《面向智能电网的需求响应及其电价研究》—智能电网概论（一）

第1章 智能电网概论

1.1 智能电网含义及特征

1.1.1 智能电网的定义

为应对气候变化、保障能源安全、促进经济发展，近年来在世界范围内正在推动新一轮的能源革命。这场能源革命是一次以技术创新为先导，以电力为核心，以优化能源结构、提高能源效率、促进节能降耗、实现可持续发展为目标的深刻变革。大量的通信技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、分析决策技术等与电力技术的深度融合，促使智能电网成为新型现代电网的发展趋势，发展智能电网已经在世界范围内达成广泛共识。

智能电网( Smart Grid)是当前电力系统发展的主要趋势②，开创了电力系统发展的新纪元。智能电网是最近提出的概念，至今还没有一个统一的概念。在智能电网的发展过程中，关于其概念的形成，具有三个里程碑式事件：

第一个就是2003年美国从自身的国家利益出发，提出了一个大胆的战略发展计划，对电网的运行模式进行了明确，它考虑了多种能源的输入，可以进行多种能源的产出、进行多种能源之间的转换，主要考虑的问题是国家安全和可再生能源的利用。这些基本内容为“智能电网”的提出奠定了基础。3年后即2006年，美国IBM公司提出了“智能电网”解决方案，内容主要包括似下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度;二是数据的整合体系和数据的收集体系;三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。通过以上几个方面达面向智能电网的需求响应及其电价研究到自动监控电网、优化电网性能、防止断电、快速恢复供电的目的。至此.智能电网的概念正式诞生。

第二个是奥巴马上任后提出的能源计划。其内容除了已公布的计划.美国还将着重集中对每年耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立横跨4个时区的统一电网，重点研发可再生能源和分布式电源并网技术.发展智能电网产业，最大限度地发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理，全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。

由此可以看出，美国政府的智能电网有三个目的：一是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性;二是通过智能电网建设将美图拉出金融危机的泥潭;三是提高能源利用效率。

第三个是我国能源专家武建东提出的互动电网。互动电网是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，以智能电网技术为基础.通过电子终端在用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。它可以整合系统申的数据，优化电网的管理.将电网提升为互动运转的全新模式.形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点，主要解决三个问题.一是以信息技术改造和提升现有的能源体系，尤其是提高能源效率;二是逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系;三是建造消费者与生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。

结合智能电网概念形成的三个里程碑事件，本书采用的智能电网定义为：智能电网( smart grids).就是智能化的电网.是建立在集成的、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技术的应用，实现电网可靠、安全、经济、高效、环境友好的目标。

1.1.2 智能电网的特征

1.自愈

自愈是指电网在不用人为干预或者很少人为干预的情况下能够自动俭测、分析系统中的故障原件，实现故障原件隔离和系统自我恢复.保证对用户的持续供电服务。自愈作为智能电网的重要特征，意味着电网具有免疫功能。智能电网能够利用在线监测系统进行持续地自我评估，预测可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的间题，并自动采取措施加以控制或纠正。智能电网能够充分应用数据获取技术，执行决策支持算法，避免或限制电力供应的中断，迅速恢复供电服务，减少供电服务的中断。智能电网能够利用基于实时测量的概率风险评估将确定最有可能出现故障的设备、发电厂和线路;实时应急分析将确定电网整体的健康水平，触发可能导致电网故障发展的早期预警。确定是否需要立即进行检查或采取相应的措施。智能电网能够利用本地及远程设备的通信将帮助分析故障、电压降低、电能质量差、过载和其他不希望的系统状态，采取适当的控制行动。智能电网也可经常应用连接多个电源的网络设计方式，当出现故障或发生其他问题时，在电网设备中先进的传感器能确定故障并与附近的设备进行通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外的可靠的电源上;同时，传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时提出预警信息。

2.互动

在智能电网中，用户将和电网进行自适应互动，成为电力系统的完整组成部分之一。鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。从智能电网的角度来看，用户的需求完全是另一种可管理的资源，它将有助于平衡供求关系，确保系统的可靠性;从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处。在智能电网中，用户将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整消费。同时，需求响应( DR)计划将满足用户在能源购买中有更多选择的基本需求，减少或转移高峰电力需求的能力使电力公司尽量减少资本开支和营运开支，通过降低线损和减少效率低下的调峰电厂的运营，同时也提供了大量的环境效益。在智能电网中，和用户建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也可以根据这些信息制定自己的电力使用的方案。

3.可靠

安全可靠供电是用户对电网摹本要求之一，而智能电网将具有抵御攻击或者被攻击后快速恢复的能力。智能电网的设计和运行都将阻止攻击，最大限度地降低攻击后产生的不良后果，快速恢复供电服务。智能电网电能同时承受对电力系统的几个部分的攻击及在一段时间内多重协调的攻击。，智能电网的安全策略包含威慑、预防、检测、反应，以尽量减少和减轻对电网和经济发展的影响。不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟通、在电网规划中强调安全风险、加强网络安伞等手段，提高智能电网抵御风险的能力。

4.经济

智能电网优化能够实现资源合理配置，提高能源利用效率，减少电能损耗，降低投资成本和运行维护成本。智能电网能够较好地实现资产规划、建设、运行维护等全面向智能电网的需求响应及其电价研究寿命周期环节的优化，方便电网运行设备检修，从而大大提高电力资产利用率，科学地降低运行维护成本和投资成本，降低电网损耗。

智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测.以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态：通过对系统控制装置的这些调整，选择最小成本的能源输送系统，提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。此外，先进的信息技术将提供大量的数据和资料.并将集成到现有的企业范围的系统中，大大加强其能力，以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具，创造最佳的设计，为规划人员提供所需的数据，从而提高其电网规划的能力和水平。这样，运行和维护费用以及电网建设投资将得到更为有效的管理。

未来分时计费、削峰填谷、合理利用电力资源成为电力系统经济运行的重要一环。通过计费差，调节波峰、波谷用电量，使用电尽量平稳。对于用电大户来说，这一举措将更具经济效益。有效的电能管理包括三个主要的步骤，即监视、分析相控制。监视就是查看电能的供给、消耗和使用的效率;分析就是决定如何提高性能并实施相应的控制方案。通过监测能够使我们“看到”问题;控制就是依据这些信息可作出正确的峰谷调整，赋予电能原始数据额外的意义。最大化能源管理的关键在于将电力监视和控制器件、通信网络和可视化技术集成在统一的系统内。

电只要发出来，就消耗了能量。如果能记录用电信息，根据历史用电信息来预测发电量，使发电量与用电量相当，不产生多余的电量，才是真正的节能：用户还可以将预存的富余电力，在用电峰值时反馈回电网，帮助电网减小发电负担.从中获得收益。

5.兼容

智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统.扩大系统运行调节的可选资源范围，促进智能电网与自然环境协调发展。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户安装自己的发电设备(包括高效热电联产装置)和电力储能设施将更加容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂包括环境友好型电源，如风电和大型太阳能电厂和先进的核电厂将继续发挥重要的作用。加强输电系统的建设，使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时，各种各样的分布式电源的接人一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是应对战争和恐怖袭击具有重要意义。

①Pctcr F;ox-Pcnm-r蒋，张义斌，黄瀚等译.智能电力[M].北京：中国电力fIj版社.2012. 03

②胡学浩，智能电网：未来电网的发展态势[J].电网技术，2009, 33(14):1-5.