美国智能电网规划

电网数字化、智能化实践的技术要点分析摘要：对智能电网的理念进行阐述，并在此基础上对数字化变电站和智能电网的功能架构的相关性进行分析，结合某电网500kV徐行变数字化改造试点项目提出现阶段电网数字化、智能化实践的核心技术要点。

关键词：智能电网；数字化变电站；试点应用前言：智能电网是对电网未来发展的一种愿景，即以包括发电、输电、配电、储能和用电的电力系统为对象，应用数字信息技术和自动控制技术，实现从发电到用电所有环节信息的双向交流，系统地优化电力的生产、输送和使用。

总体来看，未来的智能电网应该是一个自愈、安全、经济、清洁的；并且能够提供适应数字时代的优质电力。

伴随着网络通信技术、自动控制技术和RS、GIS、GPS等数字化技术日趋成熟，数据采集、电力电子、智能仪表等技术发展迅速，达到实用化阶段。

数字化变电站乃至数字化电网的逐步建立，为构筑未来智能电网提供了技术基础。

建设坚强的智能电网将是一个长期的、渐进的过程。

现阶段，需要通过一系列稳步推进的试点工作，验证并形成一条可行的发展路径，确定电网数字化、智能化实践的技术要点是其中的核心环节。

1、智能电网的相关背景智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向，并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。

2003年美加大停电后，美国电力行业面对陈旧老化的电力设施、与数字信息技术脱节的二次控制系统及巨额的投资改造计划，痛定思痛，决心利用日新月异的信息技术对电网进行彻底改造，以期建成一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。

欧盟则根据可再生电源和分布式电源发展的要求，积极开展实时监控和远程控制的研究，以实现电源“即插即用”的、更友好、更灵活的接入方式及与用户的互动。

欧美电力行业认识到，随着全球资源环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断推进以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，未来的电网必须更加适应多种能源类型发电方式、高度市场化的电力交易、及客户自主选择的需要。

美国“电网智能化”（GridWise）计划基本情况华东电力试验研究院科技信息所 迟峰1 美国开展“电网智能化”研究的背景安全、可靠、价格合理的电力供应是国家繁荣、安全的重要保证。

美国的电力工业曾经被认为是现代工程的典范，在过去几十年中为该国的持续繁荣、稳定做出过重要贡献。

然而，近年来，美国发生了一系列影响范围广、后果严重的大规模停电事故，尤其是2003年8.14美加大停电事故，影响范围涉及俄亥俄州、密歇根州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大安大略省5000万人。

美国学者和官员认为，美国的电力系统正变得日益陈旧和过时。

目前美国电力系统中的很多设备都是在上世纪50、60年代设计。

这些设备占地大、价格高，同时也与数字信息技术相脱节，无法应用最新的信息、通信及自动控制等技术。

如果目前的电力系统运行、规划方式没有重大改变，那么至2020年，美国还至少需要在电力基础设施上投资5000亿美圆，以满足日益增长的负荷。

利用信息技术对电网进行改造，建设一个高效能、低投资、安全可靠运行的电力系统成为美国社会的一致要求。

“电网智能化”工程由美国能源部牵头，通过向现有的电力基础设施中安装远程通讯设备、传感器和计算机装置来改进国家电网，以减少电费开支，减轻电网负荷。

研究人员把主要电气设备与因特网联网，监控实时电价，并在其他电器上安装专门芯片，追踪电网稳定性。

他们希望借此更新陈旧的电力设施，改善电力实时追查系统，以优化电能的利用。

电网智能化的关键就是与用户的互动，将用户的需求及时反映到电网的运行控制中。

其目的是在不断降低成本和提高效率的同时，提高整个电网的可靠性及可用性。

2“电网智能化”研究的组织情况“电网智能化”由美国能源部（DOE）、能源部所属的太平洋西北国家实验室（PNNL）和来自电力工业的参与者共同推动。

“电网智能化”的研究工作最初起源于DOE一个名为电网智能化的项目，由美国能源部及其所属的太平洋西北国家实验室所推动。

智能电网的概念在上世纪九十年代末和2000年左右提出，但只是侧重在设备应用方面。

在2008年进入极度关注时期，今年我国进入规划、建设中。

智能电网是必然的选择。

电力行业必须转型。

因为电网面临如下挑战和压力：1、能源问题。

电力行业是耗能大户，先期是用化石燃料，它有不可再生性，所以要找新的能源。

2、环境问题。

电力行业是排污大户，必须转向绿色能源。

3、市场问题。

真正的市场化，能将用户也纳入电力系统中，是统售市场向零售市场的转化。

4、大面积停电事故的影响。

要保证安全性，提高可靠性。

5、电能质量要求的提高，用户的个性化用电要求必须得到满足。

不同国家电力系统不同：电力行业在美洲属夕阳产业，传统行业，从业人员老龄化严重，人才急待更新，设备老化严重是问题，一次设备的更新是当前的首要问题。

欧洲对节能环保意识强列，降低炭排放量，应用绿色的、可再生能源越来越普遍。

中国呢？首先要做到智能减排，针对能源发展迅猛，风电兴起，新能源基地并网是急待解决的问题。

电网结构复杂、庞大，保证可靠性是我们的首要问题。

是挑战，也是机会，必须转型，必须发展智能电网。

人口增加，电力需求也在增长，发展中国家电力需求增长快于发达国家。

传统的能源不可再生，储量有限，不能满足需要，最多可再用200年。

一次能源38%用来发电，煤是主要的，利用率低，污染严重。

电能从发电到使用，发电过程中损耗大半，还有厂用电、输电损耗、配电损耗，到达终端用户损耗达2/3，再加上用户使用损耗，损失达到88%，能源利用效率低。

资产利用率也低，美国有55%，中国更低。

气候问题：雪灾（2008年），今年的台风，极端气候，全球气候变暖是根源，降低炭排放是气候改良的关键。

发展新能源，是从能源发电方向发展来谈的。

大电网安全，已经引起世界范围的关注。

美国要求有强制性的可靠性标准。

向智能化电网转变，网络安全的可靠性也应提高，智能地监控电网中的每一个角落，包括发电和用户，一、二次设备必须更新，信息化最强的国家，要利用信息化技术，进行电力转型。

智能电网技术发展现状及未来趋势分析近年来，随着能源问题的日益突出以及新一轮科技革命的兴起，智能电网技术成为了全球关注的焦点。

作为能源行业的创新突破点，智能电网技术旨在通过数字化、自动化和智能化等手段来提高电网运行效率、优化能源配置、提供更可靠的电力供应。

本文将全面分析当前智能电网技术的发展现状，同时展望未来趋势。

首先，我们来看智能电网技术的发展现状。

智能电网技术的核心是信息通信技术（ICT）的应用，通过在电网中加入传感器、智能计算设备和通信网络，实现了对电网各个环节的实时监测、可靠安全的数据传输以及智能控制。

当前，全球许多国家都在积极推进智能电网技术的应用，尤以美国、中国、欧盟等地处于智能电网发展的前沿。

在中国，国家电网公司已经启动了“送变电”项目，建立起了全国性的智能电网示范区，探索智能电网技术应用的最佳实践。

同时，各大电力公司也纷纷投资于智能电网技术研发，并在一些城市开展了智能电网的试点工作。

在当前智能电网技术的发展中，一些具体技术成果已经取得了重要突破。

首先是基于大数据的电网状态诊断和预测技术，通过对海量数据的分析，可以快速准确地判断电网的运行状态，预测潜在故障，并及时采取措施进行修复。

其次是智能配电网技术，针对分布式发电、能源储存和电动车充电等新能源技术的快速发展，智能配电网可以实现对多能源的有效管理和优化，提高能源利用效率。

此外，智能电表技术、电能质量控制技术、电网安全保障技术等方面也都取得了积极的进展。

未来，智能电网技术仍然将继续发展并呈现出一些新的趋势。

首先是智能电网将更加普及和智能化。

随着技术的逐步成熟和成本的降低，智能电网技术将逐渐普及到更多地区和居民家庭。

同时，人工智能、物联网和云计算等新兴技术的不断涌现将进一步推动智能电网的智能化水平不断提升。

其次是智能电网将更注重能源的清洁和可持续性。

尽管传统能源仍然占主导地位，但新能源技术的快速发展将使智能电网更加注重清洁能源的集成和利用，推动能源体系的低碳化和可持续发展。

智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网 2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、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。

美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。

[编辑本段]基本简介智能电网概念的发展有3个里程碑：第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。

IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。

该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。

是IBM一个市场推广策略。

第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。

可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。

中国对智能电网的定义以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。

它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

美国对智能电网的定义2003年美加大停电后，美国电力行业面对陈旧老化的电力设施、与数字信息技术脱节的二次控制系统及巨额的投资改造计划，痛定思痛，决心利用日新月异的信息技术对电网进行彻底改造，以期建成一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。

其从技术定义为：综合应用现代通讯、计算、控制等技术的电网能够持续不断地适应各种正常操作、运行方式调整的优化运行，并能主动预测和应对电网扰动。

智能电网适应电力系统的发、输、配、用的全部环节，包括：分布式发电；可再生能源等；电力电子应用；电力市场；大系统安全稳定分析、控制；大系统优化；配网自动化；广域信息量测、传输等。

美国电科院从2002年EPRI 开展电能和通讯系统框架整合项目研究(Integrated Energy andCommunications Systems Architecture, IECSA)，18个月后，项目正式命名为智能电网框架(IntelliGrid Architecture)。

这是世界上第一个智能电网框架研究，从而使得EPRI在智能电网领域研发迈开了坚实的一步。

当前框架研究成果已为下述领域提供了技术报告，方法，应用规范和工具。

其价值在于：1)为未来电网信息框架提供建设规范；2)为自愈电网提供快速仿真和建模工具；3)为实现需求侧响应和构建现代用户量测体系提供接口；4)建设了一个仿真实验室以进行设备、系统和相关技术的测试；5)与一些电力部门进行了工业应用研究。

浅谈美国的智能电网智能电网(Smart Grid)是美国政府《2009美国复兴与再投资法》(ARRA)中重点推进的一个项目。

根据ARRA和其他相关文件的论述，美国政府计划拨款110亿美元建设智能电网基础设施，包括铺设或更新3000英里(约4828km)输电线路，为4000万美国家庭安装智能电表等。

美国国家标准技术研究院(NIST)负责进行"智能电网互操作性框架"(Smart GridInteroperability Framework)项目，全面制定美国智能电网的国家标准，美国电力研究院(EPRI)协助NIST制定一个有关智能电网结构和标准路线图的中期报告。

由此可见，美国的智能电网建设已经快步进入实施阶段。

本文对美国智能电网作一概况介绍。

1 智能电网概述智能电网(Smart Grid)是美国政府《2009美国复兴与再投资法》(ARRA)中重点推进的一个项目。

根据A智能电网使用水能、洋流能、生物能、太阳能、地热能、风能、氢能等可再生能源，促进发电设备输出功率最大化，降低发电成本，提高电力供应的可靠性，减少电力中断以及降低电能消费，同时具有电力传输系统的检测、分析、控制和通信功能。

智能输配电网络建立起来后，在各输配电回路中会设立输配电点，当某处发生、电力事故时，与该处相连的各个输配电回路中某几个输配电点会自动、快捷地重新组建起新的输配电路径，作为针对该起事故的响应。

设立的输配电点越多，发生事故时自动建立的输配电路径也就越多。

电力系统供应链一般由电力生产、传输以及消费三部分构成。

传统技术不能提供大规模的、商业性电力储存来吸收多余电力，并适时进行电力补偿，同时电力生产、传输和消费必须保持连续且紧密的匹配。

实施中的智能电网具有能源管理和储存的功能，可使电力生产者预测用电高峰与低谷的时段，根据需求量的大小及时进行电力传输的增减。

用户使用智能电网提供的电能，电费也因用电高峰与低谷的不同而有所区别。