[摘要]
[关键词]
1．什么是智能电网
虽然许多国家已经在推进智能电网的相关试点工程，但是明确的、广为接受的定义还没有形成。目前比较为欧美业界接收的智能电网的作用有承载优化能源价值链的各种解决方案，并使用数字技术来提高包括大型发电、输电、电力用户和日益增加的分布式发电和储能在内的电力系统的可靠性、安全性和效率。[1]
我国国家电网公司也提出了“坚强智能电网”的概念，并指出智能电网是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。[2], [3]
2．智能电网的发展背景
欧美智能电网发展源于输、配电企业资金欠缺、材料和人工成本高企，电网基础设施老化而引发的故障已威胁国家安全；同时整个社会对提高能效和电力供应品质，利用可再生能源改善环境，和透明有效监管提出了更高的要求。这些要求对电源的接入和电网的运行都带来了影响，例如为应对峰值负荷，美国10%的发电容量和25%的输电设施的年利用小时小于400小时，每年投用时间仅有5%。
传统电力系统的设计原则是基于大型中央发电机组xx可控，而任何给定地域内的用电负荷是随机的，电力系统的容量根据电力宏观消费模型预测的峰值电力需求来确定，而且电流由发电到用户端单向流动。进入二十一世纪，这一设计原则受到了根本的挑战，由于可再生能源的利用一些发电机组的出力具有随机特性，而由于智能电器的使用、VPP和需求侧管理的加强不少负荷也具有了可控性；同时，电网的控制要求适合电力双向流动和分布储能。这些驱动因素和电力系统的演进为智能电网的发展设定了大环境。
3．智能电网的特点
纵观各个国家的智能电网试点项目除了各自的侧重外，具有以下共同特点：1）由xx的“供应跟随负荷”向“负荷部分跟随供应”转变；2）承载间隙性电源接入，智能电网可以感知电网状态，自动快速动作保持输电系统运营的实时平衡；3）“负荷- 发电聚合商”（如VPP）的引入，由其聚合当地的发电和用电负荷，代表中、小型的用户和发电商参与电力系统运行，以减少需求增长对电网基础设施建设的需求；4）能够更好地推动电动汽车和大规模储能的推广；5）能更好地接纳可再生能源的并网运行；6）双向的实时通讯能鼓励用户基于价格和环保的考虑主动参与电网运行，引入用户选择的新时代；7）有利于推进绿色建筑等环保标准的探索；8）可以籍助分布式电源和智能电网的安全协议提高电网抵抗网络攻击和自然灾害的能力。[2], [3], [4], [5]
4．美国智能电网的主要发展方向
美国在《2007能源独立和安全法案》（EISA2007）中定义了智能电网有关的组成部分。其中政府对技术支持度{zg}的一些领域是1）运营中心的广域测量（WAM）技术如具备GPS同步的相位测量单元和控制装置；2）可靠性技术如故障定位、隔离和恢复服务（FLISR）技术；3）对系统干扰具自愈式相应的基于微处理器具备通讯能力的智能馈线自动化技术；4）数据挖掘和可视化技术；5）使用数字控制进行电网管理，电力品质保障的智能电子装置IED；6）优化资产利用和运营效率的技术如利于用户根据电力市场价格信号主动参与的能源管理系统。而美国能源部也提出了五大推动智能电网的基础技术：1）一体化通讯，在开放式体系中进行部件间的实时通讯和控制；2）传感和测量技术；3）超导、储能等先进部件设备；4）先进的控制方法；5）完善接口界面和决策支持。
目前，美国政府已在示范的技术还有美国能源部橡树脊实验室的地球能源动态可视化项目VERDE，它能综合实时传感器数据，气象信息，建立带地理信息的电网模型以提供广域电网情况。从美国电力公司的智能电网项目来看，较多的还是智能电表、智能衡温器等用户端项目，同时也有静态无功补偿（SVC） 等在高可靠性状态下提高输电能力和效率的示范项目。
在财税方面美国政府《2008年紧急经济稳定法案》允许智能电网设备的折旧期由20年缩短为10年。[1], [4], [6]
5．欧共体智能电网的主要发展方向
欧洲积极逐步推进电力市场的开放和一体化，根据欧共体2003/54/EC指令，“内部电力市场通则”要求原纵向一体化的电力公司被拆分成受监管的输、配电系统运营方、发电公司、电力零售商（发电和零售业务有时还是由一个公司运营的）、和监管机构。要求各国增加电网的可观察性使网络的交互更有效，同时增强电力系统防御侵入与自我修复的能力，更好地抵御事故。
在输电系统方面欧洲支持可再生间歇性电源的发展；鼓励开发新的网架结构作为传统高架输电线的补充；同时通过加强跨域协作提高电网可控性和实时控制特性增强输电网络的灵活性；倡导负荷和发电聚合商引入新的运行方式并且加强需求侧管理。
在配电系统方面欧洲致力于改善配电系统的设计和运行以更好地整合分布式发电、电力储存和电动汽车；基于对电力市场价格信号的反应，利用负荷响应技术进行能效管理；同时政府监管部门也尝试设定有利于分布发电、储能和电动汽车发展的配电系统费率；各配电系统运营企业也在逐步转变思维方式，由原先基于技术产品的技术推动型向电力市场拉动型的发展方式转变。
与全球其他地区相比，欧洲许多国家的可再生能源的电网接入很高，解决可再生能源的间歇性问题的挑战也最为迫切。目前主要开展的工作有：1）提高长期气候预测的精度，因为风的波动特性并不是xx随机的。这一工作虽然对于短期电力调度影响有限，但是对于风电场和太阳能电站经济规模的确定很有意义；2）发展大规模储能技术；由于可再生能源的容量利用系数较低，通常其电网接入的输电能力要小于可再生能源的{zd0}发电能力，大规模储能对于平抑可再生能源的间歇性和解决发电峰值时输电瓶颈很重要。比如丹麦希望在2025年风电的渗透率达到50%，通过电动汽车、热泵来消纳富余的电量；3）培植可再生能源聚合商，使可再生能源的发电能力更易于调度，有利电网控制。因为将整个地区的风能发电聚合后其波动性比单个风力发电机组和单个风场的波动性要小很多。地域的聚合产生的平滑作用是非常大的，例如整个丹麦西部的风力负荷的波动性仅为域内单个风场的四分之一；4）并大力推广需求侧管理，包括负荷平衡服务、主动负荷管理、智能住宅和智能商业物业的实施、提供能源价格和使用情况的时间序列数据。
但是可再生能源的大规模智能电网接入仍然任重而道远。在高风电渗透率下，小时电价的尖峰性更为突出，这将增加电力市场出现大的价格异常的可能性。风电的波动性还将对常规电厂的运营增加波动性，对常规电厂的运营效率、维护和成本产生不利影响。 [2], [5]
6．国外智能电网发展面临的挑战
智能电网的发展面临政策、公共关系、商业模式、和运行方面的挑战。
在法规、制度和公共关系层面上：1）{zd0}的挑战是要进一步打破垄断，建立适合智能电网的统一的按用电时段的定价模式； 2）电网公司和政府需要清楚界定并积极宣传智能电网对用户的好处以取得公众支持；3）电网必须考虑新的限制条件，比如可再生能源对系统较低的利用率和民众对输电线建设的反对4）如何发掘更大的价值，鼓励用户更深入地参与能效管理。
在商业模式上，1）电网公司的传统是追求风险最小化，倾向于规避技术风险不利智能电网技术推广，而且还需解决由于节能高效可能导致的电力销售下降导致的利益冲突问题；2）智能电网的效益难以短期显现，这给智能电网的投资资金获取和相关成本的负担带来困难；3）搭建平台以利更多的创新技术（尤其是用户端技术）的发展。
在运行方面：1）智能电网需要在发、输、配、用电间的设备能相互通讯和自动动作维护系统高性能，目前尚缺少协调策略；2）管理输配电网络的自动系统的整合问题，包括不同技术部件间的互操作性，界面的技术规范和标准仍有挑战；3）同时由于智能电表、传感器和通讯网络的应用而引入了安全风险；4）间歇性的可再生能源电源在发电出力时间和地域分布上的不确定性给输电系统的调度带来挑战；5）电力市场的开放可能增加套利的跨区域电力交易给部门区段的输电能力造成压力。[2], [5], [6]
7．我国智能电网发展方向
我国的两大电网公司也已开始进行智能电网的试点。国家电网发布的2010年“一号文件”——《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》，要求加快推进智能电网关键技术研究、标准制定、设备研制和试点建设等工作，实现电网智能化的突破。同时加快智能电表推广应用和用电信息采集系统建设，启动省级95598客户服务中心、配电与用户储能、智能小区等项目建设；还紧密跟踪电动汽车发展趋势，加快充电设施建设。并计划从2010年开始在主要重点城市全面推开电动汽车充电站建设；在研发方面，已经与英特尔建立了联合实验室以整合高性能计算与嵌入式技术，采用英特尔架构服务器进行电网建模和模拟，来实现网络隔离与发电站自动化。国家电网也已经开始进行户表智能化改造，推广使用具备抄表、收费、控制功能的智能卡式电能表以从根本上杜绝拖欠电费现象的发生。
南方电网除了与比亚迪公司达成电动汽车方面的战略联盟外，还与中移动达成了战略合作协议。拟议中的应用包括1）无线电力抄表，可以克服人工抄表耗时耗力，数据误差大、抄表时间不同步、速度慢等缺点，还能远程实现对用电量的监控，便于电力企业及时进行电力传送调度；2）无线路灯控制方案，电信运营商无线路灯监控可实现终端自动报警到负责人手机，也可进行控制中心系统遥测对电压、电流等参数进行采集等；3）无线设备监控，对变电所、变压器等电力设施和设备的使用情况进行监视，降低电力公司设备的监控成本支出，完善电力网络的预警能力和抵抗能力；4）负荷管理，实时监控客户侧，尤其是100kVA以上的大客户的用电负荷、电量等现场信息，具有数据采集、防盗电、控制负荷等功能。有效缓解电力供需矛盾，提高客户服务的质量和用电管理水平；5）智能巡检管理，对输配电线路做自动巡检可以克服人工巡检的信息少、效率低、准确性较差的缺点，降低维护难度和工作量。[2], [3]
8．我国智能电网发展面临的特定问题与解决
我国智能电网的发展除了与欧美国家面临的类似问题和交、直流特高压输电系统和智能电网标准制定的技术问题外还有一些特殊问题需要国家在政策和制度层面，以及企业在理念和管理层面上解决。１）由于我国电力市场尚未真正启动，电力产品和服务都采用政府管制定价的模式未能引入竞争，使得依赖于价格信号和能效驱动的智能电网用户端功能难以开启；２）历史上“重发轻供”、“重输轻配”造成近用户端的配网水平较低，历史欠账较多，加之电力行业重设施投入，轻节能和能效管理、轻需求侧管理的思路可能重蹈某些欧美国家将智能电网发展过分着力于输、配方面的投入而忽略能效管理技术提升的覆辙；３）智能电网为分布式能源接入和储能技术的推广，以及能源聚合商的形成提供了条件，亟需产生新的商业模式（如能源聚合商、能源合同管理、和电、气等多公用事业服务供应商）和业务模式（如分时段电力结构性产品交易、可调遣负荷、衍生产品交易）。引入这些新模式对于较为保守的电力行业是一个挑战；４）未来十年我国的智能电网建设需要数万亿元的投入，这对于财务杠杆已经很高（近70%）且由于严格的管制定价，盈利能力受限的两大电网公司来说是很大的融资难题，没有国家智能电网方面的财税政策配合是非常难以筹资的。
要解决中国智能电网的特定问题，我国政府要在国家能源战略的层面上主导智能电网的发展，具体来讲要积极引入市场化和竞争；推进能源价格的改革；制订扶持性的财税政策；倡导能效和环保经济的理念；鼓励企业在商业模式和业务模式上的创新，为我国智能电网的发展创造良好的外部环境。
主要参考资料：
[1] The smart grid: an introduction, Litos Strategic Communication, 2008
[2] 科尔尼咨询公司内部研究资料，2007-2009
[3] 智能电网技术综述，陈树勇、宋书芳、李兰欣等，电网技术，2009, 33(8): 1-7
[4] Smart Grid: Enabler of the New Energy Economy, Electricity Advisory Committee, 2008
[5] The European Electricity Grid Initiative(EEGI): a joint TSO-DSO contribution to the European Industrial Initiative (EII) on electricity networks, 2009,
[6] Handbook for assessing smart grid projects, Gridwise Alliance, 2009
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