給操作人員，并集成到企業(yè)過程和工藝中去。這些先進的控制方法應支持諸如分布式能源和需求響應調度、配電自動化和變電站自動化、自適應繼電保護、能量管理、市場定價、電網(wǎng)模擬、操作員顯示和先進的可視化系統(tǒng)。此外，它們也可能集成到資產管理過程和工藝中去，以進一步優(yōu)化電網(wǎng)的運行和規(guī)劃。

   自動控制技術依賴并與其余四種關鍵技術的每一種起促進作用。用于先進的控制方法的三類技術包括：分布式智能代理（控制系統(tǒng)）、分析工具（軟件算法和高速計算機）和運行應用（SCADA、變電站自動化、需求響應等）。現(xiàn)時的應用案例，如使用人工智能編程技術，可生成能快速準確地計算出控制策略并執(zhí)行的廣域保護系統(tǒng)（WAPS）；使用基于靈敏度的連續(xù)線性編程方法的電壓穩(wěn)定性監(jiān)視和控制（VSMC）軟件，可可靠地確定最優(yōu)的控制解決方案。

5．決策支持和人機接口 

   智能電網(wǎng)中使用信息系統(tǒng)技術，應能使操作和管理人員在日益增加的可變因素下利用這些工具來減少復雜性，保持電網(wǎng)的高效運行。

   在某些情形，可供操作員作出決策的時間縮短到秒級的水平。因此，現(xiàn)代電網(wǎng)需要非專門化的、無縫的、實時使用的應用和工具，以滿足電網(wǎng)操作和管理人員作出快速決策的需要。帶有改進接口的決策支持將擴展決策至所有等級的電網(wǎng)，它包括用戶級的電網(wǎng)。決策支持和人機接口技術主要包括可減少大量的數(shù)據(jù)到易于理解的可視格式的可視化工具和系統(tǒng)、當系統(tǒng)運行人員操作時需提供的多種方案的軟件系統(tǒng)、用于操作培訓和“what-if”分析的仿真器、用作演示的控制板、先進的控制室設計等等。

 

 

   我們應當看到，智能電網(wǎng)并非只是為了展示某些先進技術，或僅是著眼于某種局部問題的解決方案。它實質上是以先進的計算機、電子設備和高級元器件等為基礎，通過引入新的通信、自動控制和其他信息技術，從而實現(xiàn)對整個電力網(wǎng)絡的升級改造，最終達到電力網(wǎng)絡運行更加可靠、經(jīng)濟、環(huán)保這一根本目標。

附圖：關鍵支撐技術領域的相互關聯(lián)的特性