智能电网涉及的关键技术及应用

　　建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现。因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。当这样的通信系统建成后，它可以提高电网的供电可靠性和资产的利用率，繁荣电力市场，抵御电网受到的攻击，从而提高电网价值。
 
　　适用于智能电网的通信技术需具备以下特征：一是具备双向性、实时性、可靠性特征，出于安全性考虑理论上应是与公网隔离的电力通信专网。二是具备技术先进性，能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务。三是最好具备自主知识产权，可具有面向电力智能电网业务的定制开发和业务升级能力。
作为国家电网公司从事骨干信息通信网络建设、运行管理的直属公司，国网信息通信有限公司高度重视智能电网建设工作，积极开展相关前期研究工作，并着力推进有关信息通信技术（ICT）的软硬件产品研发，开展新一代电力信息通信（ICT）网络模式研究,加快信息通信产业化发展。
 
　　电力客户用电信息采集系统是智能电网的重要组成部分，信通公司积极参与其中与信息通信专业相关的研究，向国家电网公司提交了通信专题技术报告。同时，积极推进产业化进程，进一步完善了用电信息采集主站软件平台、基于电力线宽带通信技术的采集器等产品。
智能电网客户服务是智能电网用电环节的重要组成部分，是实现电网与客户之间实时交互响应，增强电网综合服务能力，满足互动营销需求，提升服务水平的重要手段。信通公司将智能电网客户服务试点分别设立在北京莲香园小区和阜成路95号院。其中，阜成路95号院试点以光纤入户为主要特点，以机顶盒和电视机为展现手段，实现三表抄收和查询、物业、配送、网络增值等一系列特色服务，体现出良好的交互性和智能化特色。
 
　　2.3 信息管理系统
 
　　智能电网中的信息管理系统应主要包括采集与处理、分析、集成、显示、信息安全等五个功能。（1）信息采集与处理。主要包括详尽的实时数据采集系统、分布式的数据采集和处理服务、智能电子设备(intelligent electronic device，IED)资源的动态共享、大容量高速存取、冗余备用、精确数据对时等。（2）信息分析。对经过采集、处理和集成后的信息进行业务分析，是开展电网相关业务的重要辅助工具。纵向包括“发电–输电–配电–需求侧”四级产业链业务分析和“国家–大区–省级–地县”四级电网信息分析。横向包括发电计划、停电管理、资产管理、维护管理、生产优化、风险管理、市场运作、负荷管理、客户关系管理、财务管理、人力资源管理等业务模块分析。（3）信息集成。智能电网的信息系统在纵向上要实现产业链信息集成和电网信息集成，横向上要实现各级电网企业内部业务的信息集成。（4）信息显示。为各类型用户提供个性化的可视化界面，需要合理运用平面显示、三维动画、语音识别、触摸屏、地理信息系统(GIS)等视频和音频技术。（5）信息安全。智能电网必须明确各利益主体的保密程度和权限，并保护其资料和经济利益。因此，必须研究复杂大系统下的网络生存、主动实时防护、安全存储、网络病毒防范、恶意攻击防范、网络信任体系与新的密码等技术。
 
　　2.4 智能调度技术
 
　　智能调度是智能电网建设中的重要环节，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。
现有的调度自动化系统面临着许多问题，包括非自动、信息的杂乱、控制过程不安全、集中式控制方法缺乏、事故决策困难等。为适应大电网、特高压以及智能电网的建设运行管理要求，实现调度业务的科学决策、电网运行的高效管理、电网异常及事故的快速响应，必须对智能调度加以分析研究。
 
　　为加快推进智能电网调度技术支持系统总体设计和应用功能规范编写工作，国网电力科学研究院受国家电力调度中心委托，承担智能电网调度技术支持系统总体设计工作。2009年7月6日至18日，在国调中心带领下，国网电科院工作组顺利完成智能电网调度技术支持系统总体设计，并讨论确定智能电网调度技术支持系统功能规范体系，为一体化智能电网调度技术支持系统的快速有序建设提供指导。国网电科院工作组成员全程参与了智能电网调度技术支持系统基础平台和四大应用的总体设计，承担并顺利完成调度计划应用、安全校核应用和调度管理应用的功能流程和总体设计。
 
　　2.5 高级电力电子技术
 
　　电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种现代技术，节能效果可达10%～40%，可以减少机电设备的体积并能够实现最佳工作效率。目前，半导体功率元器件向高压化、大容量化发展，电力电子产业出现了以SVC为代表的柔性交流输电技术、以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术、以高压变频为代表的电气传动技术，以智能开关为代表的同步开断技术，以及以静止无功发生器、动态电压恢复器为代表的用户电力技术等。
柔性交流输电技术是新能源、清洁能源的大规模接入电网系统的关键技术之一，将电力电子技术与现代控制技术相结合，通过对电力系统参数的连续调节控制，从而大幅降低输电损耗、提高输电线路输送能力和保证电力系统稳定水平。
 
　　高压直流输电技术对于远距离输电、高压直流输电拥有独特的优势。其中，轻型直流输电系统采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。
 
　　高压变频技术最大的优点是节电率一般可达30%左右，但缺点是成本高，并产生高次谐波污染电网。同步开断(智能开关)技术是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。目前，高压开关大都是机械开关，开断时间长、分散性大，难以实现准确的定相开断。实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。
 
　　2.6 分布式能源接入技术
 
　　智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置与利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。
 
　　分布式电源（DER）的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏电源、燃料电池和储能装置（如飞轮、超级电容器、超导磁能存储、液流电池和钠硫蓄电池等）。一般来说，其容量从1kW到10MW。配电网中的DER由于靠近负荷中心，降低了对电网扩展的需要，并提高了供电可靠性，因此得到广泛采用。特别是有助于减轻温室效应的分布式可再生能源，在许多国家政府政策上的大力支持下，迅速增长。目前，在北欧的几个国家，DER已拥有30%以上的发电量分额。在美国DER目前只占总容量的7%，而预期到2020年时这一份额将达25%。
 
　　大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，彻底改变了传统的配电系统单向潮流的特点，要求系统使用新的保护方案、电压控制和仪表来满足双向潮流的需要。然而，通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中来并协调运行，将可带来巨大的效益。除了节省对输电网的投资外，它可提高全系统的可靠性和效率，提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持，及其他一些辅助服务功能，如无功支持、电能质量改善等；同时，它也为系统运行提供了巨大的灵活性。如在风暴和冰雪天气下，当大电网遭到严重破坏时，这些分布式电源可自行形成孤岛或微网向医院、交通枢纽和广播电视等重要用户提供应急供电。
 
　　3 智能电网的功能实现