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十二五末中国智能电网技术和关键设备将重大突破
“十二五”期间,中国电网智能化发展将以特高压电网为骨干的坚强网架为基础，以通讯信息平台为支撑,以智能调控为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化。
　　到&十二五&末,中国技术和关键设备将实现重大突破,智能化标准体系基本完善,智能化达到较高水平。　　记者今日从中国企业联合会获悉,中国能源资源与需求呈逆向分布,大型煤电基地、水电基地和风电基地大多位于西部、北部偏远地区,大规模开发后电力需要远距离大容量向用电需求强劲的中东部输送,因而要求加快智能电网建设,提高电网的资源优化配置能力,满足中国快速增长的能源需求,保障能源安全。　　&十二五&期间,全球智能电网仍将处于发展初期,国内外基本处于同一起跑线上。这正是中国电力工业实现跨越式发展,领先世界的重要战略机遇期。　　据介绍，&十二五&期间,中国电网智能化发展将以电网为骨干的坚强网架为基础，以通讯信息平台为支撑,以智能调控为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现&电力流、信息流、业务流&的高度一体化。　　同时，在特高压交流试验示范工程的基础上,还结合加快建设西部、北部大型煤电基地,西南水电基地,酒泉、蒙西、张北等大型风电基地以及未来大核电基地的接入系统,重点加快华北、华东、华中特高压交流同步电网建设。2015年华北、华东、华中特高压电网形成&三纵三横&主网架,锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向华北、华东、华中地区送电,北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向华北、华中和长三角特高压环网送电。　　南方电网在&十二五&期间,规划建设糯扎渡电站送电广东&800千伏特高压直流工程、溪洛渡送广东&500 千伏等多项直流工程。2015年西电东送主网架在2010 年&五直八交&的基础上形成&九直八交&送电通道,各省(区)形成坚强的500千伏骨干网架。配合海南核电,建设海南与广东联网二期工程,加强与港澳特区联网,保障港澳电力供应。
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智能电网技术研发路在何方
日 16:21来源：电气中国
文/本刊记者
在世界范围内，智能电网正在带动上下游产业形成庞大的“智网产业链”。4月7日，美国电力科学研究院发布报告，对美国化电力系统以及部署智能电网技术的成本和收益进行了评估。
该报告估计，全面落实现代化电力系统和智能电网将花费3380亿~4760亿，而收益将达到13000亿~20000亿美元。该报告还分析了各方面的成本和收益，包括改善智能电网对可再生能源更有效的支持，更可靠的电力传输及质量保证，到加强电网安全和保障。同时，报告指出，做出这些改变将带来更高的电源利用率和更有效的高峰负荷管理。
美国电力科学研究院对于智能电网技术成本、收益的评估分析引起了国内对于智能电网建设的思考。“除了经济与可靠性，未来中国智能电网究竟需要什么样的设备是目前行业迫切需要明确的问题。”中国机械工业联合会顾问陆燕荪近日表示。
智能化不是惟一标准
统计数据显示，未来10年，我国智能电网预计年均投资约3000亿元。从产业链层面看，智能电网依次分为发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节，其所涉及的技术极为庞杂，每个环节都将应用大量的新技术。
科技部有关人士也于日前表示，“十二五”能源战略将把支持重点放在新能源产业的四大领域上，首先是智能电网领域。同时，国家电网公司也宣布将于今年推广建设11类智能电网试点工程，包括建设67座智能变电站、在19个城市核心区建成配电自动化系统等。
对此，厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强认为，智能电网的发展有利于清洁能源发展，促进节能减排，但其未来发展仍充满不确定性。在他看来，智能电网的发展速度取决于很多因素，如投资力度、技术难题、特高压和互动用电的发展进度以及清洁能源的发展速度。
“不出10年，太阳能光伏发电成本将降至与火电成本一样，但要将太阳能发的电与千家万户相连接，美国方面预计至少也要20年。”中国工程院院士余贻鑫在接受记者采访时呼吁，发展智能电网应循序渐进，不能操之过急。
事实上，从2009年提出“坚强智能电网”到此后大规模投资，国家电网公司两年来在智能电网领域动作频频，但由于缺乏国家力量的有力支撑，国家电网公司在智能电网建设上的力量仍显单薄。
采访中有专家表示，除了政策、成本因素的影响，智能电网目前的发展还受制于相关产业，如变压器、自动化设备、电网基础设施以及与电网智能应用相关的信息通信软件等的发展进程。
据了解，智能电网建设不仅将对技术、互联网技术以及信息技术进行了有机结合，还将使集成技术得以更为广泛的应用，而实现智能电网的关键设备智能化则是未来整个电力网络的发展方向。
对于电力设备商来说，如何在发电、输电和配电、用电整个环节实现管控一体化、互动化是关注的焦点；而对于自动化企业来说，提供从发电到用电整个价值链中的自动化、IT和可控制的电力设备来满足智能电网的需求，则是未来占据电力市场的关键。
业内人士分析，智能电网建设过程中，输变电产品，尤其是一二次设备突破原来的界线互相渗透，在以往开关设备、输电线路、变压器产品融入智能化的元素，可以实时监控、可以实现对出现的故障进行简单处理等。
近日，由常州变压器有限公司设计制造的500kV智能变压器就充分体现了该公司在我国超(特)高压智能变压器设计制造上的领先水平。据悉，此类变压器可通过安装智能组件和套管式有源电子互感器，实现对变压器油中溶解气体、微水、铁心接地、局放、温度等状态的实时监测。
像常州东芝变压器有限公司这样的企业还有很多，采访中记者获悉，尽管目前智能电网的建设尚处于筹备及试点阶段，但为数不少的电气设备商早已开始涉足智能化设备研究和制造，而这种研发也引起了业界专家的担忧。“某些设备上的智能化功能不仅不能满足智能电网的需要，甚至还会影响设备的稳定与可靠性。”专家提示，设备制造企业在技术研发方面不可一味盲目追求智能化，更要注重产品性能及可靠性。
国家电网公司南自电网研究院高级设计师陈福锋对记者说：“从技术层面来讲，除了电器设备的智能化，智能电网的发展在建设坚强、稳定的大电网基础上，还要在微电网技术、能容纳各类新能源的调度管理系统、用户侧管理系统的智能配电网技术、基于物联网的电力设备全寿命周期管理技术等方面着重推进。”
技术方向转移
事实上，通过对比不难发现，由于中国能源分布远离负荷中心，为缓解中国煤电油运的突出矛盾，我国智能电网的发展走了一条与欧美截然不同的路线，国家电网公司提出的“坚强”智能电网，使得输电网侧的智能电网相关技术在中国率先突破和大量应用。
截至目前，国家电网1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程、±800千伏四川向家坝—上海直流特高压示范工程相继建成，南方电网云南—广州±800千伏特高压直流输电工程也正在建设之中。
“在输电侧，中国的特高压远距离输送的能力、数字化控制技术处于世界领先地位。”科学研究院首席专家胡学浩表示，“但是，中国在配电领域就大大地落后了，AMI(高级量测体系)，美国覆盖率6%，AMR(自动抄表系统)美国覆盖了30%，中国几乎是零。”
从衡量一国电力可靠性的重要指标“年停电时间”来看，2009年中国平均为每户9小时，而东京是5分钟，新加坡是2分钟。背后的实质是，“电力公司还是管理者的姿态，用户也没有停电要求补偿的意识。未来配电领域还有太多的工作要做。”南方电网公司专家委员会秘书长、中国工程院院士李立对在接受媒体采访时表示。
胡学浩认为，智能电网侧重输电还远远不够，未来5年，技术重点必须逐渐转移至配电、用电领域。
研究员王凡表示，长期来看，智能配用电建设的热点可能将多于智能输变电。
对此，国家电网智能电网部有关人士表示，目前其牵头制定的智能电网的标准体系涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度等8个方面，并没有明显的轻重之分，只是相比之下，配用电端的智能化程度低于输变电系统。因此，从这一角度上看，未来可能会对配用电的智能化建设力度更大一些。
今年初，国家电网公司公布了第二批12个试点项目，内容包括“智能电网综合示范工程、智能用电小区/楼宇试点工程、多网融合试点工程”等，试点更加注重于提高电网技术和生产力水平。
然而，在示范工程如火如荼立项、实施的同时，由标准问题所带来制约却日趋凸显。
2010年6月，由国家电网公司编制的《智能电网关键设备(系统)研制规划》和《智能电网技术标准体系规划》正式发布。但上述标准却不是行业内惟一标准。目前，南方电网也在致力于对智能电网相关标准的研究，并也有相应的研究成果出炉。
更为关键的是，上述智能电网标准均不是国家标准，且同国际标准的对接尚存阻力。
就智能电表领域而言，目前国内有等多家企业涉足生产，但“基本上还是根据地方的试点项目度身定做的，不是一个通用智能电表。在其他项目使用和出口中，还要面临标准统一问题。”泰科电子(上海)有限公司电力产品部新能源产品经理赵天意表示。
一个现实的例子就是，国家电网公司全面接管菲律宾电力公司后，希望推广中国国标的智能电表，但是菲律宾倾向于美国的智能电网标准，中国产品的出口即面临阻碍。
对于设备制造企业，未被统一的智能电网建设标准意味着难以预测的风险。
采访中一位不愿具名的电气设备企业负责人告诉记者，有国家电网方面人士曾在某内部会议上表示，目前可以顺利进入示范工程、试点项目中的设备的技术水平及研发标准不能等同于未来智能电网建设的实际需要。“即使有的设备已经在示范项目上使用，也不代表这样的设备就是未来智能电网建设真正需要的。”
关于智能电网的众说纷纭也让部分业界人士开始谨慎投资。在电网信息和系统已经扎根16年，但目前智能电网业务占公司总比重不超过5%，该集团董事长兼CEO刘积仁认为，由于存在政策和技术层面的问题，国内智能电网成熟还将有很长的路要走，“智能电网是很好的概念，是全世界的趋势，但在短期内难以实现，并且投入成本会很高，至少在5年之内还不会达到目前大家的预期。”
“合力”建设
中国智能电网的发展早已不单纯是电力系统本身的事情，而是影响整个社会经济发展全方位的战略性的项目。定义、技术方向、标准、发展路径……未来的智能电网建设或将使现有的电网管理体制、价格机制、定价等方式都发生改变。
“智能电网建设是一项长期复杂的系统工程，离不开各个利益相关方的参与和推动。”国网能源研究院靳晓凌博士认为， 智能电网的利益相关方涵盖电力系统全产业链，以及政府、装备和服务供应商、金融机构、科研机构等多个方面，而且各利益相关方的关注点也各有侧重，智能电网涉及电力系统整体的变革，更需要各行业机构协同以及资金、政策支持。
与此同时，建立跨行业的沟通和合作平台，在智能电网建设方面形成合力在此时显得尤为重要。能源产业研究中心高级顾问袁颖指出，要完全实现智能电网是一个分阶段、分层次的过程。这个过程不仅受国家政策、投资等影响，而且包括现有技术的成熟性、经济性、电网基础，以及整个社会的用电习惯和相关产业的发展等方面。这个实现过程可能需要10年或是更久。
在此前公布的“十二五”规划纲要明确提出，未来5年我国将依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电网优化配置电力能力和供电可靠性；开展智能电网建设试点，改造建设智能变电站，推广应用智能电表，配套建设电动充电设施。
采访中业内人士指出，未来惟有形成由政府为主导、多方积极参与的发展格局，才能全面推进中国智能电网发展，也更加便于企业进一步明确并适应智能电网建设需要。
跨国咨询公司埃森哲的战略咨询全球主管马克•斯佩尔曼表示，下一步中国智能电网发展面临的最大挑战，是要在国家统一规划和推动下，在全国范围内以更快的速度和更大的规模部署试点项目。
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一、提出智能电网概念的背景
智能电网的概念首先是在欧美发达国家提出的。由于计算机、通信、电力电子等新技术的飞速发展，社会各行各业都已经应用这些新技术提高行业的现代化水平，电力工业是一个传统的产业，已经经历了上百年的历史，而且欧美发达国家的电网设备已经进入老化的时期，迫切要求更新改造，而这些新技术的发展使得实现电网智能化成为可能;欧美很多国家都实施了电力的市场交易，电力市场的自由化迫切要求发电、电网、零售商和用户参与电力市场，用户要求实时报价，这就要求电网能够智能化以满足其对电网信息的需求;广大用户对可靠性和服务水平的要求不断提高，不进行电网的智能化改造就不可能提高供电的可靠性;同时分布式电源，特别是可再生能源的涌入要求电网实现智能化，以使其能随时与电网互联，满足其参与市场竞争的需求;特别是2003年美加大停电后，美国的政府机构、科研部门、大学开始注意到美国电网的脆弱性，开始研究如何提高电网的可靠性，基于以上几个方面的原因，欧美国家相继提出了其智能电网的概念。
二、国内外研究现状
为了应对电力市场的自由化、用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提高以及大量分布式电源的引入，特别是2003年美加大停电出现的问题，以欧美发达国家为代表，上至欧盟委员会、美国能源部，下至各种类型的电力企业与组织，纷纷投入相当的精力研究智能电网，力图尽早取得突破。日本、加拿大、澳大利亚等国家也开始注意到电网的这一新发展动向，正在积极跟进。国内对智能电网的研究是一个逐步成长的过程，早在2000年，清华大学卢强院士就提出了“数字电力系统”的概念，随后电力系统的数字化在稳步推进，电力企业也纷纷提出建立数字化电网、信息化企业的构想，国家电网公司也提出了要建设数字化电网、信息化企业的发展战略，并制定了“数字化电网关键技术研究框架”，试图探讨电网和企业的数字化问题，应该说国内所提的数字化电网的概念是目前所说的智能电网概念的重要组成部分，而且国内对智能电网的研究还没有形成系统的理论和实践。
1、国外研究情况
自2003年起，美国多个政府及民间组织分别对现状和智能电网愿景进行了分析，并提出了各自的定义和行动计划建议，其中具有典型意义的是美国电力科学研究院(EPRI)提出的智能电网(Intelligrid)定义和美国能源部下属国家能源技术实验室的“现代化电网(Modern Grid)”的定义。
(1)美国电力科学研究院(EPRI)研究的智能电网(IntelliGrid)
美国电力科学研究院从2003年开始，历时18个月，研究了综合能源及通信系统体系架构IECSA(Integrated Energy and Communication Systems Architecture)，并将未来电网定义为“智能电网(IntelliGrid)”。
按照美国电力科学研究院的定义，未来的电网将是高速通信网络和电力网络的有机结合，形成一个统一的和通信系统，它对未来电力系统的描述可以概括为：电力系统包含大量的自动输电和配电系统，它们运行在一个高效、可靠且相互协调的模式下;系统能够以自愈的方式处理紧急情况，同时对能量市场和电力公司的业务需求能够给予快速响应;系统能够服务于数量巨大的用户，同时具备一个智能的通信设施以实现及时、安全、自适应的信息交换，从而保证为社会提供可靠而经济的能源。其目标是：
 自愈(Self-Healing)和在电网出现紧急状况前能自适应地解决问题，这是智能电网最重要的特点，因此也称其为自愈电网(Self-Healing Grid，SHG);
 交互(Interactive)，与用户和市场的交互;
 优化(Optimized)，以使资源和设备得到最好的应用;
 预测(Predictive)，而不是被动地反应，在事故前预防紧急情况而不是事故后的解决问题;
 分布式的资产和信息(Distributed assets and information)，跨地理和组织边界的分布式的资产和信息的管理;
 集成(Integrated)，将所有主要的信息进行集成和合并;
 安全(More Secure)，使电网面对所有攻击更加安全。
在这个目标下，智能电网的主要组成部分有：
综合能源和通信系统(IECSA)，这是一个开放式的、基于标准的架构，集成了数据通信网络和智能设备，用来支持未来电力的交换，所以未来的智能电网必然是建立在基于统一标准的高速通信系统之上的。
输配电系统的快速仿真和建模(Transmission Fast Simulation and Modeling (T-FSM)，Distribution Fast Simulation and Modeling (D-FSM))，这是实现故障的定位和隔离、网络重构等自愈功能的基础。
用户管理系统，把积极的电力用户集成到电网中，使用户参与到输配电运行的辅助服务中来。
分布式电源管理系统，把分布式电源集成到电网中，使分布式电源能够提供更多的辅助服务。
高级的电力电子设备，基于电力的FACTS技术参与到电网的动态管理中，实现电网的自愈。
高级的技术，自动把分布式电源接入电网中，使得参与者能够提供辅助服务。
电能质量优化和评估系统，使电能质量能够优化和评估。
(2)美国国家能源技术实验室(NETL)研究的“现代化电网(Modern Grid)”
美国国家能源技术实验室(NETL)是美国能源部下属的研究机构，其内部成立了现代化电网计划团队，该团队在美国召开了七次现代化电网区域首脑会议，邀请来自政府、电力公司、区域输电组织、消费者和环境保护团体、大学、研究和发展机构的领导人共同讨论制定现代化电网构想的方法，并于2007年1月发布了其关于未来电网的构想，并称之为：现代化电网的系统化构想。该构想由五个主要要素组成，分别为关键成功因素、性能、主要特征、关键技术领域以及指标体系，为现代化电网描绘了美好的前景。本文关于智能电网的目标、主要特征以及关键技术领域的内容就是以此为基础阐述的。
(3)欧洲委员会的“欧洲智能电网技术平台”(Smart Grids)
在欧洲，智能电网建设的驱动因素可以归结为市场、安全与电能质量、环境等三方面。欧洲电力企业受到来自开放的电力市场的竞争压力，亟须提高用户满意度，争取更多用户。因此提高运营效率、降低电力价格、加强与客户互动就成为了欧洲智能电网建设的重点之一。与美国用户一样，欧洲电力用户也对电力供应和电能质量提出了更高的要求。而对环境保护的极度重视，则造成欧洲智能电网建设比美国更为关注可再生能源的接入，以及对野生动物的影响。为此，2005年欧盟委员会启动了相关的研究与建设工作，提出了在欧洲要建设的智能电网的定义，并制定了“未来欧洲电网构想和战略”以及“未来欧洲电网战略研究计划”，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5个主要研究领域共19个研究任务。
2、国内研究情况
国内对智能电网的研究还处于起步阶段，2000年，清华大学卢强院士提出了“数字电力系统”(Digital Power Systems，缩写为DPS)的概念，并将其定义为：某一实际运行的电力系统的物理、物理特性、技术性能、经济管理、指标、人员状况、科教活动等数字地、形象化地、实时地描述与再现。如果做到了这一点，就可以说我们建立了该实际电力系统的数字电力系统。这一定义认为数字电力系统主要包括管理和决策的科学化、安全稳定性实时评估与改善、经济运行策略制定和实行、紧急控制的实施、最适解列方案的实施、快速恢复策略的制定、科学研究和系统等七个方面的主要功能。卢强院士将一个实际的电力系统和一个数字电力系统对应起来，通过数字电力系统的实时仿真来实现对实际电力系统的控制。其所定义的数字电力系统及其功能都包含在目前所热议的智能电网的概念中，因此可以说，数字电力系统是智能电网的一个子集。
近年来，国家电网公司制定了“构建数字化电网，打造信息化企业”的战略目标，并于2007年制定了“数字化电网关键技术研究框架”，该框架对数字化电网的内涵进行了的描述：数字化电网面向输电网和配电网，综合运用各种先进科技和数字化手段，对实际电网进行全面、精确的数字化描述，为电网生产全过程提供完整、统一、准确地信息，实现对电网直观、实时的监控和智能分析，并为规划、计划、设计、建设、运行、调度、营销等各个环节的科学决策提供技术支持，保证电网安全稳定、经济优质运行，提高电网公司生产效率，为建设信息化企业奠定基础。这一内涵描述是将实际物理电网上的分散的信息和数据集中到电脑网络上进行共享和展示，使得物理电网有了一种数字化的表述方式。这一概念仍然以电网的信息化为核心，从电网信息的产生、获取、传输、处理、共享、应用及管理等方面对电网进行描述，因此这一数字化电网的概念是从企业管理和电网信息化的角度来描述的。
国内的电力公司在智能电网的研究和实践还很少，目前主要有华东电网公司帅军庆总经理提出了要建设华东智能电网的设想，并发表了《瞄准世界前沿 建设智能电网》的文章。文章结合华东电网公司的现状和今后发展的要求，论述了建设智能电网符合电网未来的发展方向，建设智能电网将带来电网发展的深刻变化，并提出了华东电网公司建设智能电网的战略构思和行动计划。文章认为，智能电网是世界电网发展的新趋势，也符合华东区域经济社会发展的要求，同时华东电网初步具备智能电网的建设条件，因此建设智能电网符合电网未来的发展方向，在此基础上，文章概括了智能电网的特点为：自愈、安全、经济、清洁，能够提供适应未来经济社会发展需要的优质电力与服务，并提出了电网企业在建设智能电网过程中的重要特征为：关注未来、随需而变、迅速掌控、服务优质。最后文章提出了华东电网公司建设智能电网的战略构思和行动计划，其智能电网建设愿景是以提升大电网安全稳定运行能力为中心，打造一个平台，确立三个阶段，提升五个能力，争取在2030年将华东电网全面建设成为智能电网。其战略构思和行动计划就是打造一个精细、高效的电网生产和企业管理集成平台，确立了巩固提升(年)、全面转型(年)、引领超越(年)的三个阶段，提升大电网规划的统一优化、驾驭大电网安全运行、电网资产全寿命管理、企业级辅助决策和自主创新的五个能力，通过这一战略构思和行动计划的实施，全面统筹推进华东智能电网的建设实践。这是国内第一个提出了建设智能电网具体构想的电力企业。
三、智能电网概念
智能电网，顾名思义就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
1、 智能电网的目标
智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现这些目标，就可以称其为智能电网。
 智能电网必须更加可靠—智能电网不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力供应。它对电网可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。它在用户受到断电影响之前就能采取有效的校正措施，以使电网用户免受供电中断的影响。
 智能电网必须更加安全—智能电网能够经受物理的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不会付出高昂的恢复费用。它更不容易受到自然灾害的影响。
 智能电网必须更加经济—智能电网运行在供求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。
 智能电网必须更加高效—智能电网利用投资，控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产和资产利用更加高效。通过控制潮流的方法，以减少输送功率拥堵和允许低成本的电源包括可再生能源的接入。
 智能电网必须更加环境友好—智能电网通过在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来减少对环境的影响。进一步扩大可再生能源的接入。在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资产将占用更少的土地，减少对的实际影响。
 智能电网必须是使用安全的—智能电网必须不能伤害到公众或电网工人，也就是对电力的使用必须是安全的。
2、智能电网的主要特征
智能电网包括七个方面的主要特征，这些特征从功能上描述了电网的特性，而不是最终应用的具体技术，它们形成了智能电网完整的景象。
智能电网是自愈电网。“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”。这是智能电网最重要的特征。
自愈电网进行连续不断的在线自我评估以预测电网可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正。自愈电网确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。
自愈电网将尽量减少供电服务中断，充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务。基于实时测量的概率风险评估将确定最有可能失败的设备、发电厂和线路;实时应急分析将确定电网整体的健康水平，触发可能导致电网故障发展的早期预警，确定是否需要立即进行检查或采取相应的措施;和本地和远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望的系统状态，基于这些分析，采取适当的控制行动。
自愈电网经常应用连接多个电源的网络设计方式。当出现故障或发生其他的问题时，在电网设备中的先进的传感器确定故障并和附近的设备进行通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外的可靠的电源上，同时传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。
智能电网激励和包括用户。在智能电网中，用户将是电力系统不可分割的一部分。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性;从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。
在智能电网中，用户将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费。同时需求响应(DR)计划将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力使电力公司尽量减少资本开支和营运开支，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，同时也提供了大量的环境效益。
在智能电网中，和用户建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也可以根据这些信息制定自己的电力使用的方案。
智能电网将抵御攻击。电网的安全性要求一个降低对电网物理攻击和网络攻击的脆弱性并快速从供电中断中恢复的全系统的解决方案。智能电网将展示被攻击后快速恢复的能力，甚至是从那些决心坚定和装备精良的攻击者发起的攻击。智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低其后果和快速恢复供电服务。
智能电网也能同时承受对电力系统的几个部分的攻击和在一段时间内多重协调的攻击。智能电网的安全策略将包含威慑、预防、检测、反应，以尽量减少和减轻对电网和经济发展的影响。
不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全等手段，提高智能电网抵御风险的能力。
智能电网提供满足21世纪用户需求的电能质量。电能质量指标包括电压偏移、频率偏移、三相不平衡、谐波、闪变、电压骤降和突升等。由于用电设备的数字化，对电能质量越来越敏感，电能质量问题可以导致生产线的停产，对社会经济发展具有重大的损失，因此提供能满足21世纪用户需求的电能质量是智能电网的又一重要特征。
但是电能质量问题又不是电力公司一家的问题，因此需要制定新的电能质量标准，对电能质量进行分级，因为并非所有的商业企业用户和居民用户，都需要相同的电能质量。电能质量的分级可以从“标准”到“优质”，取决于消费者的需求，它将在一个合理的价格水平上平衡负载的敏感度与供电的电能质量。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。
智能电网将减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。通过其先进的控制方法监测电网的基本元件，从而快速诊断并准确地提出解决任何电能质量事件的方案。此外，智能电网的设计还要考虑减少由于闪电、开关涌流、线路故障和谐波源引起的电能质量的扰动，同时应用超导、材料、储能以及改善电能质量的电力电子技术的最新研究成果来解决电能质量的问题。
另外，智能电网将采取技术和管理手段，使电网免受由于用户的电子负载所造成的电能质量的影响，将通过监测和执行相关的标准，限制用户负荷产生的注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。
智能电网将容许各种不同类型发电和储能系统的接入。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于“即插即用”，这一特征对电网提出了严峻的挑战。
改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户可以自己的发电设备(包括高效热电联产装置)和电力储能设施将更加容易和更加有利可图。
在智能电网中，大型集中式发电厂包括环境友好型电源，如风电和大型太阳能电厂和先进的核电厂将继续发挥重要的作用。加强输电系统的建设使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。
智能电网将使电力市场蓬勃发展。在智能电网中，先进的设备和广泛的通信系统在每个时间段内支持市场的运作，并为市场参与者提供了充分的数据，因此电力市场的基础设施及其技术支持系统是电力市场蓬勃发展的关键因素。
智能电网通过市场上供给和需求的互动，可以最有效地管理如能源、容量、容量变化率、潮流阻塞等参量，降低潮流阻塞，扩大市场，汇集更多的买家和卖家。用户通过实时报价来感受到价格的增长从而将降低电力需求，推动成本更低的解决方案，并促进新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。
最后，智能电网优化其资产应用，使运行更加高效。智能电网优化调整其电网资产的管理和运行以实现用最低的成本提供所期望的功能。这并不意味着资产将被连续不断地用到其极限，而是有效地管理需要什么资产以及何时需要，每个资产将和所有其他资产进行很好的整合，以最大限度地发挥其功能，同时降低成本。
智能电网将应用最新技术以优化其资产的应用。例如，通过动态评估技术以使资产发挥其最佳的能力，通过连续不断地监测和评价其能力使资产能够在更大的负荷下使用。
智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。
系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的这些调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。
此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料，并将集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具，创造出最佳的设计来，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。这样，运行和维护费用以及电网建设投资将得到更为有效的管理。
四、智能电网关键技术领域
智能电网的目标和主要特征决定了实现智能电网需要开展很多关键技术的研究和应用，通过这些技术的研究和应用，逐步达到智能电网的目标，实现其主要特征，从而推动现代电网向智能电网的转变。美国国家能源技术实验室确定了实现智能电网主要特征的五个关键技术领域。
1、 集成通信技术(Integrated Communications)
建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。下图显示了电网和通信网络的关系。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。当这样的通信系统建成后，它可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。
高速双向通信系统的建成，智能电网通过连续不断地自我监测和校正，应用先进的信息技术，实现其最重要的特征—自愈特征。它还可以监测各种扰动，进行补偿，重新分配潮流，避免事故的扩大。高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备(IEDs)、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信，提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平。
在这一技术领域主要有两个方面的技术需要重点关注，其一就是开放的通信架构，它形成一个“即插即用”的环境，使电网元件之间能够进行网络化的通信;其二是统一的技术标准，它能使所有的传感器、智能电子设备(IEDs)以及应用系统之间实现无缝的通信，也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解，实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。这就需要电力公司、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作，才能实现通信系统的互联互通。
2、 参数量测技术(Sensing and Measurement)
参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通。
未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统，取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外，还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策，编制时间表，自动控制用户内部电力使用的策略。
对于电力公司来说，参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供更多的数据支持，包括功率因数、电能质量、相位关系(WAMS)、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。新的软件系统将收集、储存、分析和处理这些数据，为电力公司的其他业务所用。
未来的数字保护将嵌入计算机代理程序，极大地提高可靠性。计算机代理程序是一个自治和交互的自适应的软件模块。广域监测系统、保护和控制方案将集成数字保护、先进的通信技术以及计算机代理程序。在这样一个集成的分布式的保护系统中，保护元件能够自适应地相互通信，这样的灵活性和自适应能力极大地提高可靠性，因为即使部分系统出现了故障，其他的带有计算机代理程序的保护元件仍然能够保护系统。
下图是美国电力科学研究院提出的用户门户系统图，通过用户门户，实现与居民用户、商业用户以及工业用户的双向通信并读取所需要的信息。
3、 先进设备技术(Advanced Components)
智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。
从目前来看，未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。
通过采用新技术和在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点来提高电能质量。通过应用和改造各种各样的先进设备，如基于电力电子技术和新型导体技术的设备，来提高电网输送容量和可靠性。配电系统中要引进许多新的储能设备和电源，同时要利用新的网络结构，如微电网。
经济的FACTS装置将利用比现有半导体器件更能控制的低成本的电力半导体器件，使得这些先进的设备可以广泛的推广应用。分布式发电将被广泛地应用，多台机组间通过通信系统连接起来形成一个可调度的虚拟电厂。超导技术将用于短路电流限制器、储能、低损耗的旋转设备以及低损耗电缆中。先进的计量和通信技术将使得需求响应的应用成为可能。
新型的储能技术将被应用为分布式能源或大型的集中式电厂。大型发电厂和分布式电源都有其不同的特性，它们必须协调有机的结合，以优化成本，提高效率和可靠性，减少环境影响。
4、 先进控制技术(Advanced Control Methods)
先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。
从某种程度上说，先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术监测基本的元件(参数量测技术)，提供及时和适当的响应(集成通信技术;先进设备技术)并且对任何事件进行快速的诊断(先进决策技术)。另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。
未来先进控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统，在专家系统允许的范围内，采取自动的控制行动。这样所执行的行动将在秒一级水平上，这一自愈电网的特性将极大地提高电网的可靠性。
当然先进控制技术需要一个集成的高速通信系统以及对应的通信标准，以处理大量的数据。先进控制技术将支持分布式智能代理软件、分析工具以及其它应用软件。
(1)收集数据和监测电网元件
先进控制技术将使用智能传感器、智能电子设备以及其他分析工具测量的系统和用户参数以及电网元件的状态情况，对整个系统的状态进行评估，这些数据都是准实时数据，对掌握电网整体的运行状况具有重要的意义，同时还要利用向量测量单元以及全球卫星定位系统的时间信号，来实现电网早期的预警。
(2)分析数据
准实时数据以及强大的计算机处理能力为软件分析工具提供了快速扩展和进步的能力。状态估计和应急分析将在秒级而不是分钟级水平上完成分析，这给先进控制技术和系统运行人员足够的时间来响应紧急问题;专家系统将数据转化成信息用于快速决策;负荷预测将应用这些准实时数据以及改进的天气预报技术来准确预测负荷;概率风险分析将成为例行工作，确定电网在设备检修期间、系统压力较大期间以及不希望的供电中断时的风险的水平;电网建模和仿真使运行人员认识准确的电网可能的场景。
(3)诊断和解决问题
由高速计算机处理的准实时数据使得专家诊断来确定现有的、正在发展的和潜在的问题的解决方案，并提交给系统运行人员进行判断。
(4)执行自动控制的行动
智能电网通过实时通信系统和高级分析技术的结合使得执行问题检测和响应的自动控制行动称为可能，它还可以降低已经存在问题的扩展，防止紧急问题的发生，修改系统设置、状态和潮流以防止预测问题的发生。
(5)为运行人员提供信息和选择
先进控制技术不仅给控制装置提供动作信号，而且也为运行人员提供信息。控制系统收集的大量数据不仅对自身有用，而且对系统运行人员也有很大的应用价值，而且这些数据辅助运行人员进行决策。
5、 决策支持技术(Improved Interfaces and Decision Support)
决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。
在许多情况下，系统运行人员做出决策的时间从小时缩短到分钟，甚至到秒，这样智能电网需要一个广阔的、无缝的、实时的应用系统、工具和培训，以使电网运行人员和管理者能够快速的做出决策。
(1)可视化—决策支持技术利用大量的数据并将其裁剪成格式化的、时间段和按技术分类的最关键的数据给电网运行人员，可视化技术将这些数据展示为运行人员可以迅速掌握的可视的格式，以便运行人员分析和决策。
(2)决策支持—决策支持技术确定了现有的、正在发展的以及预测的问题，提供决策支持的分析，并展示系统运行人员需要的各种情况、多种的选择以及每一种选择成功和失败的可能性。
(3)调度员培训—利用决策支持技术工具以及行业内认证的软件的动态仿真器将显著的提高系统调度员的技能和水平。
(4)用户决策—需求响应(DR)系统以很容易理解的方式为用户提供信息，使他们能够决定如何以及何时购买、储存或生产电力。
(5)提高运行效率—当决策支持技术与现有的资产管理过程集成后，管理者和用户就能够提高电网运行、维修和规划的效率和有效性。
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