淺析智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展與市場(chǎng)前景

李芝平 唐占發(fā) 甘肅省白銀市國(guó)網(wǎng)白銀供電公司

一、引言

信息時(shí)代建設(shè)背景下，智能電網(wǎng)系統(tǒng)在我國(guó)問世后得到了社會(huì)各界的一致好評(píng)。智能電網(wǎng)系統(tǒng)組建成本較低，通過控制總臺(tái)的集中化數(shù)據(jù)分析與處理過程，不但可利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電量的變化趨勢(shì)預(yù)估，也可降低基層電力工作人員的工作難度，不但省去了抄表員需挨家挨戶抄電表度數(shù)的麻煩，還規(guī)避了記錄數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而給用電客戶帶來的不必要經(jīng)濟(jì)損失，通過高度可視的軟件系統(tǒng)，用戶端可直接了解用電情況，也可完成一站式繳費(fèi)、報(bào)修服務(wù)，利用交互式數(shù)據(jù)通信技術(shù)，讓用戶的用電體驗(yàn)切實(shí)提升，但仍需用戶直面和電力服務(wù)提供者面對(duì)的問題依然存在，這與日益增長(zhǎng)的自動(dòng)化用電需求相矛盾，故可通過探究未來智能電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和行業(yè)前景方式，切實(shí)有效提升電力部門的服務(wù)能力和問題解決效率。

二、智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

智能電網(wǎng)是電網(wǎng)智能化的簡(jiǎn)稱，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(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)技術(shù)的應(yīng)用，主要包括分布式發(fā)電和并網(wǎng)技術(shù)，建立成一個(gè)完整的電力系統(tǒng)，具有調(diào)節(jié)可控、智能分析、電能質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)槿諠u增長(zhǎng)的電能需求服務(wù)，同時(shí)減少投資成本，提高用戶收益。智能電網(wǎng)是整體性的概念，它由智能變電站、智能交互終端、智能調(diào)度、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)等構(gòu)成，隨著5G時(shí)代的到來，其發(fā)展方向愈發(fā)寬泛，一旦覆蓋全球，將衍生出更多的相關(guān)產(chǎn)品，促進(jìn)其它行業(yè)受益的同時(shí)，也將推動(dòng)智能電網(wǎng)的發(fā)展。智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比具備以下優(yōu)勢(shì)：智能配電網(wǎng)具備較強(qiáng)的自愈能力，在使用時(shí)能解決供電不穩(wěn)定的問題；智能電網(wǎng)的安全性較高，在使用時(shí)能更好抵抗自然災(zāi)害，在出現(xiàn)電力系統(tǒng)故障時(shí)能更好規(guī)避停電問題；支持分布式電源的大量接入，也能實(shí)現(xiàn)可再生能源的隨插隨用；支持用戶間的互動(dòng)交流，根據(jù)用戶的電量使用情況來分階梯的收費(fèi)；能實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的可視化管理，在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中可全面收集整理電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)督和風(fēng)險(xiǎn)防控分析。

三、智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著“十三五計(jì)劃”收官之年的到來，智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)的日益成熟，在電網(wǎng)的運(yùn)行及控制方面，中國(guó)具有“統(tǒng)一調(diào)度”的社會(huì)主義體制優(yōu)勢(shì)和深厚的運(yùn)行、維護(hù)技術(shù)積累，電網(wǎng)的調(diào)度能力及水準(zhǔn)已達(dá)到國(guó)際一流。在發(fā)電環(huán)節(jié)能夠?qū)⑺?、潮汐能、風(fēng)能及太陽能等可循環(huán)使用的可再生能源發(fā)電站連接并入傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)之中，在輸電環(huán)節(jié)擁有超高壓和特高壓的直流、交流輸電技術(shù)，在變電環(huán)節(jié)擁有以智能自動(dòng)化、集成化、數(shù)字信息化為特點(diǎn)且處于國(guó)際領(lǐng)先地位的智能變電站，在配用電環(huán)節(jié)掌握了配電自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)、分布式電源接入與微電網(wǎng)技術(shù)等。隨著中國(guó)智能電網(wǎng)十?dāng)?shù)年的快速發(fā)展，中國(guó)智能電網(wǎng)取得了令全世界矚目的成就，電網(wǎng)終將建設(shè)成具有堅(jiān)強(qiáng)、智能兩大特征的國(guó)家電網(wǎng)乃至世界電網(wǎng)。

四、智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）柔性直流輸電技術(shù)

在傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)時(shí)期，由于技術(shù)及設(shè)備的落后，在輸電配電環(huán)節(jié)只能采用交流電的配電方案，隨著直流技術(shù)的發(fā)展及直流輸電具有穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及低損耗等優(yōu)點(diǎn)，直流輸配電方案絕對(duì)是具有發(fā)展?jié)摿Φ呐潆姺绞?。柔性直流輸電技術(shù)是繼交流輸電技術(shù)和常規(guī)直流輸電技術(shù)之外的輸電技術(shù)，柔性直流輸電技術(shù)是以電壓源換流器為核心，并且是目前可控性、適應(yīng)性都極優(yōu)秀的輸電技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)至關(guān)重要。

（二）智能設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)

近年來，傳感器技術(shù)快速發(fā)展，將傳感器應(yīng)用于智能變電站的各類電器一次設(shè)備的在線監(jiān)控已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。智能變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅能夠監(jiān)控各種電氣設(shè)備的狀態(tài)，還能根據(jù)大數(shù)據(jù)對(duì)電氣設(shè)備綜合評(píng)估并預(yù)防事故的發(fā)生。例如對(duì)斷路器的和監(jiān)控，不但能夠監(jiān)控?cái)嗦菲鲀?nèi)部的其他的密度及其密封性，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)斷路器內(nèi)部觸頭構(gòu)的機(jī)械損耗情況。

（三）自愈控制技術(shù)

智能電網(wǎng)的自愈控制技術(shù)指的是通過利用當(dāng)前能調(diào)用的所有電網(wǎng)資源，了解電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并分析判斷當(dāng)前電網(wǎng)是否存在運(yùn)行隱患，對(duì)于正常運(yùn)行的電網(wǎng)適時(shí)采用優(yōu)化策略，而對(duì)于非正常狀態(tài)運(yùn)行下的電網(wǎng)及時(shí)進(jìn)行檢修等措施，對(duì)于可能產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象進(jìn)行遏制，減少人工操作，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)擾動(dòng)以及線路故障的影響最小化。

（四）電能質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用

在國(guó)際研究領(lǐng)域中，電能質(zhì)量技術(shù)一直以來都是各國(guó)技術(shù)人員重點(diǎn)攻克的對(duì)象。在目前的應(yīng)用過程中，電能質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用需要在電網(wǎng)系統(tǒng)中建立完善的電能質(zhì)量評(píng)估方法以及等級(jí)的劃分體系，然后結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)從供電使用的接口進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的分析，對(duì)內(nèi)和對(duì)外建立起內(nèi)部技術(shù)等級(jí)評(píng)估體系與用戶經(jīng)濟(jì)性評(píng)估體系，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中能夠保持最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行。在目前我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電能質(zhì)量技術(shù)主要有電氣化鐵道平衡供電技術(shù)、連續(xù)調(diào)諧波濾波器關(guān)鍵技術(shù)、直流有源濾波器相關(guān)技術(shù)等，而且在我國(guó)大多數(shù)的電網(wǎng)建設(shè)中，統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器也基本上被應(yīng)用，該設(shè)備能夠?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)中的重要用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行保護(hù)，而且還在線路中加裝了蓄電池來實(shí)現(xiàn)電量的充放電過程，這樣可以對(duì)電網(wǎng)的供電情況進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的良好經(jīng)濟(jì)效益。

（五）能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用

在未來的發(fā)展過程中，可持續(xù)發(fā)展觀念已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的主要指導(dǎo)思想，在電網(wǎng)建設(shè)過程中也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地遵循這一思想，保證能源的節(jié)約與充分利用。在可持續(xù)性的發(fā)展理念中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新是其最主要的核心內(nèi)容之一，太陽能、生物能、光能等利用是當(dāng)前能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中研究的重點(diǎn)，我國(guó)一直以來對(duì)這些領(lǐng)域也進(jìn)行了深入的研究，到目前為止，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用各種風(fēng)力發(fā)電廠之中，在目前的研究領(lǐng)域中，我國(guó)主要集中力量來研究風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)技術(shù)，與國(guó)外的研究成果相比，我國(guó)有關(guān)于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究依然還處于初級(jí)階段中，一些技術(shù)方面的論證還需要繼續(xù)進(jìn)行。在電網(wǎng)建設(shè)過程中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)在風(fēng)能、太陽能等可再生資源的利用以及大規(guī)模間歇性電源與微網(wǎng)等需要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，因此，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)也必須實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)建立起合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，從而有效地提升太陽能、風(fēng)能等可再生資源的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，在我國(guó)電力系統(tǒng)中構(gòu)建出堅(jiān)強(qiáng)的實(shí)體電網(wǎng)，進(jìn)一步地優(yōu)化電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力。

（六）精準(zhǔn)負(fù)荷控制

在進(jìn)行電力負(fù)荷控制的過程中，需要事先準(zhǔn)確設(shè)定電網(wǎng)所能承受的電力負(fù)荷。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生超負(fù)荷時(shí)，可借助報(bào)警裝置自動(dòng)跳閘，從而對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，是電網(wǎng)系統(tǒng)管理的重要方式。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)管理過程中，由于信息通信效率低，一旦發(fā)現(xiàn)用電負(fù)荷超標(biāo)，就需要切斷整個(gè)配電線路，嚴(yán)重影響用戶的正常生活。隨著電力企業(yè)對(duì)用電負(fù)荷的精確控制越來越準(zhǔn)確，用戶可以避免過負(fù)荷用電的影響。在精確的負(fù)荷控制作用下，當(dāng)發(fā)生過載時(shí)，可通過及時(shí)切斷充電樁或不連續(xù)供電來降低充電量，從而有效降低因電力負(fù)荷過大造成的損失。在正常情況下，信息通信技術(shù)可以有效地幫助企業(yè)快速發(fā)現(xiàn)故障源，使電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，精準(zhǔn)負(fù)荷控制技術(shù)對(duì)于我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)在經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展后，在看到早期出現(xiàn)的半自動(dòng)化系統(tǒng)讓部分人工操作得以免除后，電力部門的工作效率和服務(wù)質(zhì)量得到了顯著提升。以電力搶修過程為例，過去在出現(xiàn)突發(fā)性險(xiǎn)情時(shí)，多借助用戶撥打報(bào)修電話或來到線下營(yíng)業(yè)廳告知等形式完成報(bào)修登記工作，整個(gè)過程不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往還需檢修部門在后臺(tái)接到請(qǐng)求后完成與報(bào)修用戶的信息核對(duì)工作，早期半自動(dòng)化系統(tǒng)仍未解決最棘手的效率問題，因此曾一度被人詬病。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)作為近年來的一大熱門研究方向不但吸引了無數(shù)科研人員的注意，我國(guó)相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展也讓全世界為之矚目與贊嘆，伴隨科技強(qiáng)國(guó)工程的建設(shè)，未來智能電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用面也必將進(jìn)一步深化。以智能充電系統(tǒng)為例，在本文論述物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈兩種技術(shù)為背景的電網(wǎng)系統(tǒng)后，我國(guó)部分地區(qū)的電動(dòng)汽車推廣力度仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

部分地區(qū)存在“有車無樁”等問題后，在相關(guān)電力部門和地方政府的積極響應(yīng)下，為節(jié)能減排考慮不但有效出臺(tái)了各項(xiàng)新能源汽車優(yōu)惠購(gòu)置政策，還結(jié)合本地實(shí)際情況適當(dāng)加密充電樁的設(shè)置，且充電樁對(duì)環(huán)境的要求較低，即便在我國(guó)嚴(yán)寒地區(qū)也可良好工作，但部分新能源汽車在接入國(guó)家電網(wǎng)的充電插口后曾存在反應(yīng)慢或計(jì)費(fèi)效率低等問題，還需未來進(jìn)一步解決。智能電網(wǎng)系統(tǒng)組建成本低、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)不但得到了社會(huì)各界的廣泛支持認(rèn)可，其系統(tǒng)還擁有我國(guó)獨(dú)享的各項(xiàng)專利。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)在作為一大朝陽產(chǎn)業(yè)吸引無數(shù)科研人員研究的同時(shí)，高校電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的開課深度也在隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展而不斷深入，不但與時(shí)俱進(jìn)開設(shè)了一批與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景契合度高、易上手理解的專業(yè)課程，部分地區(qū)智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)速度也不可想象，但現(xiàn)階段受限于部分汽車生產(chǎn)廠家新能源汽車制造與售后保養(yǎng)服務(wù)的不完善，新能源汽車在充電時(shí)的充電速度仍有一定提高空間，且部分地區(qū)仍存在計(jì)費(fèi)錯(cuò)誤或計(jì)費(fèi)后充電系統(tǒng)不工作等問題，都需經(jīng)過多次內(nèi)部系統(tǒng)迭代后，才得以讓相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人們預(yù)期的各項(xiàng)新功能并具有良好穩(wěn)定性，不但讓新能源汽車的充電難問題得以解決，還將提升新能源車主在充電時(shí)的體驗(yàn)感，有效提升服務(wù)質(zhì)量。

一般基于區(qū)塊鏈的電網(wǎng)管理系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、交互網(wǎng)絡(luò)功能、電網(wǎng)功能、應(yīng)用功能、組織管理功能，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效加密存儲(chǔ)，確保用戶用電信息的安全保密，并不易被無關(guān)人員查看。每組數(shù)據(jù)都被用區(qū)塊的形式打包處理，且鏈表的指向是唯一的，數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密也讓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程高效安全；交互網(wǎng)絡(luò)功能內(nèi)部包含通信的各項(xiàng)協(xié)議，在執(zhí)行通信過程時(shí)節(jié)點(diǎn)也將工作，在傳輸期間通過管理員的設(shè)置將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)高效指向，進(jìn)而在交換數(shù)據(jù)時(shí)利用區(qū)塊優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有可連接節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程；電網(wǎng)功能則對(duì)電網(wǎng)所屬的電表和發(fā)電機(jī)高效連接；應(yīng)用功能對(duì)各項(xiàng)規(guī)章制度進(jìn)行存儲(chǔ)，內(nèi)部對(duì)程序基本規(guī)則和相關(guān)文件內(nèi)容保存在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，并通過對(duì)應(yīng)語句代碼操作完成共識(shí)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行過程；組織管理功能則對(duì)區(qū)塊鏈內(nèi)的所有組織結(jié)構(gòu)提供管理協(xié)議，在節(jié)點(diǎn)不能完成獨(dú)立運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的同時(shí)，利用共識(shí)協(xié)議的計(jì)算優(yōu)勢(shì)解決實(shí)際運(yùn)算期間存在的錯(cuò)誤。

在消費(fèi)者利用區(qū)塊鏈系統(tǒng)加密簽訂合約時(shí)，首先由系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)位置節(jié)點(diǎn)完成對(duì)合約的部署過程，后通過建立彼此關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)客戶的用電金額等形式，將對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)單元內(nèi)，并通過電網(wǎng)功能的數(shù)據(jù)交互完成消費(fèi)者與電力交易部門的一次信息交互。目前可將相關(guān)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到電子合約的簽訂過程中，因相關(guān)文件協(xié)議具有極高的加密性，不但不易被外界獲取信息內(nèi)容，在相關(guān)客戶安全意識(shí)較強(qiáng)的前提下，用戶的數(shù)據(jù)安全性將得到良好保障，物聯(lián)網(wǎng)條件的智能電網(wǎng)系統(tǒng)之缺點(diǎn)在區(qū)塊鏈技術(shù)背景下被得以解決，不但有效保證了交易期間的數(shù)據(jù)安全與高度集成智能化，數(shù)據(jù)的各項(xiàng)操作計(jì)算過程也具有極高的安全性，未來還可將區(qū)塊鏈技術(shù)在5G 相關(guān)產(chǎn)業(yè)的加推下，進(jìn)一步完成對(duì)手機(jī)應(yīng)用的信息加密，讓信息安全的愿景得以變成現(xiàn)實(shí)。

五、結(jié)束語

智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)發(fā)展過程中產(chǎn)物，智能電網(wǎng)貫穿經(jīng)濟(jì)、能源、生活、國(guó)家安全等諸多方面，是社會(huì)穩(wěn)定的重要基石之一，同時(shí)智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中也會(huì)遇到極強(qiáng)的挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)的建設(shè)不僅能夠把清潔能源的發(fā)電并入電網(wǎng)，而且能夠?yàn)樽冸?、輸電、配電及用電過程提供數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化等便利；未來的電力系統(tǒng)能源消耗結(jié)構(gòu)清潔能源占比不斷加大；整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、安全，處理電力系統(tǒng)故障精確、方便、快捷。