智能電網(wǎng)是為了實(shí)現能源替代和兼容利用，它需要在創(chuàng )建開(kāi)放的系統和建立共享的信息模式的基礎上，整合系統中的數據，優(yōu)化電網(wǎng)的運行和管理。它主要是通過(guò)終端傳感器將用戶(hù)之間、用戶(hù)和電網(wǎng)公司之間形成即時(shí)連接的網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)，從而實(shí)現數據讀取的實(shí)時(shí)（real-time）、高速（high-speed）、雙向（two-way）的效果，整體性地提高電網(wǎng)的綜合效率。它可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設備的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和數據整合，遇到電力供應的高峰期之時(shí)，能夠在不同區域間進(jìn)行及時(shí)調度，平衡電力供應缺口，從而達到對整個(gè)電力系統運行　的優(yōu)化管理；同時(shí)，智能電表也可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動(dòng)電力部門(mén)以其終端用戶(hù)為基礎，進(jìn)行通信、運行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號。

　　2009年6月27～28日，第一屆智能電網(wǎng)研究論壇在天津大學(xué)召開(kāi)。論壇共安排了十四個(gè)學(xué)術(shù)報告，從智能電網(wǎng)的基本理念、技術(shù)組成、設備需求等多個(gè)角度對我國智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展進(jìn)行了探討。天津大學(xué)余貽鑫院士的報告為“智能電網(wǎng)的原動(dòng)力、技術(shù)組成和實(shí)施路線(xiàn)”。報告中提出，系統安全穩定運行、需求側管理、分布式電源等是推進(jìn)智能電網(wǎng)建設的原動(dòng)力。智能電網(wǎng)是綜合應用通訊、高級傳感器、分布式計算等技術(shù)，提高輸配電網(wǎng)絡(luò )的安全性、可靠性和效率。

　　華中科技大學(xué)程時(shí)杰院士在“儲能技術(shù)及其在智能電網(wǎng)中的應用”的報告中指出，在可再生能源發(fā)電所占比例較大的電力系統中，儲能技術(shù)的應用是解決如何保證系統正常運行這個(gè)難題的一條可行的途徑。并提出了智能電網(wǎng)對儲能系統的基本要求，即足夠大的儲能容量、足夠快的功率響應速度、足夠大的交換功率、足夠高的儲能效率、足夠小的放電周期、足夠長(cháng)的使用壽命、足夠小的運行費用。

　　天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院院長(cháng)王成山教授作了“分布式電源、微網(wǎng)、智能配電系統”的報告，分別對分布式電源、微網(wǎng)和智能配電系統的關(guān)鍵技術(shù)、應用以及存在的問(wèn)題進(jìn)行了介紹，并分析了三者之間的關(guān)系。山東理工大學(xué)徐丙垠教授的“智能配電網(wǎng)中的配電自動(dòng)化技術(shù)”、加拿大卑詩(shī)省水電公司欒文鵬的“高級量測系統”、國家電網(wǎng)需求側管理中心陳江華的“我國需求側管理實(shí)踐成效與展望”、ABB公司劉前進(jìn)的“智能電網(wǎng)—遠景，技術(shù)與應用”等，都從不同角度分析和探討了智能電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)現方式和發(fā)展前景。

　　2智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　我國數字化電網(wǎng)建設涵蓋了發(fā)電、調度、輸變電、配電和用戶(hù)各個(gè)環(huán)節，包括：信息化平臺、調度自動(dòng)化系統、穩定控制系統、柔性交流輸電，變電站自動(dòng)化系統、微機繼電保護、配網(wǎng)自動(dòng)化系統、用電管理采集系統等。實(shí)際上，目前我國數字化電網(wǎng)建設可以算是智能電網(wǎng)的雛形。

　　2.1參考量測技術(shù)
　　參數量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數量測技術(shù)獲得數據并將其轉換成數據信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們評估電網(wǎng)設備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計的讀取、消除電費估計以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶(hù)的溝通。

　　未來(lái)的智能電網(wǎng)將取消所有的電磁表計及其讀取系統，取而代之的是可以使電力公司與用戶(hù)進(jìn)行雙向通信的智能固態(tài)表計?；谖⑻幚砥鞯闹悄鼙碛媽⒂懈嗟墓δ?，除了可以計量每天不同時(shí)段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價(jià)格信號及電費費率，并通知用戶(hù)實(shí)施什么樣的費率政策。更高級的功能有用戶(hù)自行根據費率政策，編制時(shí)間表，自動(dòng)控制用戶(hù)內部電力使用的策略。

　　對于電力公司來(lái)說(shuō)，參數量測技術(shù)給電力系統運行人員和規劃人員提供更多的數據支持，包括功率因數、電能質(zhì)量、相位關(guān)系（WAMS）、設備健康狀況和能力、表計的損壞、故障定位、變壓器和線(xiàn)路負荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認、電能消費和預測等數據。新的軟件系統將收集、儲存、分析和處理這些數據，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

　　未來(lái)的數字保護將嵌入計算機代理程序，極大地提高可靠性。計算機代理程序是一個(gè)自治和交互的自適應的軟件模塊。廣域監測系統、保護和控制方案將集成數字保護、先進(jìn)的通信技術(shù)以及計算機代理程序。在這樣一個(gè)集成的分布式的保護系統中，保護元件能夠自適應地相互通信，這樣的靈活性和自適應能力極大地提高可靠性，因為即使部分系統出現了故障，其他的帶有計算機代理程序的保護元件仍然能夠保護系統。

　　2.2智能電網(wǎng)通信技術(shù)
　　建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統是實(shí)現智能電網(wǎng)的基礎，沒(méi)有這樣的通信系統，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現。因為智能電網(wǎng)的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統的支持，因此建立這樣的通信系統是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶(hù)，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò )—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò )，只有這樣才能實(shí)現智能電網(wǎng)的目標和主要特征。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型的基礎設施。當這樣的通信系統建成后，它可以提高電網(wǎng)的供電可靠性和資產(chǎn)的利用率，繁榮電力市場(chǎng)，抵御電網(wǎng)受到的攻擊，從而提高電網(wǎng)價(jià)值。

　　適用于智能電網(wǎng)的通信技術(shù)需具備以下特征：一是具備雙向性、實(shí)時(shí)性、可靠性特征，出于安全性考慮理論上應是與公網(wǎng)隔離的電力通信專(zhuān)網(wǎng)。二是具備技術(shù)先進(jìn)性，能夠承載智能電網(wǎng)現有業(yè)務(wù)和未來(lái)擴展業(yè)務(wù)。三是最好具備自主知識產(chǎn)權，可具有面向電力智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的定制開(kāi)發(fā)和業(yè)務(wù)升級能力。

　　作為國家電網(wǎng)公司從事骨干信息通信網(wǎng)絡(luò )建設、運行管理的直屬公司，國網(wǎng)信息通信有限公司高度重視智能電網(wǎng)建設工作，積極開(kāi)展相關(guān)前期研究工作，并著(zhù)力推進(jìn)有關(guān)信息通信技術(shù)（ICT）的軟硬件產(chǎn)品研發(fā)，開(kāi)展新一代電力信息通信（ICT）網(wǎng)絡(luò )模式研究,加快信息通信產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　電力客戶(hù)用電信息采集系統是智能電網(wǎng)的重要組成部分，信通公司積極參與其中與信息通信專(zhuān)業(yè)相關(guān)的研究，向國家電網(wǎng)公司提交了通信專(zhuān)題技術(shù)報告。同時(shí)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，進(jìn)一步完善了用電信息采集主站軟件平臺、基于電力線(xiàn)寬帶通信技術(shù)的采集器等產(chǎn)品。

　　智能電網(wǎng)客戶(hù)服務(wù)是智能電網(wǎng)用電環(huán)節的重要組成部分，是實(shí)現電網(wǎng)與客戶(hù)之間實(shí)時(shí)交互響應，增強電網(wǎng)綜合服務(wù)能力，滿(mǎn)足互動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)需求，提升服務(wù)水平的重要手段。信通公司將智能電網(wǎng)客戶(hù)服務(wù)試點(diǎn)分別設立在北京蓮香園小區和阜成路95號院。其中，阜成路95號院試點(diǎn)以光纖入戶(hù)為主要特點(diǎn)，以機頂盒和電視機為展現手段，實(shí)現三表抄收和查詢(xún)、物業(yè)、配送、網(wǎng)絡(luò )增值等一系列特色服務(wù)，體現出良好的交互性和智能化特色。

 
　　2.3信息管理系統
　　智能電網(wǎng)中的信息管理系統應主要包括采集與處理、分析、集成、顯示、信息安全等五個(gè)功能。（1）信息采集與處理。主要包括詳盡的實(shí)時(shí)數據采集系統、分布式的數據采集和處理服務(wù)、智能電子設備(intelligentelectronicdevice，IED)資源的動(dòng)態(tài)共享、大容量高速存取、冗余備用、精確數據對時(shí)等。（2）信息分析。對經(jīng)過(guò)采集、處理和集成后的信息進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，是開(kāi)展電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的重要輔助工具?？v向包括“發(fā)電–輸電–配電–需求側”四級產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)分析和“國家–大區–省級–地縣”四級電網(wǎng)信息分析。橫向包括發(fā)電計劃、停電管理、資產(chǎn)管理、維護管理、生產(chǎn)優(yōu)化、風(fēng)險管理、市場(chǎng)運作、負荷管理、客戶(hù)關(guān)系管理、財務(wù)管理、人力資源管理等業(yè)務(wù)模塊分析。（3）信息集成。智能電網(wǎng)的信息系統在縱向上要實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈信息集成和電網(wǎng)信息集成，橫向上要實(shí)現各級電網(wǎng)企業(yè)內部業(yè)務(wù)的信息集成。（4）信息顯示。為各類(lèi)型用戶(hù)提供個(gè)性化的可視化界面，需要合理運用平面顯示、三維動(dòng)畫(huà)、語(yǔ)音識別、觸摸屏、地理信息系統(GIS)等視頻和音頻技術(shù)。（5）信息安全。智能電網(wǎng)必須明確各利益主體的保密程度和權限，并保護其資料和經(jīng)濟利益。因此，必須研究復雜大系統下的網(wǎng)絡(luò )生存、主動(dòng)實(shí)時(shí)防護、安全存儲、網(wǎng)絡(luò )病毒防范、惡意攻擊防范、網(wǎng)絡(luò )信任體系與新的密碼等技術(shù)。

　　2.4智能調度技術(shù)
　　智能調度是智能電網(wǎng)建設中的重要環(huán)節，智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統則是智能調度研究與建設的核心，是全面提升調度系統駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場(chǎng)調配能力的技術(shù)基礎。

　　現有的調度自動(dòng)化系統面臨著(zhù)許多問(wèn)題，包括非自動(dòng)、信息的雜亂、控制過(guò)程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策困難等。為適應大電網(wǎng)、特高壓以及智能電網(wǎng)的建設運行管理要求，實(shí)現調度業(yè)務(wù)的科學(xué)決策、電網(wǎng)運行的高效管理、電網(wǎng)異常及事故的快速響應，必須對智能調度加以分析研究。

　　為加快推進(jìn)智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統總體設計和應用功能規范編寫(xiě)工作，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院受?chē)译娏φ{度中心委托，承擔智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統總體設計工作。2009年7月6日至18日，在國調中心帶領(lǐng)下，國網(wǎng)電科院工作組順利完成智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統總體設計，并討論確定智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統功能規范體系，為一體化智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統的快速有序建設提供指導。國網(wǎng)電科院工作組成員全程參與了智能電網(wǎng)調度技術(shù)支持系統基礎平臺和四大應用的總體設計，承擔并順利完成調度計劃應用、安全校核應用和調度管理應用的功能流程和總體設計。

　　2.5高級電力電子技術(shù)
　　電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換及控制的一種現代技術(shù)，節能效果可達10%～40%，可以減少機電設備的體積并能夠實(shí)現最佳工作效率。目前，半導體功率元器件向高壓化、大容量化發(fā)展，電力電子產(chǎn)業(yè)出現了以SVC為代表的柔性交流輸電技術(shù)、以高壓直流輸電為代表的新型超高壓輸電技術(shù)、以高壓變頻為代表的電氣傳動(dòng)技術(shù)，以智能開(kāi)關(guān)為代表的同步開(kāi)斷技術(shù)，以及以靜止無(wú)功發(fā)生器、動(dòng)態(tài)電壓恢復器為代表的用戶(hù)電力技術(shù)等。
 

　　柔性交流輸電技術(shù)是新能源、清潔能源的大規模接入電網(wǎng)系統的關(guān)鍵技術(shù)之一，將電力電子技術(shù)與現代控制技術(shù)相結合，通過(guò)對電力系統參數的連續調節控制，從而大幅降低輸電損耗、提高輸電線(xiàn)路輸送能力和保證電力系統穩定水平。
　　高壓直流輸電技術(shù)對于遠距離輸電、高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。其中，輕型直流輸電系統采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，使中型的直流輸電工程在較短輸送距離也具有競爭力。此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，還可用于向海上石油平臺、海島等孤立小系統供電，未來(lái)還可用于城市配電系統，接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。輕型直流輸電系統更有助于解決清潔能源上網(wǎng)穩定性問(wèn)題。

　　高壓變頻技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是節電率一般可達30%左右，但缺點(diǎn)是成本高，并產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。同步開(kāi)斷(智能開(kāi)關(guān))技術(shù)是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開(kāi)或閉合。目前，高壓開(kāi)關(guān)大都是機械開(kāi)關(guān)，開(kāi)斷時(shí)間長(cháng)、分散性大，難以實(shí)現準確的定相開(kāi)斷。實(shí)現同步開(kāi)斷的根本出路在于用電子開(kāi)關(guān)取代機械開(kāi)關(guān)。

　　2.6分布式能源接入技術(shù)
　　智能電網(wǎng)的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò )系統，可對電網(wǎng)與用戶(hù)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和采集，且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶(hù)，實(shí)現對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運營(yíng)的可靠性和能源利用效率。

　　分布式電源（DER）的種類(lèi)很多，包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏電源、燃料電池和儲能裝置（如飛輪、超級電容器、超導磁能存儲、液流電池和鈉硫蓄電池等）。一般來(lái)說(shuō)，其容量從1kW到10MW。配電網(wǎng)中的DER由于靠近負荷中心，降低了對電網(wǎng)擴展的需要，并提高了供電可靠性，因此得到廣泛采用。特別是有助于減輕溫室效應的分布式可再生能源，在許多國家政府政策上的大力支持下，迅速增長(cháng)。目前，在北歐的幾個(gè)國家，DER已擁有30%以上的發(fā)電量分額。在美國DER目前只占總容量的7%，而預期到2020年時(shí)這一份額將達25%。

　　大量的分布式電源并于中壓或低壓配電網(wǎng)上運行，徹底改變了傳統的配電系統單向潮流的特點(diǎn)，要求系統使用新的保護方案、電壓控制和儀表來(lái)滿(mǎn)足雙向潮流的需要。然而，通過(guò)高級的自動(dòng)化系統把這些分布式電源無(wú)縫集成到電網(wǎng)中來(lái)并協(xié)調運行，將可帶來(lái)巨大的效益。除了節省對輸電網(wǎng)的投資外，它可提高全系統的可靠性和效率，提供對電網(wǎng)的緊急功率和峰荷電力支持，及其他一些輔助服務(wù)功能，如無(wú)功支持、電能質(zhì)量改善等；同時(shí)，它也為系統運行提供了巨大的靈活性。如在風(fēng)暴和冰雪天氣下，當大電網(wǎng)遭到嚴重破壞時(shí)，這些分布式電源可自行形成孤島或微網(wǎng)向醫院、交通樞紐和廣播電視等重要用戶(hù)提供應急供電。

3智能電網(wǎng)的功能實(shí)現

　　目前，智能電網(wǎng)研究較為成熟的主要是美國，美國多個(gè)州已開(kāi)始設計智能電網(wǎng)系統，GE、IBM、西門(mén)子、Google、Intel等信息產(chǎn)業(yè)龍頭都已投入智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　美國能源部中國辦公室的MaitinSchoenbauer出席了2009年6月在天津大學(xué)召開(kāi)的第一屆智能電網(wǎng)研究論壇，介紹了美國智能電網(wǎng)的有關(guān)情況。MartinSchoenbauer介紹了“美國能源部智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)”，美國能源部正在發(fā)起建立智能電網(wǎng)信息共享交流平臺和信息庫，資助智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)項目，并指出清潔能源和智能電網(wǎng)將是中美能源領(lǐng)域合作的重要內容。

　　美國科羅拉多州的波爾得市是美國第一個(gè)智能電網(wǎng)城市。每戶(hù)家庭都安排了智能電表，人們可以很直觀(guān)地了解當時(shí)的電價(jià)，從而把一些事情，比如洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。電表還可以幫助人們優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽(yáng)能等清潔能源。同時(shí)，變電站可以收集到每家每戶(hù)的用電情況。一旦有問(wèn)題出現，可以重新配備電力。

　　在美國西弗吉尼亞州，阿勒格尼電力公司(AlleghenyEnergy)的“超級電路”項目(SuperCircuitproject)把先進(jìn)的監測、控制和保護技術(shù)結合在一起，從而增強供電線(xiàn)路的可靠性與安全性。該電網(wǎng)將整合生物柴油發(fā)電、能量?jì)Υ嬉约跋冗M(jìn)的計量基礎設施(智能儀表)和通信網(wǎng)絡(luò )，迅速地預測、確定并幫助解決網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題。
 

　　美國科羅拉多州科林斯堡（FortCollins）及該市擁有的公用事業(yè)公司支持多項清潔能源計劃。其中一項涉及在五個(gè)用戶(hù)區域內把太陽(yáng)能和風(fēng)能等近30種可再生能源結合在一起。該計劃與其他一些分布式供電系統共同支持該市一個(gè)稱(chēng)為FortZED的零能耗區。

　　美國夏威夷大學(xué)(UniversityofHawaii)在研制一個(gè)配電管理系統平臺，它采用智能計量作為門(mén)戶(hù)站，綜合了需求反應、住宅節能自動(dòng)化、分布式發(fā)電優(yōu)化管理、配電系統的儲存與負荷、允許配電系統與主電網(wǎng)中其他系統協(xié)調的各種控制手段。

　　美國伊利諾伊理工學(xué)院(IllinoisInstituteofTechnology)的“完美電力”(PerfectPower)項目應用先進(jìn)技術(shù)建設微型電網(wǎng)的原型，該微型電網(wǎng)能夠對主電網(wǎng)的變化作出反應，增強電網(wǎng)的可靠性，并降低電力需求。