智能电网——电网和电力设备创新发展的“引擎”

国网信通公司 王熙亮

智能化对我们已经不再陌生，智能手机、智能城市、智能交通、智能电网以及各种智能化终端在改变我们的生活。智能化给我们带来了全新的体验和感受。在世界经济发展几乎失去方向的时候，智能化成为了经济发展的新亮点，智能化将成为电网和电力设备创新发展的新“引擎”。智能电网时代已经到来，世界范围内智能电网的建设进程已经全面启动。其中主要的几大智能电网计划分别是美国的全国统一智能电网计划、欧盟的超级智能电网计划以及中国的坚强智能电网计划。

一、世界发达国家智能电网建设计划

1 美国智能电网概况

进入21世纪，美国连续发生几次大的电网事故，让一贯认为自己是世界老大、技术最新进的美国人饱受停电之苦，美国电力工作者回头看看自己陈旧电网，才恍然大悟，电网需要现代化改造。结合美国的经济刺激计划，提出了智能电网的概念。

2009年8月5日，奥巴马：建设一个距离4000公里以上的“更坚强，更智能的电网”。拨款24亿美元补贴研发和制造电动汽车及储能电池。他认为：很久以来美国在能源创新性领域没有作为，而中国、日本等国家已经远远走在了前面。

美国智能电网建设从理论研究到实践探索都积累一定的经验。基于政府的一系列关于智能电网建设的规划，美国正稳步推进其智能电网的建设。根据2009年的美国经济刺激法案，美国能源部确定了两个专项投资计划，分别为“智能电网投资拨款计划”及“智能电网示范计划”，投资额分别为33.75亿美元和6.15亿美元。受此推动，2010年，美国的智能电网项目的数量大幅增长，总投资额超过100亿美元。美国的智能电网致力于在基础设施老化背景下，建设安全可靠电网，并提高用电侧效率以及降低用电成本。

2 欧洲智能电网概况

欧洲智能电网的发展主要以欧盟为主导，由其制定整体目标和方向、提供政策及资金支持。欧洲智能电网的最根本出发点是推动欧洲的可持续发展，减少能源消耗及温室气体排放。围绕该出发点，欧洲的智能电网目标是支撑可再生能源以及分布式能源的灵活接入，以及向用户提供双向互动等功能。

欧洲智能电网的主要推进者有欧盟委员会、欧洲输电及配电运营公司、科研机构以及设备制造商，分别从政策、资金、技术、运营模式等方面推进研究试点工作，预计在2010年至2018年期间，欧盟对智能电网的总投资额约为20亿欧元。欧盟计划在2020年实现在其能源消费结构中，清洁能源及可再生能源占比超过20%的目标，并完成欧洲电网互通整合等核心变革内容。

欧洲各国结合各自的科技优势以及电力发展特点，积极加入到智能电网的研究及试点项目实施过程中，呈现出鲜明的特色。如：欧洲北海国家（英法德等）着重发展泛欧洲电网互联，意大利着重发展智能表计（AMI）及互动式配电网络，而丹麦着重发展风力发电及配套控制等如图1。

3 日本智能电网概况

日本电网基础设施条件较为完善，配网侧自动化水平一直走在世界前列，其电力行业发展的矛盾主要集中在能源资源的短缺及国土面积的狭小。因此日本政府提出到2020年，所有能源消耗中的10%需来自可再生能源。日本智能电网计划的核心是大规模推广开发“与太阳能发电时代相适应的电网”，其重点研究领域集中在太阳能发电输出功率预测系统、高性能蓄电池系统和与蓄电池相组合的供需控制系统等如图2。

日本智能电网建设工作由政府主导，日本经产省在2010年度预算中列入55亿日元（约4.5亿元人民币）支持研发智能电表和蓄电池技术。2010年4月日本经产省批准横滨市、丰田市、关西文化学术研究都市和北九州市开展智能城市建设工作，其中横滨市计划到2014年建设27MW的光伏发电系统，为4000户居民提供家庭能源管理解决方案，支持2000辆电动汽车的日常行驶，参与厂商包括埃森哲公司（日本）、东京燃气公司、东京电动汽车公司、日立公司、尼桑公司、松下公司、明电舍公司等。整个项目5年计划投资额为740亿日元（约60亿元人民币）。

日本电力中央研究所提出了可应对将来可再生能源等分散电源的大量并网、以及供需双方整体控制的新一代电网—“TIPS”（Triple “I”Power Systems）”的概念，并且正在进行相关的技术开发。

ICT由以下3要素所构成：1）在接入可再生能源等分散型电源的同时，实现供需双方的整体运行和控制的“用电地区安全通信网络”；2）为防止大停电的“大范围·快速控制网络”；3）维护、监控电力流通设备的“设备维护、运行传感器网络”。

二、中国智能电网的目标

中国的经济、工业化和城市化的发展速度是前所未有的，能源和电力需求巨大，能源问题和碳排放问题将成为中国经济发展的瓶颈，智能电网是解决能源问题的重要途径。

中国智能电网建设工作以国家电网公司和南方电网公司为主体。智能电网建设也就成为国家电网公司“十二五”期间的重要工作任务之一。

国家电网公司提出到2015 年基本建成具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网，形成以华北、华中、华东为受端，以西北、东北电网为送端的三大同步电网，使电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升，初步建成世界一流电网。

南方电网在2010年7月提出“建设一个覆盖城乡的智能、高效、可靠的绿色电网（简称CCCGP）”，并确立了一批试点项目，大力推进广州中新知识城、珠海横琴新区智能配网、大容量电化学储能等示范项目的建设，通过建设国家级智能电网实验中心等平台，形成南方电网在智能电网领域的自主知识产权。

三、智能电网给电网和电力设备企业注入了新的活力

从1882年爱迪生建成世界上第一座发电厂到现在，电力工业经历了约130年的发展，但是发电、输电、配电和用电的原理和主要技术基本没有变化。今天智能电网的概念包括了全部现代电力电子技术和信息通信技术在电力工业的应用，为电力工业的创新发展提供了新的机遇，它不仅是电网企业创新发展的“火车头”，也是电力设备企业创新发展的“火车头”。

智能电网，实质就是电网的智能化，它是建立在集成、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好以及新能源的广泛接入和有效利用。

智能电网离不开智能电力设备，电力设备不智能化，电网怎么智能化，因此建设智能电网离不开电力设备企业。智能电网也是电力设备企业创新发展的机遇。智能电网建设主要集中在发电、输电、变电、配电、用电、调度六个环节：

1 发电环节

1）常规电源网厂协调关键技术应用。

2）清洁能源－风电、太阳能发电等的并网、运行和控制。

3）大容量储能设备和技术的研发和应用。

2 输电环节

1）FACTS技术应用。

2）输电线路状态监测。

3）输电线路智能化巡检。

4）输电线路状态评估和状态检修。

3 变电环节

1）智能变电站新建和改造。

2）变电设备状态监测、状态检修。

4 配电环节

1）配电自动化与配电信息化系统建设

2）分布式发电/储能及微网的接入与协调控制

四、近期国网智能电网建设

作为“十二五”开局之年的2011年，是智能电网进入全面建设阶段的第一年，国家电网公司计划在2011年2925亿元的电网投资向智能建设方面倾斜，预计2011年将有约500亿元用于智能化建设，同比增长150%。其中，智能电表仍是电网智能化建设的主要投资对象。未来4～5 年，国家电网公司将投资460亿元用于智能电表采购，其中2011 年计划采购智能电表5000万只，较2010年增长约11%。按照电表平均价格为180～200 元/只计算，2011 年智能电表投资约为90亿～100亿元，约占智能化建设投资的20%。

2011年国家电网公司还将完成两批智能电网建设试点工程，加快推广智能变电站、配电自动化、电力光纤到户等重点项目，在北京、扬州等地建设一批综合示范工程。利用在终端供电网的优势，国家电网将在2011年继续推动电动汽车充电设施建设，按照“换电为主、插充为辅，集中充电、统一配送”的基本商业模式，加快充换电站的布局和建设，预计全年将建成充换电站150 座，并在北京、杭州、天津、合肥、南昌等城市建成电动汽车充换电服务网络。

五、物联网在智能电网中的应用

1 传感器网络—智能电网的信息感知末梢，如图3。

2 物联网（IOT）的概念

物联网(The Internet of things)指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。简单来说就是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。其中的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：要有信息的接收和处理手段；要有数据传输能力；要有一定的信息存储功能；要有自主计算能力；遵循物联网的通信协议；在世界网络中有可被识别的唯一编号等特征。电网和电力系统以及相关物品与设备等满足这些特征，而且电力系统的自动化水平与信息化水平高，基础通信条件好，有利于推进物联网应用的快速发展。

互联网——人人互联，实现世界范围内人人之间的互通互联

物联网——物物互联，互联网向物理世界的延伸

1）发展规模

目前，使用互联网的人数超过3.38亿；互联网已成为人们获取信息和人际沟通的不可或缺的基础设施。移动通信用户超过7亿；据Beecham Research分析，2009年全球物联网终端规模为9,926万，年增长率接近70%；其中亚太地区为2,429万，年增长率接近44%。

2）物联网的三大要素

信息采集：将传感器或RFID等采集设备嵌入需要关注和采集的地点、物体以及系统中，实时获取其状态及状态的变化。

信息处理：借助云计算等新的运算处理系统来处理信息和辅助决策

信息传递：建设无处不在的无线宽带网络，对采集到的数据进行安全、有效的传递。

3 全面的信息感知是实现物联网的基础

包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和终端、传感器网络和传感器网关等；要突破的方向是解决低功耗、小型化和低成本的问题。

4 物联网城市

无锡市：建立国家传感网创新示范区，规划总面积20平方公里。到2012年完成传感网示范基地建设,产业规模达到1000亿元, 2015年达到2500亿。

北京市：2009年第一季度宣布未来3年投资1000亿用于宽带社区建设。近期宣布着手制定物联网5年发展规划，在医疗卫生、教育文化、水电气热等公共服务领域和社区农村基层服务领域，开展智能医疗、电子交费、智能校园、智能社区、智能家居等建设，实行个性化服务。

5 物联网在电力系统应用中的基本定位

物联网在电力应用主要集中在以下几个方面：

无线抄表及配电监测、配电自动化；智能小区（智能用电、智能家居、智能家电等）；智能巡检/巡视、输电线路在线监测、设备状态监测；电力资产的防护及防盗预警、人员及电力现场作业监管；资产的全寿命管理；电厂特别是可再生能源的监测等。

6 物联网在智能电网中的应用

坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，覆盖所有电压等级的各个环节，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。

六、结束语

智能电网建设需要政府、研究机构、电力企业和电力设备制造企业以及用户的广泛参与和合作，它不仅给电网和电力设备企业的创新发展的良好机遇，也是社会进步和改善我们生活的重要途径。不久的将来，智能用电家居可能会进入你的家庭就，也许你回开上一辆电动汽车，使用上一个智能用电终端，会体验到智能电网给我们生活带来的方便和乐趣。