智能電網(wǎng)

必須更加可靠

智能電網(wǎng)不管用戶在何時(shí)何地，都能提供可靠的電力供應(yīng)。它對(duì)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出充分的告警，并能忍受大多數(shù)的電網(wǎng)擾動(dòng)而不會(huì)斷電。它在用戶受到斷電影響之前就能采取有效的校正措施，以使電網(wǎng)用戶免受供電中斷的影響。

必須更加安全

智能電網(wǎng)能夠經(jīng)受物理的和網(wǎng)絡(luò)的攻擊而不會(huì)出現(xiàn)大面積停電或者不會(huì)付出高昂的恢復(fù)費(fèi)用。它更不容易受到自然災(zāi)害的影響。智能電網(wǎng)必須更加經(jīng)濟(jì)—智能電網(wǎng)運(yùn)行在供求平衡的基本規(guī)律之下，價(jià)格公平且供應(yīng)充足。智能電網(wǎng)必須更加高效—智能電網(wǎng)利用投資，控制成本，減少電力輸送和分配的損耗，電力生產(chǎn)和資產(chǎn)利用更加高效。通過(guò)控制潮流的方法，以減少輸送功率擁堵和允許低成本的電源包括可再生能源的接入。

必須更加環(huán)境友好

智能電網(wǎng)通過(guò)在發(fā)電、輸電、配電、儲(chǔ)能和消費(fèi)過(guò)程中的創(chuàng)新來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響。進(jìn)一步擴(kuò)大可再生能源的接入。在可能的情況下，在未來(lái)的設(shè)計(jì)中，智能電網(wǎng)的資產(chǎn)將占用更少的土地，減少對(duì)景觀的實(shí)際影響。智能電網(wǎng)必須是使用安全的—智能電網(wǎng)必須不能傷害到公眾或電網(wǎng)工人，也就是對(duì)電力的使用必須是安全的。[1][2]

智能電網(wǎng) - 學(xué)術(shù)研究

研究者已經(jīng)進(jìn)行了大量的關(guān)于智能電網(wǎng)的研究。根據(jù)Xi Fang等研究者的最新的智能電網(wǎng)研究調(diào)研報(bào)告(Smart Grid - The New and Improved Power Grid: A Survey)，研究工作主要圍繞下面三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行——基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，管理子系統(tǒng)和保護(hù)子系統(tǒng)。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)是一個(gè)位于智能電網(wǎng)底層，結(jié)合能量，信息和通信的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)。該子系統(tǒng)支撐著以下功能的實(shí)現(xiàn)：1)先進(jìn)的電力產(chǎn)生，傳輸和消耗;2)先進(jìn)的信息記錄，監(jiān)控和管理;和3)先進(jìn)的通信技術(shù)。從傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，我們將升級(jí)傳統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)的架構(gòu)到一個(gè)數(shù)字信息為基礎(chǔ)的架構(gòu)。這種需求和改變向電力產(chǎn)業(yè)提出了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

管理子系統(tǒng)

管理子系統(tǒng)提供先進(jìn)的管理和控制服務(wù)。目前的研究主要集中于提高能量有效性，需求曲線，盈利和污染排放。常用的控制技術(shù)包括優(yōu)化，機(jī)器學(xué)習(xí)和博弈論。未來(lái)，越來(lái)越多的基于智能電網(wǎng)先進(jìn)基礎(chǔ)架構(gòu)的新服務(wù)和應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)，并且這些服務(wù)將最終改變用戶的生活方式。

保護(hù)子系統(tǒng)

保護(hù)子系統(tǒng)提供先進(jìn)的電網(wǎng)可靠性分析，錯(cuò)誤保護(hù)，安全和隱私保護(hù)服務(wù)。但是我們必須注意到先進(jìn)復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一方面允許我們實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的機(jī)制抵御惡意攻擊和處理錯(cuò)誤，另一方面也可能導(dǎo)致很多新的系統(tǒng)漏洞。例如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院指出智能電網(wǎng)一個(gè)主要的有點(diǎn)(也就是能夠通過(guò)智能電表得到更多用戶的數(shù)據(jù))也將造成潛在的隱私問(wèn)題。這些數(shù)據(jù)能夠被惡意的第三方取得從而分析用戶的習(xí)慣，行為和活動(dòng)。

智能電網(wǎng) - 技術(shù)支持

通信技術(shù)

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶，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(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。當(dāng)這樣的通信系統(tǒng)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。

高速雙向通信系統(tǒng)的建成，智能電網(wǎng)通過(guò)連續(xù)不斷地自我監(jiān)測(cè)和校正，應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其最重要的特征—自愈特征。它還可以監(jiān)測(cè)各種擾動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)償，重新分配潮流，避免事故的擴(kuò)大。高速雙向通信系統(tǒng)使得各種不同的智能電子設(shè)備(IEDs)、智能表計(jì)、控制中心、電力電子控制器、保護(hù)系統(tǒng)以及用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。

智能電網(wǎng)

量測(cè)技術(shù)

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。它們?cè)u(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及防止竊電、緩減電網(wǎng)阻塞以及與用戶的溝通。

對(duì)于電力公司來(lái)說(shuō)，參數(shù)量測(cè)技術(shù)給電力系統(tǒng)運(yùn)行人員和規(guī)劃人員提供更多的數(shù)據(jù)支持，包括功率因數(shù)、電能質(zhì)量、相位關(guān)系(WAMS)、設(shè)備健康狀況和能力、表計(jì)的損壞、故障定位、變壓器和線路負(fù)荷、關(guān)鍵元件的溫度、停電確認(rèn)、電能消費(fèi)和預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)。新的軟件系統(tǒng)將收集、儲(chǔ)存、分析和處理這些數(shù)據(jù)，為電力公司的其他業(yè)務(wù)所用。

設(shè)備技術(shù)

智能電網(wǎng)要廣泛應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，極大地提高輸配電系統(tǒng)的性能。未來(lái)的智能電網(wǎng)中的設(shè)備將充分應(yīng)用在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高功率密度、供電可靠性和電能質(zhì)量以及電力生產(chǎn)的效率。

未來(lái)智能電網(wǎng)將主要應(yīng)用三個(gè)方面的先進(jìn)技術(shù)：電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)以及大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)。通過(guò)采用新技術(shù)和在電網(wǎng)和負(fù)荷特性之間尋求最佳的平衡點(diǎn)來(lái)提高電能質(zhì)量。通過(guò)應(yīng)用和改造各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，如基于電力電子技術(shù)和新型導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)備，來(lái)提高電網(wǎng)輸送容量和可靠性。配電系統(tǒng)中要引進(jìn)許多新的儲(chǔ)能設(shè)備和電源，同時(shí)要利用新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如微電網(wǎng)。

控制技術(shù)

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測(cè)基本的元件(參數(shù)量測(cè)技術(shù))，提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù);先進(jìn)設(shè)備技術(shù))并且對(duì)任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報(bào)價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

智能電網(wǎng)

未來(lái)先進(jìn)控制技術(shù)的分析和診斷功能將引進(jìn)預(yù)設(shè)的專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，采取自動(dòng)的控制行動(dòng)。這樣所執(zhí)行的行動(dòng)將在秒一級(jí)水平上，這一自愈電網(wǎng)的特性將極大地提高電網(wǎng)的可靠性。