一、智能電網及建設原動力簡述

        隨著經濟的發展、社會的進步、科技和信息化水平的提高以及資源和環境問題的日益突出，電網發展面臨新課題和新挑戰。智能電網承載保障能源安全、促進能源清潔利用和提振經濟發展等重要使命，已經成為當今世界電網發展的新趨勢、新方向。發展智能電網，適應未來可持續發展的要求，已成為電力工業積極應對未來挑戰的共同選擇。不同國家的國情不同、電網發展階段、資源分布、原動力不同，發展智能電網的方向和重點也不同。

        2002年，美國電科院開始致力于智能電網整體的信息通信架構開發，配電側的業務創新和技術研發。2003—2005年間，美國智能電網研究開始蓬勃發展，美國能源部先后發布了“Grid 2030”、“國家輸電技術路線圖”，描繪美國未來電網遠景和技術戰略。2003年美國加利福尼亞的大停電事件引起了各國高度重視。隨后幾年，美國電力企業開始在智能電網領域開展一系列實踐。美國在智能電網方面，將成倍增加可再生能源的開發能力，建設一個可實現在東西海岸（距離4000公里以上）傳輸的新的更堅強、更智能的智能電網。奧巴馬將智能電網同上個世紀初美國建設高速公路網相比，稱其為美國建設新能源經濟的重大舉措。

        美國在全國范圍內存在多個交流輸電網，人員年齡老化，投入不足，技術陳舊，事故較為頻繁，需要防止大停電。在智能電網建設中更加關注電力網絡基礎架構的升級更新，以提高電網運行水平和供電可靠性，有效接入可再生能源，同時zui大限度地利用信息技術，實現系統智能對人工的替代。搶占產業制高點，創造新的經濟增長點僅大規模部署應用分布式發電和儲能技術就有望在2020年之前為美國帶來每年100億美元的經濟增長。

        2005年，歐洲委員會在歐洲提出“智能電網”概念，成立“智能電網（SmartGrids）歐洲技術論壇”，目標是把電網轉換成用戶和運營者互動的服務網，提高歐洲輸配電系統的效率、安全性及可靠性，并為分布式和可再生能源發電的大規模整合掃除障礙。2006年，論壇提出了《歐洲未來電網的遠景和策略》，制定了《戰略研究議程（SRA）》，《歐洲未來電網發展策略》，指導歐盟及其各國開展相關項目，促成智能電網的實現。歐盟在《能源技術發展戰略》中闡述了運用高科技來應對氣候變化，進而使得歐洲企業爭得低碳經濟轉型先機的設想;歐盟要爭當綠色科技競賽中的，數十億歐元被投入到能源技術領域的研發。

        歐洲各國電網運行模式不同，電力需求趨于飽和，其能源政策強調對環境的保護和可再生能源發電的發展。低碳經濟是歐洲智能電網的主要發展動因。關注：在迅速增長的能源成本壓力下，歐洲智能電網建設更加關注可再生能源和分布式電源的接入，并帶動整個行業發展模式的轉變。

        2008年，國網公司加強對世界電網智能化發展趨勢的關注和跟蹤。2009年，國網公司在國內提出建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用*的通信、信息和控制等技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的自主創新、的堅強智能電網的戰略發展目標。堅強智能電網將主要圍繞發電、輸電、變電、配電、用電、調度等六大環節及通信信息平臺進行建設，全面覆蓋傳統電力系統的所有領域。2010年3月，國務院總理*在政府工作報告中指出“大力開發低碳技術，推廣節能技術，積極發展新能源和可再生能源，加強智能電網建設”。

       智能電網的特點是電力和信息的雙向流動性，以便建立一個高度自動化的和廣泛分布的能量交換網絡。為了實時地交換信息和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡，把分布式計算和通信的優勢引入電網。智能電網的五個原動力：提高安全性和防止大面積聯鎖停電;能源供給與能源消費結構的不平衡;市場化和需求側管理;分布式電源和儲能裝置并網;提高供電可靠性和電能質量、節能降損和環保。

        1、提高安全性和防止大面積聯鎖停電

        一般地觀點是：提高系統的可視化程度和預警能力;使用較好的、靈巧的和快速的控制和靈活的網絡拓撲，是增強電網的安全性和避免系統崩潰的關鍵。大電網的“事故發生概率-事故停電功率損失”的統計特性可知，系統中的小概率事件會造成巨大的停電損失。當系統規模和/或復雜性增加時，預示著同一小概率事故的停電功率損失增大（引自天津大學余貽鑫院士）。2003年美國加利福尼亞的大停電事件引起了各國電力工作者的高度重視。

        未來的電網將擁有自治的和自適應的基礎設施，能夠對恐怖襲擊、軍事威脅、元件故障、自然災害等擾動作出自愈的響應。在緊急狀態下能分片實現“自適應孤島運行”，并且其后能夠快速恢復供電。

        2、能源供給與能源消費結構的不平衡

        我國能源結構以煤炭資源為主，煤炭資源保有儲量的76%分布在山西、內蒙古、陜西、新疆等北部和西部地區。我國能源消費需求主要集中在經濟較為發達的中東部地區，隨著中國能源開發西移和北移的速度加快，大型煤炭能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來越遠，能源輸送的規模越來越大。要滿足未來持續增長的電力需求，從根本上解決煤電運力緊張的問題，需要發展智能電網，實施電力的大規模、遠距離、率輸送。

        3、市場化和需求側管理

        大電網為了可持續發展,電網需要市場化：社會對能源的需求日益增加,需要降低能源的消耗;社會對物質的需求日益增加,需要提高電網的使用率。我國配電資產利用率較低：2008我國某配電設施利用率較高城市的10kV線路和變壓器載荷率的年持續曲線（年平均負載率僅30%,而美國為43%）zui大負荷時刻，10個城市10kV線路平均負載率全部在50%以下，其中有5個在40%以下，2個低于30%（東京為75%-85%）;10kV配變的平均負載率10個城市中有9個在40%以下，有3個在30%以下。

        由于負荷峰谷差比較大，致使現實電網的利用系數很低（據美國統計，約55%），一年內只有少數時間資產是被*使用的。解決辦法是縮小負荷曲線峰谷差。我國城市中居民用電在年典型峰荷日的峰荷時大多占到峰荷的12%~20%，如果消減6%~8%的峰荷，所節約的電力（發、輸、配）資產額十分巨大。沒有集成的通信基礎設施和相應的電能價格信號，處理混合電動汽車會非常困難,不僅效率低下，甚至會加劇峰荷問題。因此，需要開發智能充電器，其將根據電力市場信息，幫助管理好接于電網上的這類設備，同時避免電力基礎設施出現意外損壞。

        電力市場的開發需要可進行雙向交易的更的用戶界面：能夠很好地反映價格，使配電公司可增加配電消費的透明度;使配電運行調度可在實時運行中實現削峰填谷和優化調度，并使用戶可根據價格、可靠性等來進行實時交易，從而使參與的用戶獲得zui大的經濟效益;這將使配電網的運行更加復雜化、更難于預計。

         4、分布式電源和儲能裝置并網

         能源的壓力與生態文明意識，驅使人類注意使用太陽能、風能等可再生能源將是21世紀能源出路之一。分布式電源的特性：它們天然是分布式的;為了補償其不確定性和間歇性而強化了對儲能技術的需求;需求側管理（虛擬的電源）。風電由于價格下降，其推廣應用的前景已被認知;技術上的新進展大幅降低了太陽能發電的成本，已展示了太陽能發電的良好前景。如何處理數以萬計的廣泛分布的分布式電源和應對可再生的風能和太陽能發電的不確定性和間歇性，同時確保電網的安全性、可靠性與人身和設備安全，并激勵市場?未來配電系統的運行將由于配電網采用新的分布式電源設備而要求新的靈活的可重構的網絡拓撲、新的保護方案、新的電壓控制和新的儀表。

       5、提高供電可靠性和電能質量、節能降損和環保

        電網發展應面向未來數字化社會對供電可靠性和電能質量的嚴格要求。我國城市用戶停電時間過長，且10kV以下電網對用戶供電可靠性的影響在70-80%以上，而10kV電網的高裕度并未帶來高可靠性。

         效益方面，停電間隔和停電頻率的大幅度降低;少得多的電能質量擾動;有效地消除區域性大停電;大大地減輕對恐怖主義和自然災害的脆弱性;改善公眾和工人的人身安全;降低或緩解電價;為市場參與者提供新的選擇;更有效地運行和以很低的成本改善資產管理;降低網損;更廣泛地開發環境友好的資源;與各種配電管理相關的效益。要求采用：靈活的、可重構的配電網絡拓撲和可靠地雙向數字通信系統;配電運行;更高的可靠性要求使用分布式電源。