穆 钢，肖 白

（东北电力大学 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室，吉林 吉林 132012）

智能电网是近年来引起学术界、工程界、经济界乃至政治界广泛关注的话题，甚至被寄予了接续网络经济作为提振经济重要助推器的厚望.

来自电气工程、信息通信、经济等领域的专家从不同角度刻划了智能电网的属性和特征.

定义1 智能电网其概念有广义和狭义之分.狭义的智能电网也称“分布式电网”，是指通过建设一定的基础设施，实现对电力运营的电子化监视，并将监视信息在电力、电网公司和电力用户三者之间实现共享，以实现电网的电力最优化调度、差别计费、新能源电力的购买、故障的实时监测和快速检修，以及对电力用户的分流；广义上是指将电信光缆和电线电缆合二为一，未来将通过电缆实施电信讯号、网络讯号的传输.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，是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，简称为“坚强的智能电网”［1］.

定义2 智能电网是一个能够实现对用户和设备进行实时监视的完整体系，以利用各种信息提高电网的可靠性、经济性和灵活性，为电网运行和管理人员提供更完整、便捷的电网状态显示界面，帮助电网实现智能化运行的新型电网［2］.

定义3 智能电网是指以物理电网为基础，将先进的现代传感测量技术、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.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［3］.

定义4 智能电网是指一个完全自动化的供电网络，其中的每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动.通过广泛应用的分布式智能和宽带通讯及自动控制系统的集成，它能保证市场交易的实时进行和电网上各成员之间的无缝连接及实时互动［4］.

4个定义中，前2个主要面向电网本身，侧重于对现有电网体系结构的信息化，提高电网的效能和安全性；后2个主要面向用户和市场，强调的是物理电网与现代信息通信技术的高度集成，进而充分满足用户的需求并推动电力市场化发展，实现新的增值服务，保证市场交易的实时进行和各成员间的实时互动.

分析关于智能电网的各种定义，可以发现“智能电网”所覆盖的不仅限于传统“电网”的范畴，这里“电网”是对电网所连接的电能“产、输、配、用”全产业链的指代.从本质上说，智能电网是由信息通信等新技术推动的电网技术跃升，以确保电网承担起高效清洁安全可靠的主要能源供给系统之使命并为各类用户提供优质经济便捷的服务.智能电网是多种新技术乃至管理理念的集成创新，迄今还没有一个可以严格考核的终极目标.智能电网所标示的是电网（或能源供应体系）技术进步和破解发展瓶颈的方向.

1 智能电网发展的背景

1.1 信息通信技术的飞速发展和可再生能源开发

信息通信技术的飞速发展已经深刻地影响了经济社会发展的各个方面，也极大地改变了人们的生活方式.

信息通信技术的发展，使得信息的采集、加工和传输变得非常廉价和便捷.在此基础上，通过控制来实现复杂系统性能的优化也就有了更大的技术经济合理性.

电网（电力系统）作为最复杂的人造系统，对信息的采集、加工和对系统的控制和优化在电网发展的早期就已经受到重视并伴随着电网的发展而不断进步.

由于以往信息采集加工传输成本的限制，在电能的发输配用各环节间存在着巨大的信息化鸿沟，主干输电网和重要发输电装备基本上能伴随信息通信技术的发展同步推进信息化，而配电、用电环节的信息化程度总体上很低，使得电力终端用户很难从电网的角度获得信息技术进步的体验；由于资源环境的约束日益凸显，降低化石能源发电的比重、大力发展可再生能源发电已成为电源结构变化的必然趋势，这给电网的运行和调控带来了全新的挑战；电能产供用各环节资产利用率亟待提高，迫切需要信息通信技术的支撑.

1.2 国外智能电网发展

2001年，EPRI开始“Intelligrid”（智能电网）研究.

2003年，美国电科院首先提出了智能电网研究框架，能源部（DOE）随即发布Grid2030计划.同年，英国工程和自然科学研究委员会（EPSRC）资助的旗舰项目“可持续电力生产和供给”对智能电网展开了大规模、集团式研究.

2004年，美国DOE启动了电网智能化（Grid-Wise）项目.

2005年，DOE 与 NETL（National Energy Technology Laboratory）合作发起了“现代电网（MGI）”研究.

2006年，欧盟智能电网技术论坛推出了欧洲智能电网技术框架；发表了研究报告，全面阐述了智能电网（Smart Grid）的发展理念和方法［5］.

2008年，美国DOE也采用了Smart Grid这一术语，这一称谓已经得到了普遍认可［2］.

2009年4月，美国总统奥巴马将智能电网提升为美国的国家战略.

1.3 国内智能电网发展

2008年以来，中国国家电网公司积极关注和跟踪世界电网智能化发展的趋势，并结合国家电网的建设与发展的实际，提出了加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的坚强智能电网的目标.

2009年6月27日，天津大学组织第一届智能电网学术论坛，相关学术机构和企业参与，表达了社会各界从不同角度对智能电网目标以及建设任务的理解，体现了对智能电网建设的期待和关注［6］.

国内各学术团体和企业也组织召开了多次国际国内学术会议研讨智能电网的建设和发展.

2 智能电网发展的主要推动力

智能电网发展的推动力主要有：①提高电网运行的安全性和供电可靠性，提高电网设备利用率，提高供电质量；②创造电力用户与电网的双向互动，为实现定制的电力增值服务和用户电能管理提供条件；③大规模可再生能源接入电网，促进节能环保，减少能源部门温室气体的排放；④信息通信技术的飞速发展带来了经济社会生活的深刻变革，将在推动电网升级中发挥重要作用.

智能电网发展要解决的优先课题则因各国电网的具体情况而异.

2003年8月14日发生的美加大停电事故，不仅给电网及相关企业造成严重损失，也产生了很严重的社会影响.事故引起分析和反思已经远远超出了电力工程界，使得美国在推进智能电网建设时更关注遭受扰动后电网的自愈能力.

欧洲等国为了解决电力设施老化、跨欧电力市场建设，以及减小环境污染而推动智能电网的研究，分布式能源和可再生能源接入是研究重点.

由于中国一次能源和负荷中心的分配极不均衡，电网承担着将能源基地的电能传送到主要负荷中心的重任，因此，中国智能电网建设就强调了主干网架发展建设的任务.

3 智能电网发展的制约

智能电网毕竟不能从零开始建设，是在既有电网基础上建设和发展的.与其他行业由信息化推动的革命性变化相比，智能电网发展面临着一些特殊制约.例如：电网具有先天的行业垄断性，规模经济增长空间相对较小，不可能像家用电器行业市场扩容之迅猛；电力的产品形态相对固定，加上其兼有公共服务的属性，使其创新增值模式的难度较大，不如电信业和高速铁路（高铁由于运速的提高其票价可以数倍于普通铁路票价，这在电力产品中恐难以实现）；上游产品成本制约，电力产品终端供给的降价潜力较小，远不如芯片业.因此，向外部转嫁发展智能电网成本的空间很有限.

在发展智能电网的过程中，也需要进行审慎的技术经济比较，盲目的追高求全可能会使智能电网的发展误入歧途.性能指标最高的技术不一定是最好的技术.例如：“航天飞机”、“协和式客机”和“铱星电话”在各自的领域内都是具有最高技术指标的产品，但它们都因为不具有持久的经济竞争力而遭淘汰，成为过眼烟云.

工程技术与科学研究的重要区别就在于前者更关注经济合理性，适合阶段、解决问题、创造效益的技术才是最好的技术.因此，在选择智能电网的发展目标和技术路径时，特别要重视提高技术水平的成本和收益之间的均衡分析.

4 智能电网的前沿技术

智能电网的前沿技术体现在以下领域：

1）发电领域.核聚变发电、海洋发电、生物质能发电、高空风力发电.

2）输电领域.新型直流输电、柔性输电（FACTS）技术、特殊用途的无线输电、光纤输电.

3）变电领域.智能变电站、主要变电设备的状态感知与监测、基于全寿命周期管理的变电设备状态检修.

4）配电领域.多能供给协调的微网技术、电动汽车充放电设施的能量管理技术、储能技术.

5）用电领域.基于信息双向互动的定制化用电技术，楼宇／家庭综合能量管理与优化.

6）电网调度.大电网智能运行控制技术、大型可再生能源及分布式能源接入控制技术［7］.

5 大规模可再生能源发电的输送和消纳

5.1 大规模可再生能源发电集中入网带来的问题

近年来，中国可再生能源发电快速发展，中国的风电装机容量已经跃居世界第一位.中国规划的8个千万千瓦级风电基地建设正在稳步推进，部分省级电网的风电装机容量已经接近总装机容量的20%.

风能具有间歇性和波动性，大规模风电集中联网给电网运行带来了诸多挑战.包括：风电功率的间歇性导致的宽运行范围的有功、无功平衡和频率电压调节问题；风电快速变化带来的调峰容量和调峰速率问题；输送低能量密度的风电导致输电元件资产利用率低的问题；输电系统建设滞后导致的风电场并网难或弃风损失问题；大规模可再生能源发电的消纳问题.

5.2 大规模可再生能源发电集中入网问题的解决

在电源、电网和负荷侧多管齐下，综合施策.

1）在电源侧做到“发得好”.

加强风电功率预测研究，降低运行时需匹配的调节功率；研究追踪预测曲线的风电场有功控制方法，降低随机波动性；研究大规模风电基地多电压级集电系统无功电压调控方法；多种电源组合打捆外送，提高输电效益；研究提高传统发电方式调峰能力的方法和激励政策；研究大规模储能在风、光发电中的应用.

2）在电网侧做到“送得出”.

研究考虑风电功率波动特性并兼顾电网安全、提高输电资产收益率并补偿电网阻塞损失的风电外送输电综合优化规划方法［8］.研究考虑风电波动对电网运行影响的评价方法，克服现有的单纯以穿透率来评价风电影响的缺陷；基于统计方法建立风电对电网稳态运行影响的评估方法；建立应对大规模风电接入的电网有功、无功调控策略.通过优化调度提高既有电网接纳和服务于可再生能源发电入网的能力，发挥大电网的容量优势，充分挖掘和运用水电的调节潜力.研究鼓励电网接收可再生能源发电的政策和技术措施，规定区域电网消纳可再生能源发电的最低比重.

3）在负荷侧做到“用得巧”.

通过智能电网平台增加可再生能源发电的消费比重.例如：大力开发可时移、可调控的用电负荷（电动汽车，热，冷）；发展基于网络的可再生能源发电出力信号发布机制，对与可再生能源发电同步消长的用电负荷给予政策激励，建立可时移负荷的自主调控模式和控制系统.这样就可以通过部分负荷对可再生能源发电的追踪，对冲可再生能源发电波动的不利影响.

4）探索新的风／光电多联产模式.

在大规模风／光电场群区域内建设用能密集型新产业，生产能量密集易转换型产品，实现风／光能的综合利用，减轻风／光电波动对电网的影响.例如，提水，制氢，压缩空气，制热，制冷，海水淡化等.即将大型风／光电场群建设成多产型能源基地.

6 结语

智能电网作为未来电网（或电力系统）的发展方向已经成为各界的共识，但对于智能电网核心特质的描述，尚未有统一的定义，各方专家见仁见智.发展智能电网的主要推动力来自提高电网安全的需求、双向信息互动的需求、信息通信技术进步的推动和大规模可再生能源发电入网的需求.在推进电网技术升级时，应注意审慎的技术经济比较，使智能电网的发展能实现安全、优质、高效、多赢的目标.

［1］胡晓炜，苑玉山.基于地理信息系统（GIS）的智能电网规划系统研究［J］.中国电力教育，2009（12）：263-264.

HU Xiao-wei，YUAN Yu-shan.Research on GIS based smart grids planning system［J］.China Electric Power Education，2009（12）：263-264.

［2］史卫江，曹荣新，曹增新.智能电网综述［J］.华北电力技术，2010（5）：40-43.

SHI Wei-jiang，CAO Rong-xin，CAO Zeng-xin.Review of Smart Grid［J］.North China Electric Power，2010（5）：40-43.

［3］宋永华，杨霞.以智能电网解决21世纪电力供应面临的挑战［J］.能源技术经济，2009，21（6）：1-8.

SONG Yong-hua，YANG Xia.Smart Grid：The solution to challenges of power supply in the 21st century［J］.E-lectric Power Technologic Economics，2009，21（6）：1-8.

［4］余贻鑫，栾文鹏.智能电网［J］.电网与清洁能源，2009，25（1）：7-11.

YU Yi-xin，LUAN Wen-peng.Smart Grid［J］.Power System and Clean Energy，2009，25（1）：7-11.

［5］European Commission.European technology platform Smart Grids：Vision and strategy for Europe's electricity networks of the future［EB／OL］.http：／／www.smartgrids.eu，2006-04-07.

［6］周士平.智能电网及国内近期发展概述［J］.湖北工业大学学报，2010，25（1）：1-5.

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［7］宋晓芳，薛峰，李威，等.智能电网前沿技术综述［J］.电力系统通信，2010，31（7）：1-4.

SONG Xiao-fang，XUE Feng，LI Wei，et al.Summary of cutting-edge technologies for Smart Grid［J］.Telecommunications for Electric Power System，2010，31（7）：1-4.

［8］穆钢，崔杨，严干贵.确定风电场群功率汇聚外送输电容量的静态综合优化方法［J］.中国电机工程学报，2011，31（1）：15-19.

MU Gang，CUI Yang，YAN Gan-gui.A static optimization method determine integrated power transmission capacity of clustering wind farms［J］.Proceedings of the CSEE，2011，31（1）：15-19.