智能电网的技术组成和实现顺序

2009年第3卷第2期南方电网技术特约专稿2009，V ol. 3，No.2 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY FeaturedArticles 文章编号：1674-0629(2009)02-0001-05 中图分类号：TM73; TM933 文献标志码：A智能电网的技术组成和实现顺序余贻鑫（天津大学电气与自动化工程学院，天津300072）提要：概述了现代电网的目标、特征、主要技术组成和实现顺序等问题。

智能电网研究的4大目标是：实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。

在技术上智能电网通过高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）之间的密切配合实现上述目标。

发展智能电网的顺序会影响成本和效益，一般情况下 AMI 是电网智能化的第一步，在对电能质量要求高的地方可以试点ADO。

灵活的可重构的配电网络拓扑和集成的能量与通信系统IECSA是未来智能电网的基础，所以城市电网规划阶段需要有长远考虑。

关键词：智能电网；高级量测体系；高级配电运行；高级输电运行；高级资产管理Technical Composition of Smart Grid and its Implementation SequenceYU Yi-xin(School of Electrical and Automation Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: The objectives, features, main technical composition of the modern power grid and its implementation sequence are brieflydiscussed. The four major objectives of smart-grid development are to achieve safe and stable operation of power grid, to enabledistributed generation with great efficiency, to improve the utilization of the grid’s assets, and to provide power for consumers withhigher efficiency, reliability and quality. These objectives can technitically reach through the smart grid with close cooperation of theAMI, ADO, ATO and AAM. The costs and benefits of smart-grid development are depending on its implementation sequence, andthus the first step of smart-grid development is generally AMI while ADO is proposed to test in areas of high power qualityrequirement. It is suggested that even at the planning stage of a urban power grid, its long-term development should be taken intoaccount as the flexible and reconfigurable distribution-network topology and the integrated energy and communication systemarchitecture (IECSA) are the foundation of any smart-grid.Key words: smart-grid; advanced metering infrastructure; advanced distribution operation; advanced transmission operation;advanced asset management1 智能电网概述近来国际上，特别是在北美和欧洲关于“智能电网”的研究和讨论很热[1−9]。

智能电网是使用健全的双路通信、高级的传感器和分布式计算机的电力传输与分配网络，其目的是改善电力传送和使用的效率、可靠性和安全。

常用的英文术语有：Smart Grid，IntelliGrid，Self-Healing Grid，Modern Grid 等。

这些词具有相似的内涵，目前使用较多的是Smart Grid。

本文使用的“智能电网”与此词相对应。

由于目前在发、输、配、用电这一链条中，配电、用电以及电力公司和终端用户的合作等环节较发电和输电环节薄弱，所以国际上关于智能电网的研究报告中，关于配电网的相对地较多。

1.1 智能电网研究的目标智能电网研究的目标是：1）实现（以抵御事故扰动为目的）安全稳定运行，降低大规模停电的风险；2）使分布式电源（DER，含分布式发电、分布式储能和电力用户的需求响应）得到有效的利用；3）提高电网资产的利用率；4）提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。

需要强调的是，驱使人们研究智能电网的，不是电的成本，而是由于缺乏合格电力所造成损失的成本。

而通信和信息技术的长足发展已为实现这些目标准备好了良好的技术条件。

1.2 智能电网的主要特征同目前电网的功能相比较，将来智能电网的主2 南方电网技术第3卷要特征是：1）激励节约用电——向用户提供充分的实时（或分时）电价信息，有许多方案和电价可供用户选择；2）提供发电及储能——以大量“即插即用”的分布式电源补充集中式发电；3）使市场化成为可能——末端用户可以积极参与成熟、健壮、很好集成的趸售市场；4）满足电能质量需要——有各种各样的质量、价格方案可供选择；5）优化——电网智能化与资产管理软件深度的集成；6）自愈——发生故障时系统可自愈，减少停电影响；7）抵御攻击——遇到恐怖攻击或自然灾害时具有快速恢复供电的能力等。

2 智能电网的主要技术组成与功能智能电网主要由4部分组成：1）高级量测体系（advanced metering infra-structure，AMI）；2）高级配电运行（advanced distribution op-eration，ADO）；3）高级输电运行（advanced transmission op-eration，ATO）；4）高级资产管理（advanced asset management，AAM）。

各部分的技术组成见图1，用不同的灰度来区分，其中每一部分都有许多新技术需要研究与开发。

2.1 高级量测体系（AMI）AMI 主要功能是授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行。

AMI是许多技术和应用集成的解决方案[10]，如图1所示，其技术组成和功能主要包括：1）智能电表。

可以定时或即时取得用户带有时标的分时段的（如15 min，１h等）或实时（或准实时）的多种计量值，如用电量、用电功率、电压、电流和其他信息；事实上已成为电网的传感器。

2）通信网络。

采取固定的双向通信网络，能把表计信息（包括故障报警和装置干扰报警）接近于实时地从电表传到数据中心，是全部高级应用的基础。

3）计量数据管理系统（MDMS）。

这是一个带有分析工具的数据库，通过与AMI自动数据收集系统的配合使用，处理和储存电表的计量值。

4）用户室内网（HAN）。

通过网关或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置（如可编程的温控器）连接起来，使得用户能根据电力公司图1 智能电网的技术组成与功能Fig. 1 Technical Composition and Functionality of Smart Grid第2期余贻鑫：智能电网的技术组成和实现顺序 3的需要，积极参与需求响应或电力市场。

5）提供用户服务（如分时或实时电价等）。

6）远程接通或断开。

2.2 高级配电运行（ADO）如图1所示，ADO的技术组成和功能主要包括：1）高级配电自动化；2）高级保护与控制；3）配电快速仿真与模拟；4）新型电力电子装置；5）DER运行；6）AC/DC微网运行；7）运行管理系统（带有高级传感器）。

ADO 主要的功能是使系统可自愈。

为了实现自愈，电网应具有灵活的可重构的配电网络拓扑和实时监视、分析系统目前状态的能力。

后者既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应的能力。

而在系统中安放大量的监视传感器并把它们连接到一个安全的通信网上去，是做出快速预测和响应的关键。

快速仿真与模拟（fast simulation and modeling，FSM）是ADO的核心软件，其中包括风险评估、自愈控制与优化等高级软件系统，为智能电网提供数学支持和预测能力，以期达到改善电网的稳定性、安全性、可靠性和运行效率的目的。

配电快速仿真与模拟（DFSM）需要支持4个主要的自愈功能：1）网络重构；2）电压与无功控制；3）故障定位、隔离和恢复供电；4）当系统拓扑结构发生变化时继保再整定。

上述主要功能相互联系，致使DFSM变得很复杂。

例如，电网的任一重构要求一个新的继电保护配合和新的电压调节方案，还包含恢复供电功能。

DFSM通过如图2[11]所示的分布式的智能网络代理（intelligent network agents，INAs）来实现跨地理边界和组织边界的智能控制，从而实现系统的自愈功能。

这些智能网络代理，能收集和交流系统信息并对（诸如继电保护操作这样的）局部控制做出决策，同时根据整个系统要求协调这些决策。

ADO中的高级配电自动化（ADA）是智能电网实现自愈的基础。

与传统配电自动化相比，ADA 是革命性的。

因为ADA是用于电力交换系统的（由于分布式电源上网运行，而使配电网支路上的潮流可能是双向的），其中将使用电力电子、信息、分布式计算与仿真方面的新技术；同时，ADA可为用户图2 分布式（非中央化）的智能体系结构Fig. 2 Architecture of Distributed (Noncentral) Smart Grid4 南方电网技术第3卷提供新的服务。

2.3 高级输电运行（ATO）的技术与功能ATO强调阻塞管理和降低大规模停运的风险，ATO同 AMI，ADO和AAM的密切配合实现输电系统的（运行和资产管理）优化。