中國智能電網(wǎng)的發(fā)展與未來

李立達(dá)

（國網(wǎng)山西晉中供電公司，山西 晉中 030600）

一、引言

隨著新能源快速發(fā)展和新型用能設(shè)備廣泛接入，電力系統(tǒng)運(yùn)行特性發(fā)生顯著變化，呈現(xiàn)出“雙高”“雙峰”特性。這就需要統(tǒng)籌處理好清潔發(fā)展與系統(tǒng)安全、電力保障、系統(tǒng)成本的三組關(guān)系。這是全世界面臨的共同的難題。

為了適應(yīng)即將到來的混合低碳新能源時(shí)代，中國亟需用更為科學(xué)的、環(huán)保的、可持續(xù)性的發(fā)展模式。因此，為了保證電力系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中繼續(xù)發(fā)揮堅(jiān)強(qiáng)后盾的作用，智能電網(wǎng)和中國超高壓輸電開始在中國快速發(fā)展。

二、智能電網(wǎng)的背景和定義

隨著社會快速發(fā)展，傳統(tǒng)電網(wǎng)難以滿足社會多樣化需求的增長。在電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)傾向于一個(gè)能夠集能源資源開發(fā)、輸送新技術(shù)，傳統(tǒng)電網(wǎng)功能，以及對終端用戶各種設(shè)備共享信息的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)為一體的智能系統(tǒng)。這種智能系統(tǒng)不僅提高能源利用效率，還需要兼顧環(huán)境保護(hù)。在這種情況下，智能電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。

各國資源情況、人口、產(chǎn)業(yè)模式發(fā)展不同，電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向和技術(shù)模式也不盡相同。智能電網(wǎng)還沒有國際標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前的主流研究情況，智能電網(wǎng)即為電網(wǎng)技術(shù)注入新技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和電力系統(tǒng)工程技術(shù)等，將人工智能技術(shù)賦予傳統(tǒng)電網(wǎng)，使得電網(wǎng)具有較強(qiáng)的應(yīng)變和自愈能力，成為完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)[1]。

三、智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

（一）智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

智能電網(wǎng)主要由高級輸電運(yùn)行系統(tǒng)、智能變電站、高級配電運(yùn)行系統(tǒng)、高級計(jì)量體系、計(jì)量數(shù)據(jù)管理平臺、通信網(wǎng)組成[2]，見圖1。

圖1 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（二）智能電網(wǎng)特點(diǎn)

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)主要有自愈性、可靠性、兼容性、高效性、交互性[6]。表1 針對智能電網(wǎng)優(yōu)勢做出了對比和闡述。通過對比可以看出，智能電網(wǎng)可以通過自動化技術(shù)提取監(jiān)測數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)故障定位，并通過電網(wǎng)結(jié)構(gòu)完成自愈恢復(fù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性；利用多種清潔能源和儲能設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行，提高電網(wǎng)的效能；交互的通信網(wǎng)絡(luò)承載需求側(cè)的靈活調(diào)控，不僅大電網(wǎng)效能提高，也保證了用戶側(cè)利益。

表1 智能電網(wǎng)優(yōu)勢

（三）智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)

智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)是支撐智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六個(gè)環(huán)節(jié)流暢運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)也是各個(gè)環(huán)節(jié)之間能量流和信息流互通的保障[6]。

1.輸配電系統(tǒng)技術(shù)

智能電網(wǎng)自愈功能具備實(shí)時(shí)識別系統(tǒng)異常信號、故障預(yù)測、干擾后，靈活重構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)能力。

2.高級通信技術(shù)

依靠高效的通信技術(shù)確保智能電網(wǎng)設(shè)備、系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)、有效和即插即用。

3.分布式能源管理技術(shù)

小組合作學(xué)習(xí)模式可以融合不同性格的學(xué)生在一起進(jìn)行自主學(xué)習(xí)探究，這就有利于不同性格的學(xué)生之間實(shí)現(xiàn)性格互補(bǔ)，可以平衡不同性格特點(diǎn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，而且還可以促進(jìn)學(xué)生之間實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源共享，促進(jìn)學(xué)生性格和能力的全方位發(fā)展。

供電網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)集中和單一發(fā)電模式升級，靈活管理分布式電源和用戶側(cè)儲能系統(tǒng)等資源，新型的智能電網(wǎng)將具備自主調(diào)控能力的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，新能源加入和電能的轉(zhuǎn)換將會進(jìn)一步提高電網(wǎng)效能，降低碳排放。

4.高級計(jì)量體系和需求側(cè)管理

高級計(jì)量體系支持具備全雙工通信功能的用戶電力計(jì)量設(shè)備，用戶根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)和自身負(fù)荷情況進(jìn)行靈活地調(diào)配，達(dá)到需求側(cè)管理的目標(biāo)，降低費(fèi)用支出，提高效益。

四、中國智能電網(wǎng)發(fā)展和前景

在促進(jìn)中國智能電網(wǎng)發(fā)展的層面，國家深入研究能源結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，加大政策和投資力度，我國已經(jīng)在智能電網(wǎng)和特高壓輸電方面都取得飛速發(fā)展，正在向國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出自己的聲音。

中國智能電網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段：

1.2009年至2010 年為規(guī)劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開展智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的編制工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各個(gè)環(huán)節(jié)的試點(diǎn)工作[3]。

2009 年，我國首個(gè)百萬伏交流輸變電項(xiàng)目工程建成投運(yùn)。我國全面掌握特高壓的核心技術(shù)，并建立了中國專有的特高壓標(biāo)準(zhǔn)。

隨著特高壓“兩縱兩橫”建設(shè)，能源基地將圍繞現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，緩解一次能源分布和輸送壓力，并均衡電力需求的地域不平衡問題。

智能電網(wǎng)建設(shè)體系還包括：智能變電站，自動化開關(guān)、基于光學(xué)原理的電子式互感器、750Kv 柔性輸電、包含需求側(cè)管理的營銷管理系統(tǒng)開發(fā)、多種分布式清潔能源接入方案、歸屬用戶的儲能設(shè)備接入等等。多維度發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)突出了去中心化和交互方面，也大大提升各個(gè)行業(yè)基于智能電網(wǎng)的發(fā)展可行性。

2.2011年至2015 年為全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備上實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用[3]。

推進(jìn)我國專有特高壓電網(wǎng)建設(shè)。隨著多種能源和多種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)，升級改造原有系統(tǒng)是必然的，推行多級自動化調(diào)度系統(tǒng)、擴(kuò)大智能變電站比例、啟動柔性輸電控制系統(tǒng)。在需求側(cè)應(yīng)用方面，推行互動模式，允許用戶按照需求，靈活調(diào)控，提升能源效能，降低用戶支出。

推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，著力打造清潔能源優(yōu)化配置平臺，做好清潔能源并網(wǎng)消納[5]。增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，整合行業(yè)發(fā)展合力，新能源大規(guī)模開發(fā)，大比例并網(wǎng)，推行微電網(wǎng)模式，提高需求側(cè)互動模式，

3.2016年至2020 年為引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，提升電網(wǎng)的靈活資源配置能力、網(wǎng)絡(luò)安全水平、運(yùn)行效率，以及電網(wǎng)與電源、用戶三者之間的互動性也將更為顯著[3]。

電網(wǎng)作為能源行業(yè)的主體是碳中和的關(guān)鍵支撐，用戶側(cè)設(shè)備也是碳中和的重要組成部分。因此電網(wǎng)在清潔能源開發(fā)、靈活調(diào)控能源供應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全、以及促進(jìn)多模式經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都將發(fā)揮重要的作用。

未來，2025 年和2030 年是世界環(huán)境保護(hù)行動的里程碑，我國非化石能源占一次能源消費(fèi)比例將會碳達(dá)峰和碳中和，電能消費(fèi)總占比是大于30%和35%。這個(gè)預(yù)測是基于智能電網(wǎng)的發(fā)展和清潔能源并網(wǎng)后的結(jié)論。

在能源供給側(cè)，智能電網(wǎng)將構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系，包括分布式光伏、抽水蓄能電站、光伏制氫、遠(yuǎn)距離大跨度輸電通道、風(fēng)電、核電等多種模式并網(wǎng)運(yùn)行，加強(qiáng)電網(wǎng)多模式發(fā)展，增加電網(wǎng)靈活程度，降低電網(wǎng)效能。

在能源消費(fèi)側(cè)，電網(wǎng)將全面推進(jìn)電氣化，加大分布式能源并網(wǎng)，分布式儲能，用戶側(cè)實(shí)時(shí)調(diào)配等節(jié)能提效技術(shù)。同時(shí)延伸電網(wǎng)附屬承載能力，建成國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)。

五、總結(jié)

智能電網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展，讓傳統(tǒng)意義上的電力承載網(wǎng)絡(luò)，演變成為一個(gè)會呼吸的智能電力網(wǎng)絡(luò)。它的存在不僅依靠堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還必須依托信息化、數(shù)字化、自動化、互動化的技術(shù)，才能充分發(fā)揮堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的功能和作用，服務(wù)用戶。

智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢將會具備可再生、交互、數(shù)字化、去中心化、終端電氣化、儲能等新的特征，更靈活地適應(yīng)社會多態(tài)式發(fā)展的需求，用戶側(cè)主動參與調(diào)配。

未來的智能電網(wǎng)將會是集合眾多行業(yè)分支、多類別能源、靈活調(diào)控模式，為不同需求客戶提供電力、信息和服務(wù)一體化平臺。