智能電網(wǎng)——電網(wǎng)和電力設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的“引擎”

國(guó)網(wǎng)信通公司 王熙亮

智能化對(duì)我們已經(jīng)不再陌生，智能手機(jī)、智能城市、智能交通、智能電網(wǎng)以及各種智能化終端在改變我們的生活。智能化給我們帶來(lái)了全新的體驗(yàn)和感受。在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展幾乎失去方向的時(shí)候，智能化成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新亮點(diǎn)，智能化將成為電網(wǎng)和電力設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的新“引擎”。智能電網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，世界范圍內(nèi)智能電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程已經(jīng)全面啟動(dòng)。其中主要的幾大智能電網(wǎng)計(jì)劃分別是美國(guó)的全國(guó)統(tǒng)一智能電網(wǎng)計(jì)劃、歐盟的超級(jí)智能電網(wǎng)計(jì)劃以及中國(guó)的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)計(jì)劃。

一、世界發(fā)達(dá)國(guó)家智能電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃

1 美國(guó)智能電網(wǎng)概況

進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)連續(xù)發(fā)生幾次大的電網(wǎng)事故，讓一貫認(rèn)為自己是世界老大、技術(shù)最新進(jìn)的美國(guó)人飽受停電之苦，美國(guó)電力工作者回頭看看自己陳舊電網(wǎng)，才恍然大悟，電網(wǎng)需要現(xiàn)代化改造。結(jié)合美國(guó)的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃，提出了智能電網(wǎng)的概念。

2009年8月5日，奧巴馬：建設(shè)一個(gè)距離4000公里以上的“更堅(jiān)強(qiáng)，更智能的電網(wǎng)”。撥款24億美元補(bǔ)貼研發(fā)和制造電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能電池。他認(rèn)為：很久以來(lái)美國(guó)在能源創(chuàng)新性領(lǐng)域沒(méi)有作為，而中國(guó)、日本等國(guó)家已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了前面。

美國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)從理論研究到實(shí)踐探索都積累一定的經(jīng)驗(yàn)?；谡囊幌盗嘘P(guān)于智能電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃，美國(guó)正穩(wěn)步推進(jìn)其智能電網(wǎng)的建設(shè)。根據(jù)2009年的美國(guó)經(jīng)濟(jì)刺激法案，美國(guó)能源部確定了兩個(gè)專項(xiàng)投資計(jì)劃，分別為“智能電網(wǎng)投資撥款計(jì)劃”及“智能電網(wǎng)示范計(jì)劃”，投資額分別為33.75億美元和6.15億美元。受此推動(dòng)，2010年，美國(guó)的智能電網(wǎng)項(xiàng)目的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，總投資額超過(guò)100億美元。美國(guó)的智能電網(wǎng)致力于在基礎(chǔ)設(shè)施老化背景下，建設(shè)安全可靠電網(wǎng)，并提高用電側(cè)效率以及降低用電成本。

2 歐洲智能電網(wǎng)概況

歐洲智能電網(wǎng)的發(fā)展主要以歐盟為主導(dǎo)，由其制定整體目標(biāo)和方向、提供政策及資金支持。歐洲智能電網(wǎng)的最根本出發(fā)點(diǎn)是推動(dòng)歐洲的可持續(xù)發(fā)展，減少能源消耗及溫室氣體排放。圍繞該出發(fā)點(diǎn)，歐洲的智能電網(wǎng)目標(biāo)是支撐可再生能源以及分布式能源的靈活接入，以及向用戶提供雙向互動(dòng)等功能。

歐洲智能電網(wǎng)的主要推進(jìn)者有歐盟委員會(huì)、歐洲輸電及配電運(yùn)營(yíng)公司、科研機(jī)構(gòu)以及設(shè)備制造商，分別從政策、資金、技術(shù)、運(yùn)營(yíng)模式等方面推進(jìn)研究試點(diǎn)工作，預(yù)計(jì)在2010年至2018年期間，歐盟對(duì)智能電網(wǎng)的總投資額約為20億歐元。歐盟計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)在其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，清潔能源及可再生能源占比超過(guò)20%的目標(biāo)，并完成歐洲電網(wǎng)互通整合等核心變革內(nèi)容。

歐洲各國(guó)結(jié)合各自的科技優(yōu)勢(shì)以及電力發(fā)展特點(diǎn)，積極加入到智能電網(wǎng)的研究及試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，呈現(xiàn)出鮮明的特色。如：歐洲北海國(guó)家（英法德等）著重發(fā)展泛歐洲電網(wǎng)互聯(lián)，意大利著重發(fā)展智能表計(jì)（AMI）及互動(dòng)式配電網(wǎng)絡(luò)，而丹麥著重發(fā)展風(fēng)力發(fā)電及配套控制等如圖1。

3 日本智能電網(wǎng)概況

日本電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施條件較為完善，配網(wǎng)側(cè)自動(dòng)化水平一直走在世界前列，其電力行業(yè)發(fā)展的矛盾主要集中在能源資源的短缺及國(guó)土面積的狹小。因此日本政府提出到2020年，所有能源消耗中的10%需來(lái)自可再生能源。日本智能電網(wǎng)計(jì)劃的核心是大規(guī)模推廣開(kāi)發(fā)“與太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)代相適應(yīng)的電網(wǎng)”，其重點(diǎn)研究領(lǐng)域集中在太陽(yáng)能發(fā)電輸出功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、高性能蓄電池系統(tǒng)和與蓄電池相組合的供需控制系統(tǒng)等如圖2。

日本智能電網(wǎng)建設(shè)工作由政府主導(dǎo)，日本經(jīng)產(chǎn)省在2010年度預(yù)算中列入55億日元（約4.5億元人民幣）支持研發(fā)智能電表和蓄電池技術(shù)。2010年4月日本經(jīng)產(chǎn)省批準(zhǔn)橫濱市、豐田市、關(guān)西文化學(xué)術(shù)研究都市和北九州市開(kāi)展智能城市建設(shè)工作，其中橫濱市計(jì)劃到2014年建設(shè)27MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，為4000戶居民提供家庭能源管理解決方案，支持2000輛電動(dòng)汽車的日常行駛，參與廠商包括埃森哲公司（日本）、東京燃?xì)夤?、東京電動(dòng)汽車公司、日立公司、尼桑公司、松下公司、明電舍公司等。整個(gè)項(xiàng)目5年計(jì)劃投資額為740億日元（約60億元人民幣）。

日本電力中央研究所提出了可應(yīng)對(duì)將來(lái)可再生能源等分散電源的大量并網(wǎng)、以及供需雙方整體控制的新一代電網(wǎng)—“TIPS”（Triple “I”Power Systems）”的概念，并且正在進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

ICT由以下3要素所構(gòu)成：1）在接入可再生能源等分散型電源的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)供需雙方的整體運(yùn)行和控制的“用電地區(qū)安全通信網(wǎng)絡(luò)”；2）為防止大停電的“大范圍·快速控制網(wǎng)絡(luò)”；3）維護(hù)、監(jiān)控電力流通設(shè)備的“設(shè)備維護(hù)、運(yùn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)”。

二、中國(guó)智能電網(wǎng)的目標(biāo)

中國(guó)的經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化和城市化的發(fā)展速度是前所未有的，能源和電力需求巨大，能源問(wèn)題和碳排放問(wèn)題將成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，智能電網(wǎng)是解決能源問(wèn)題的重要途徑。

中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)工作以國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司為主體。智能電網(wǎng)建設(shè)也就成為國(guó)家電網(wǎng)公司“十二五”期間的重要工作任務(wù)之一。

國(guó)家電網(wǎng)公司提出到2015 年基本建成具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，形成以華北、華中、華東為受端，以西北、東北電網(wǎng)為送端的三大同步電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升，初步建成世界一流電網(wǎng)。

南方電網(wǎng)在2010年7月提出“建設(shè)一個(gè)覆蓋城鄉(xiāng)的智能、高效、可靠的綠色電網(wǎng)（簡(jiǎn)稱CCCGP）”，并確立了一批試點(diǎn)項(xiàng)目，大力推進(jìn)廣州中新知識(shí)城、珠海橫琴新區(qū)智能配網(wǎng)、大容量電化學(xué)儲(chǔ)能等示范項(xiàng)目的建設(shè)，通過(guò)建設(shè)國(guó)家級(jí)智能電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中心等平臺(tái)，形成南方電網(wǎng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

三、智能電網(wǎng)給電網(wǎng)和電力設(shè)備企業(yè)注入了新的活力

從1882年愛(ài)迪生建成世界上第一座發(fā)電廠到現(xiàn)在，電力工業(yè)經(jīng)歷了約130年的發(fā)展，但是發(fā)電、輸電、配電和用電的原理和主要技術(shù)基本沒(méi)有變化。今天智能電網(wǎng)的概念包括了全部現(xiàn)代電力電子技術(shù)和信息通信技術(shù)在電力工業(yè)的應(yīng)用，為電力工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新的機(jī)遇，它不僅是電網(wǎng)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的“火車頭”，也是電力設(shè)備企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的“火車頭”。

智能電網(wǎng)，實(shí)質(zhì)就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好以及新能源的廣泛接入和有效利用。

智能電網(wǎng)離不開(kāi)智能電力設(shè)備，電力設(shè)備不智能化，電網(wǎng)怎么智能化，因此建設(shè)智能電網(wǎng)離不開(kāi)電力設(shè)備企業(yè)。智能電網(wǎng)也是電力設(shè)備企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇。智能電網(wǎng)建設(shè)主要集中在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度六個(gè)環(huán)節(jié)：

1 發(fā)電環(huán)節(jié)

1）常規(guī)電源網(wǎng)廠協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。

2）清潔能源－風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等的并網(wǎng)、運(yùn)行和控制。

3）大容量?jī)?chǔ)能設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

2 輸電環(huán)節(jié)

1）FACTS技術(shù)應(yīng)用。

2）輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3）輸電線路智能化巡檢。

4）輸電線路狀態(tài)評(píng)估和狀態(tài)檢修。

3 變電環(huán)節(jié)

1）智能變電站新建和改造。

2）變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)檢修。

4 配電環(huán)節(jié)

1）配電自動(dòng)化與配電信息化系統(tǒng)建設(shè)

2）分布式發(fā)電/儲(chǔ)能及微網(wǎng)的接入與協(xié)調(diào)控制

四、近期國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)建設(shè)

作為“十二五”開(kāi)局之年的2011年，是智能電網(wǎng)進(jìn)入全面建設(shè)階段的第一年，國(guó)家電網(wǎng)公司計(jì)劃在2011年2925億元的電網(wǎng)投資向智能建設(shè)方面傾斜，預(yù)計(jì)2011年將有約500億元用于智能化建設(shè)，同比增長(zhǎng)150%。其中，智能電表仍是電網(wǎng)智能化建設(shè)的主要投資對(duì)象。未來(lái)4～5 年，國(guó)家電網(wǎng)公司將投資460億元用于智能電表采購(gòu)，其中2011 年計(jì)劃采購(gòu)智能電表5000萬(wàn)只，較2010年增長(zhǎng)約11%。按照電表平均價(jià)格為180～200 元/只計(jì)算，2011 年智能電表投資約為90億～100億元，約占智能化建設(shè)投資的20%。

2011年國(guó)家電網(wǎng)公司還將完成兩批智能電網(wǎng)建設(shè)試點(diǎn)工程，加快推廣智能變電站、配電自動(dòng)化、電力光纖到戶等重點(diǎn)項(xiàng)目，在北京、揚(yáng)州等地建設(shè)一批綜合示范工程。利用在終端供電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家電網(wǎng)將在2011年繼續(xù)推動(dòng)電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)，按照“換電為主、插充為輔，集中充電、統(tǒng)一配送”的基本商業(yè)模式，加快充換電站的布局和建設(shè)，預(yù)計(jì)全年將建成充換電站150 座，并在北京、杭州、天津、合肥、南昌等城市建成電動(dòng)汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

五、物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)—智能電網(wǎng)的信息感知末梢，如圖3。

2 物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的概念

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。其中的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：要有信息的接收和處理手段；要有數(shù)據(jù)傳輸能力；要有一定的信息存儲(chǔ)功能；要有自主計(jì)算能力；遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的唯一編號(hào)等特征。電網(wǎng)和電力系統(tǒng)以及相關(guān)物品與設(shè)備等滿足這些特征，而且電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平與信息化水平高，基礎(chǔ)通信條件好，有利于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)——人人互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)世界范圍內(nèi)人人之間的互通互聯(lián)

物聯(lián)網(wǎng)——物物互聯(lián)，互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸

1）發(fā)展規(guī)模

目前，使用互聯(lián)網(wǎng)的人數(shù)超過(guò)3.38億；互聯(lián)網(wǎng)已成為人們獲取信息和人際溝通的不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。移動(dòng)通信用戶超過(guò)7億；據(jù)Beecham Research分析，2009年全球物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模為9,926萬(wàn)，年增長(zhǎng)率接近70%；其中亞太地區(qū)為2,429萬(wàn)，年增長(zhǎng)率接近44%。

2）物聯(lián)網(wǎng)的三大要素

信息采集：將傳感器或RFID等采集設(shè)備嵌入需要關(guān)注和采集的地點(diǎn)、物體以及系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)獲取其狀態(tài)及狀態(tài)的變化。

信息處理：借助云計(jì)算等新的運(yùn)算處理系統(tǒng)來(lái)處理信息和輔助決策

信息傳遞：建設(shè)無(wú)處不在的無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全、有效的傳遞。

3 全面的信息感知是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

包括二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等；要突破的方向是解決低功耗、小型化和低成本的問(wèn)題。

4 物聯(lián)網(wǎng)城市

無(wú)錫市：建立國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)，規(guī)劃總面積20平方公里。到2012年完成傳感網(wǎng)示范基地建設(shè),產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1000億元, 2015年達(dá)到2500億。

北京市：2009年第一季度宣布未來(lái)3年投資1000億用于寬帶社區(qū)建設(shè)。近期宣布著手制定物聯(lián)網(wǎng)5年發(fā)展規(guī)劃，在醫(yī)療衛(wèi)生、教育文化、水電氣熱等公共服務(wù)領(lǐng)域和社區(qū)農(nóng)村基層服務(wù)領(lǐng)域，開(kāi)展智能醫(yī)療、電子交費(fèi)、智能校園、智能社區(qū)、智能家居等建設(shè)，實(shí)行個(gè)性化服務(wù)。

5 物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的基本定位

物聯(lián)網(wǎng)在電力應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：

無(wú)線抄表及配電監(jiān)測(cè)、配電自動(dòng)化；智能小區(qū)（智能用電、智能家居、智能家電等）；智能巡檢/巡視、輸電線路在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)；電力資產(chǎn)的防護(hù)及防盜預(yù)警、人員及電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)管；資產(chǎn)的全壽命管理；電廠特別是可再生能源的監(jiān)測(cè)等。

6 物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，覆蓋所有電壓等級(jí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。

六、結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)建設(shè)需要政府、研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)和電力設(shè)備制造企業(yè)以及用戶的廣泛參與和合作，它不僅給電網(wǎng)和電力設(shè)備企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展的良好機(jī)遇，也是社會(huì)進(jìn)步和改善我們生活的重要途徑。不久的將來(lái)，智能用電家居可能會(huì)進(jìn)入你的家庭就，也許你回開(kāi)上一輛電動(dòng)汽車，使用上一個(gè)智能用電終端，會(huì)體驗(yàn)到智能電網(wǎng)給我們生活帶來(lái)的方便和樂(lè)趣。