什么是智能電網？
發布時間：2011-10-08
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來源：我愛方案網
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智能電網簡介
智能電網（Smart Grid），即電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。
智能電網的定義
在現代電網的發展過程中，各國結合其電力工業發展的具體情況，通過不同領域的研究和實踐，形成了各自的發展方向和技術路線，也反映出各國對未來電網發展模式的不同理解。近年來，隨著各種先進技術在電網中的廣泛應用，智能化已經成為電網發展的必然趨勢，發展智能電網已在世界范圍內形成共識。
從技術發展和應用的角度看，世界各國、各領域的專家、學者普遍認同以下觀點：智能電網是將先進的傳感測量技術、信息通信技術、分析決策技術、自動控制技術和能源電力技術相結合，并與電網基礎設施高度集成而形成的新型現代化電網。
智能電網的目標
智能電網的目標是實現電網運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全，電網能夠實現這些目標，就可以稱其為智能電網。智能電網必須更加可靠—智能電網不管用戶在何時何地，都能提供可靠的電力供應。它對電網可能出現的問題提出充分的告警，并能忍受大多數的電網擾動而不會斷電。它在用戶受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施，以使電網用戶免受供電中斷的影響。
智能電網必須更加安全—智能電網能夠經受物理的和網絡的攻擊而不會出現大面積停電或者不會付出高昂的恢復費用。它更不容易受到自然災害的影響。智能電網必須更加經濟—智能電網運行在供求平衡的基本規律之下，價格公平且供應充足。智能電網必須更加高效—智能電網利用投資，控制成本，減少電力輸送和分配的損耗，電力生產和資產利用更加高效。通過控制潮流的方法，以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。
智能電網必須更加環境友好—智能電網通過在發電、輸電、配電、儲能和消費過程中的創新來減少對環境的影響。進一步擴大可再生能源的接入。在可能的情況下，在未來的設計中，智能電網的資產將占用更少的土地，減少對景觀的實際影響。智能電網必須是使用安全的—智能電網必須不能傷害到公眾或電網工人，也就是對電力的使用必須是安全的。
智能電網的標準體系
目前IEEE致力于制定一套智能電網的標準和互通原則（IEEE P2030），主要內容在于以下三個方面：電力工程（power engineering），信息技術（information technology）和互通協議（communications）等方面標準和原則。 除IEEE外，國際電工委員會（IEC）也在發揮重要作用，美國國家標準與技術研究院NIST（National Institute of Standards and Technology）協調各部門之間的合作。參與標準制定的15家機構分別負責標準制定的不同環節。
IEEE主要致力于互通入網過程的標準，如各個能量源頭如何與整個智能電網鏈接，計量設備的接入（如電表）和時間同步性的標準等。美國機動車工程師學會（SAE）則主要關注機動車接入網絡的標準，IEC則負責信息自動化的模式和環境標準。
2009年5月18日，美國商務部長駱家輝和能源部長朱棣文聯合宣布了美國智能電網建設的第一批標準發展一種新的模式，一定要立足于實際，要比過去更好用，更便捷，更高效，立足于發展中國自已的標準。絕不能為了概念的嘩眾取寵，取個新名詞，弄幾個功能拼湊一下，這不叫新技術。
目前由于智能電網包含內容較多，各電網和設備廠家都要根據實際情況，采用總體規劃、分步實施的策略，逐步實現智能電網。
智能電網的主要特征
智能電網包括八個方面的主要特征，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且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，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”。這是智能電網最重要的特征。自愈電網進行連續不斷的在線自我評估以預測電網可能出現的問題，發現已經存在的或正在發展的問題，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。自愈電網將盡量減少供電服務中斷，充分應用數據獲取技術，執行決策支持算法，避免或限制電力供應的中斷，迅速恢復供電服務。基于實時測量的概率風險評估將確定最有可能失敗的設備、發電廠和線路；實時應急分析將確定電網整體的健康水平，觸發可能導致電網故障發展的早期預警，確定是否需要立即進行檢查或采取相應的措施；和本地和遠程設備的通信將幫助分析故障、電壓降低、電能質量差、過載和其他不希望的系統狀態，基于這些分析，采取適當的控制行動。自愈電網經常應用連接多個電源的網絡設計方式。當出現故障或發生其他的問題時，在電網設備中的先進的傳感器確定故障并和附近的設備進行通信，以切除故障元件或將用戶迅速地切換到另外的可靠的電源上，同時傳感器還有檢測故障前兆的能力，在故障實際發生前，將設備狀況告知系統，系統就會及時地提出預警信息。
智能電網激勵和包括用戶。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，確保系統的可靠性；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。在智能電網中，用戶將根據其電力需求和電力系統滿足其需求的能力的平衡來調整其消費。同時需求響應（DR）計劃將滿足用戶在能源購買中有更多選擇的基本需求，減少或轉移高峰電力需求的能力使電力公司盡量減少資本開支和營運開支，通過降低線損和減少效率低下的調峰電廠的運營，同時也提供了大量的環境效益。在智能電網中，和用戶建立的雙向實時的通信系統是實現鼓勵和促進用戶積極參與電力系統運行和管理的基礎。實時通知用戶其電力消費的成本、實時電價、電網目前的狀況、計劃停電信息以及其他一些服務的信息，同時用戶也可以根據這些信息制定自己的電力使用的方案。
智能電網將抵御攻擊。電網的安全性要求一個降低對電網物理攻擊和網絡攻擊的脆弱性并快速從供電中斷中恢復的全系統的解決方案。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。智能電網的安全策略將包含威懾、預防、檢測、反應，以盡量減少和減輕對電網和經濟發展的影響。不管是物理攻擊還是網絡攻擊，智能電網要通過加強電力企業與政府之間重大威脅信息的密切溝通，在電網規劃中強調安全風險，加強網絡安全等手段，提高智能電網抵御風險的能力。
智能電網提供滿足21世紀用戶需求的電能質量。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，對社會經濟發展具有重大的損失，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。但是電能質量問題又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企業用戶和居民用戶，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，以滿足用戶對不同電能質量水平的需求，同時要將優質優價寫入電力服務的合同中。
智能電網將減輕來自輸電和配電系統中的電能質量事件。通過其先進的控制方法監測電網的基本元件，從而快速診斷并準確地提出解決任何電能質量事件的方案。此外，智能電網的設計還要考慮減少由于閃電、開關涌流、線路故障和諧波源引起的電能質量的擾動，同時應用超導、材料、儲能以及改善電能質量的電力電子技術的最新研究成果來解決電能質量的問題。另外，智能電網將采取技術和管理手段，使電網免受由于用戶的電子負載所造成的電能質量的影響，將通過監測和執行相關的標準，限制用戶負荷產生的諧波電流注入電網。除此之外，智能電網將采用適當的濾波器，以防止諧波污染送入電網，惡化電網的電能質量。
智能電網將容許各種不同類型發電和儲能系統的接入。智能電網將安全、無縫地容許各種不同類型的發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。改進的互聯標準將使各種各樣的發電和儲能系統容易接入。從小到大各種不同容量的發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。商業用戶可以安裝自己的發電設備（包括高效熱電聯產裝置）和電力儲能設施將更加容易和更加有利可圖。在智能電網中，大型集中式發電廠包括環境友好型電源，如風電和大型太陽能電廠和先進的核電廠將繼續發揮重要的作用。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，特別是對應對戰爭和恐怖襲擊具有重要的意義。
智能電網將使電力市場蓬勃發展。在智能電網中，先進的設備和廣泛的通信系統在每個時間段內支持市場的運作，并為市場參與者提供了充分的數據，因此電力市場的基礎設施及其技術支持系統是電力市場蓬勃發展的關鍵因素。智能電網通過市場上供給和需求的互動，可以最有效地管理如能源、容量、容量變化率、潮流阻塞等參量，降低潮流阻塞，擴大市場，匯集更多的買家和賣家。用戶通過實時報價來感受到價格的增長從而將降低電力需求，推動成本更低的解決方案，并促進新技術的開發，新型潔凈的能源產品也將給市場提供更多選擇的機會。
智能電網優化其資產應用，使運行更加高效。智能電網優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，以最大限度地發揮其功能，同時降低成本。智能電網將應用最新技術以優化其資產的應用。例如，通過動態評估技術以使資產發揮其最佳的能力，通過連續不斷地監測和評價其能力使資產能夠在更大的負荷下使用。
智能電網通過高速通信網絡實現對運行設備的在線狀態監測，以獲取設備的運行狀態，在最恰當的時間給出需要維修設備的信號，實現設備的狀態檢修，同時使設備運行在最佳狀態。系統的控制裝置可以被調整到降低損耗和消除阻塞的狀態。通過對系統控制裝置的這些調整，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，并將集成到現有的企業范圍的系統中，大大加強其能力，以優化運行和維修過程。這些信息將為設計人員提供更好的工具，創造出最佳的設計來，為規劃人員提供所需的數據，從而提高其電網規劃的能力和水平。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。
