李士林

（厦门理工学院电气工程与自动化学院，福建 厦门361024）

1 引言

近年来，随着电力行业的快速普及与发展，电能已经渗透到生产、生活中的方方面面，电能在促进经济发展与社会稳定等方面占据着越来越重要的地位。电网的稳定运行及电网提供的电能质量就是社会运行的必要保障，电网已经成为国家经济命脉的基础产业和公共事业。但随着人们对电能需求量的逐渐增大及对电能质量的要求越来越高，传统电网的变革与更新已经势在必行。

智能电网是整合可持续再生能源并入中国发电行列，通过人工智能技术、自动化技术、物联网技术来实现电网的自动化调度，提升电网的自愈、兼容及抗干扰能力，维护电网系统的稳定及可靠性，利用信息、通信、自动化、互动等技术对发电、输电、配电、供电及用电过程等流程实现信息化和数字化，使生活、生产更加便利。

2 智能电网的背景

2.1 国内背景

如图1 所示，在2010 年火力发电在中国的电力能源结构占比73%，随着国家大力提倡清洁能源的开发与运用，在2019 年火力发电在电力能源结构中已经减至59%，同样形成鲜明对比时新能源发电装机容量，在2010 年时占总装机容量的3%，而在2019 年占比已达20.6%。随着清洁能源占比的不断加大，如表1 所示，从2010—2019 年可再生能源装机容量的增长速度逐年增加，能源占比也在逐步增大。新的挑战随之而来，一方面是风能、水能、太阳能等清洁能源的发电量受到天气、季节及地域等方面的限制，对电网的稳定运行形成挑战；另一方面利用清洁能源发电会形成分布式发电模式，在并网时会影响电网的电能质量；最后随着中国的华龙二号、三号等世界一流的核电技术的成熟，未来中国势必会建立更多的核电站，这势必会对中国的电网系统带来冲击。这些都会影响传统的电力系统供电的安全、稳定性及供电质量。

图1 中国电源结构对比

表1 可再生能源的装机容量及占比

所以传统电网的升级换代是必须的，智能电网就营运而生。中国对于智能电网的先期探索是从2009 年前后开始的，经过几年的筹备，中国的第一条特高压线路试运营成功，为中国打造智能电网打下坚实基础。因此，国家电网从实践与国情出发提出建设具有中国特色的“坚强智能电网”计划。

2.2 国外背景

2003-08-14 的美国、加拿大大停电事件，由于管理调度等原因造成大量的经济损失及数千万人受到影响；2003-08-28，由于英国国家电网故障造成了伦敦市2 h 的停电事故，此次事故影响了50 万人的正常生活。上述事故的产生背后有一个共同的特点，就是电网在外力影响及突发事件的作用会造成电网的内部电网系统失去稳定性，最终事故造成大量的经济损失。

发达国家的电力行业虽然是比较发达的，但随着不可再生能源的极限挖掘、新兴的清洁能源的使用成为世界的潮流及用户对于电力消费的要求的提高，传统的电网可能需要一次蜕变才能适应世界的潮流及发展，所以电网的2.0 版本就适宜的出现了。

美国率先提出建设智能电网，美国能源部DOE（United States Department of Energy）在21 世纪初提出“智能电网”（Grid－Wise），美国的“智能电网”不太重视对基础架构的升级，最看重的是利用信息化来实现可视化的智能电网；其次是欧洲，欧洲视智能电网为Smart Grid，欧洲更加现实，希望利用清洁能源的分布式发展进行整个电力网络的优化。

3 智能电网的发展现状

随着“十三五计划”收官之年的到来，智能电网的关键技术的日益成熟，在电网的运行及控制方面，中国具有“统一调度”的社会主义体制优势和深厚的运行、维护技术积累，电网的调度能力及水准已达到国际一流。在发电环节能够将水能、潮汐能、风能及太阳能等可循环使用的可再生能源发电站连接并入传统的电网系统之中，在输电环节拥有超高压和特高压的直流、交流输电技术，在变电环节拥有以智能自动化、集成化、数字信息化为特点且处于国际领先地位的智能变电站[4]，在配用电环节掌握了配电自动化系统技术、分布式电源接入与微电网技术等。

2013-07，“德令哈50 MW 塔式太阳能热发电站一期10 MW 工程”并入青海电网，这是中国首座大规模应用的太阳能发电站，这标志着中国自主研发的太阳能光热发电技术向商业化运行迈出坚实步伐，填补了中国没有太阳能光热电站并网发电的空白，为中国建设并发展大规模应用的商业化太阳能热发电站提供了强力的技术支撑与示范引领；坐落于上海南汇的柔性直流输电项目在2011-10 完成建设并正式开始运营；紧接着在2014-08，位于浙江舟山的五端柔性直流输电工程项目完成并投入使用，这标志着中国在柔性直流输电技术领域的又一大突破；2015-12，随着厦门±320 kV 柔性直流输电示范工程的正式投入运营，标志着中国在高压大容量直流输电技术上处于世界一流水平；2019 年，国网辽宁电力围绕电网运行各个环节万物互联，制定多类型能源的实时协同控制策略，建立以水火电调节为主、电蓄热和电储能为辅、风光紧急调节的多能源协同发电控制系统。

综上所述，随着中国智能电网十数年的快速发展，中国智能电网取得了令全世界瞩目的成就，电网终将建设成具有坚强、智能两大特征的国家电网乃至世界电网。

由于世界各国对于智能电网的理解与目的不同，所以智能电网在各个国家的出发点大不一样。美国的智能电网比较重视智能配电环节与智能用电环节，主要包括智能电表、微电网及相应需求等方面。为了发展智能电网，美国政府在2009-04 宣布开发新的电力传输技术，为项目投资40 亿美元[1]，波尔得（Boulder）位于科罗拉多州，是全美第一座智能电网城市[2]。

欧洲智能电网则主要在配电侧，对新能源的消纳上，他们讲究绿色低碳比任何一个国家都强，他们还有对电动汽车的支持，芬兰等几个小国家力度不比中国弱。巴西和中国有点类似，能源分布不均，但没中国强，远距离输电和新技术的应用都是主要部分。

4 智能电网的关键技术

4.1 柔性直流输电技术

在传统电网建设时期，由于技术及设备的落后，在输电配电环节只能采用交流电的配电方案，随着直流技术的发展及直流输电具有稳定性、经济性及低损耗等优点，直流输配电方案绝对是具有发展潜力的配电方式。

柔性直流输电技术是继交流输电技术和常规直流输电技术之外的输电技术，柔性直流输电技术是以电压源换流器为核心，并且是目前可控性、适应性都极优秀的输电技术[3]。这项技术对智能电网的建设至关重要。

4.2 智能设备的在线监测

近年来，传感器技术快速发展，将传感器应用于智能变电站的各类电器一次设备的在线监控已经能够实现。智能变电站的实时监控不仅能够监控各种电气设备的状态，还能根据大数据对电气设备综合评估并预防事故的发生。例如对断路器的和监控，不但能够监控断路器内部的其他的密度及其密封性，还能够实时监测断路器内部触头构的机械损耗情况。

4.3 自愈控制技术

智能电网的自愈控制技术指的是通过利用当前能调用的所有电网资源，了解电网运行状态，并分析判断当前电网是否存在运行隐患，对于正常运行的电网适时采用优化策略，而对于非正常状态运行下的电网及时进行检修等措施，对于可能产生的干扰现象进行遏制，减少人工操作，从而实现配电网扰动以及线路故障的影响最小化。

5 总结

智能电网是电力系统发展过程中产物，智能电网贯穿经济、能源、生活、国家安全等诸多方面，是社会稳定的重要基石之一，同时智能电网的建设过程中也会遇到极强的挑战，我们应借鉴国内外同行的成功经验与吸取失败的教训，为未来遇到更大挑战做准备。

智能电网是电力系统建设的最终目标，也是“中国梦”的重要助推力之一，智能电网的建设不是一朝一夕就能建设成功的，而是需要电力电器行业的工作者坚持不懈奋斗的复杂工程。智能电网的建设不仅能够把清洁能源的发电并入电网，而且能够为变电、输电、配电及用电过程提供数字化、自动化、互动化等便利；未来的电力系统能源消耗结构清洁能源占比不断加大；整个电力系统的运转平稳、安全，处理电力系统故障精确、方便、快捷。