智能電網(wǎng)綜述一、智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵和技術(shù)框架

0 引 言

電力系統(tǒng)是人類迄今為止制造的最復(fù)雜、最龐大的系統(tǒng)，是20世紀(jì)人類所取得的最輝煌的工程技術(shù)成就之一。但是，進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著電力系統(tǒng)的不斷老化，線路擴(kuò)容困難，系統(tǒng)運(yùn)行效率降低，節(jié)能減排等環(huán)保壓力增大，人們對供電可靠性和電能質(zhì)量要求越來越高，大容量的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電接入電力系統(tǒng)的要求日益增強(qiáng)，特別是大面積停電的災(zāi)變事故頻發(fā)，使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在信息社會(huì)發(fā)展的需求。與此同時(shí)，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和傳感技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，為電網(wǎng)的現(xiàn)代化提供了技術(shù)手段。以美國為首的發(fā)達(dá)國家提出了“電網(wǎng)現(xiàn)代化”的號召，從而在全世界范圍內(nèi)掀起了一股研究“智能電網(wǎng)”的熱潮。本系列文章將從智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵和技術(shù)框架、國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略、智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用、智能電網(wǎng)的效益分析、和中國智能電網(wǎng)的發(fā)展路線圖等多個(gè)方面，試圖對智能電網(wǎng)做一個(gè)全景式的介紹。本文是該系列文章的第一篇，主要介紹智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動(dòng)力、智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要區(qū)別、智能電網(wǎng)的核心內(nèi)涵、技術(shù)框架和實(shí)現(xiàn)順序。

1 智能電網(wǎng)的起源和發(fā)展動(dòng)力

2003年4月，在美國能源部的倡導(dǎo)和組織下，來自美國各大電力企業(yè)、設(shè)備制造商、通信技術(shù)提供商、政府部門、大學(xué)和國家實(shí)驗(yàn)室的65位專家齊聚一堂，對電力工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了深刻反思，對電力工業(yè)在第二個(gè)百年里的發(fā)展前景進(jìn)行了展望[1]。會(huì)議指出，北美電網(wǎng)效率低下、輸電擁堵、供電可靠性和電能質(zhì)量降低，特別是大面積停電等災(zāi)難性事故增多，與美國在“21世紀(jì)的領(lǐng)導(dǎo)地位極不相稱”。歷史的發(fā)展往往具有戲劇性，就在這次會(huì)議結(jié)束不到半年， 2003年8月14日北美電網(wǎng)發(fā)生了有史以來最嚴(yán)重的大面積停電事故，美國的8個(gè)州和加拿大的2個(gè)省5千萬人受影響，損失負(fù)荷量61800MW，經(jīng)濟(jì)損失約300億美元。這次災(zāi)難性事故進(jìn)一步驗(yàn)證了會(huì)議所達(dá)成共識(shí)的正確性和智能電網(wǎng)建設(shè)的緊迫性。在政府部門和企業(yè)研發(fā)部門的共同努力下快馬加鞭，于2004年1月出臺(tái)了“國家電力傳輸技術(shù)路線圖計(jì)劃”[2]，提出“可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)向人們提供充足的、廉價(jià)的、清潔的、高效的和可靠的供電服務(wù)”，并提出了電力傳輸技術(shù)現(xiàn)代化的路線圖。

縱觀21世紀(jì)科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展不是偶然的，它發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力來源于以下幾個(gè)方面：

(1) 提高設(shè)備利用效率，減少輸電擁堵的需要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)電設(shè)備利用率90%以上、配電設(shè)備利用率75%以上的時(shí)間不足5%，大部分時(shí)間內(nèi)設(shè)備容量得不到有效利用；而另一方面，隨著電力市場的建設(shè)和競爭加劇，用電負(fù)荷的大幅增加與電源短缺、輸配電容量不足的矛盾日益突出，導(dǎo)致輸電阻塞。北美電網(wǎng)每年的輸電阻塞成本高達(dá)30億美元。