智能電網的發展態勢清華大學電機系武漢大學電氣工程學院***

3/2/20251講座內容

國外智能電網研究和發展概況智能電網概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件和進展對智能電網研究、開發和應用的一些看法和建議3/2/20252講座內容

國外智能電網研究和發展概況智能電網的概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件和進展對智能電網研究、開發和應用的一些看法和建議3/2/20253美國智能電網發展里程碑200120032004DOE與NETL合作發起了“現代電網(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL200520092030EPRI開始“Intelligrid”(智能電網）研究布什總統要求美國能源部（DOE）致力于電網現代化，DOE發布“Grid2030”DOE啟動電網智能化(GridWise）項目之后，研究機構、信息服務商和設備制造商與電力企業合作，紛紛推出自己的智能電網方案和實踐奧巴馬將智能電網提升為美國國家戰略年份國外智能電網研究概況3/2/20254歐洲智能電網發展里程碑成立“智能電網(SmartGrids)歐洲技術論壇”提出智能電網愿景，制定（1）《歐洲未來電網的遠景和策略》（2）《戰略性研究議程》《戰略部署文件》報告20052006各國開展自己的智能電網建設探索,應對21世紀的各種挑戰和機遇年份國外智能電網研究概況（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture

歐洲智能電網技術平臺：歐洲未來電網的遠景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture歐洲未來電網的戰略研究議程戰略部署文件3/2/202553/2/20256“智能電網”是目前被大家普遍接受的術語和稱謂“TheSmartGrid”,DOE,USA,20082008.11.11-11.13,中美清潔能源合作組織(JointUS-ChinaCooperationonCleanEnergy–JUCCCE-)，聚思--“SmartGrid”specialsession2008.11.18--中美綠色能源論壇–“SmartGrid”SpecialsessionSmartDistributionGrid:TheRoleofTechnology,toolsandTechniquesforadvancedAutomationandplanning—byS.S.Venkata,Univ.ofWashington,USA,--IEEEDLPTutorial,Dec.22,Beijing,China3/2/20257國外智能電網研究概況驅動因素：美國:２００３年美加大停電后，美國電力行業決心利用信息技術對陳舊老化的電力設施進行徹底改造，開展智能電網研究，以期建設滿足智能控制、智能管理、智能分析為特征的靈活應變的智能電網.3/2/20258美國發展智能電網的驅動力：改造老化的電網設備，提高供電的可靠性和安全性提高能源的利用效率和技術的先進性提高用戶對電價的可承受能力適用環境和氣候的變化，適用可再生能源的接入，降低排放水平提高在全球的競爭性3/2/20259

歐洲:發展智能電網也有其獨特的發展背景，歐洲智能電網的興起主要是大力開發可再生能源、清潔能源，以及電力需求趨于飽和后提高供電可靠性和電能質量等需求所決定的。

國外智能電網研究概況驅動因素：3/2/202510歐洲發展智能電網的驅動力（DrivingForce)（1）供電的安全性問題一次能源的缺乏、供電可靠性和電能質量供電能力（2）環境問題京都協議氣候變化保護自然（3）國際電力市場提供低廉的電價和提高能效進行創新和提高競爭能力有關壟斷的規程修訂3/2/202511歐盟發展智能電網的驅動力：歐盟理事會在2006年的綠皮書(GreenPaper)《歐洲可持續的、競爭的和安全的能源策略》(AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy)”強調：歐洲已經進入一個新能源時代，能源政策最重要的目標必須是供電的可持續性、競爭性和安全性。3/2/202512

歐洲2020年及后續的電力發展目標：

未來歐洲電網應滿足如下需求:靈活性(Flexible)，在適應未來電網變化與挑戰的同時，滿足用戶多樣化的電力需求；可接入性(Accessible)，使所有用戶都可接入電網，尤其是推廣用戶對可再生、高效、清潔能源的利用；可靠性(Reliable)，提高電力供應的可靠性與安全性以滿足數字化時代的電力需求；經濟性(Economic)，通過技術創新、能源有效管理、有序市場競爭及相關政策等提高電網的經濟效益。3/2/202513（1）美國能源部(DOE)是電網智能化研究的發起者和重要的投資者。（2）“電網智能化聯盟”成員包括:

跨國技術公司：AREVA、GE、IBM；電力公司和電網運營商：AEP、Bonneville電力管理局、PJM及法國EDF；研究機構：美國電科院EPRI、Battelle、RDS和SAIC。（3）電網智能化架構委員會（GWAC）由一系列的專家組成，受美國能源部的部分資助，從事制定建立未來電網架構的原則。（4）2005年歐洲委員會正式成立“智能電網歐洲技術論壇”。歐洲還將成立“智能電網協會”。（5）IEC去年底籌建SG3“智能電網”戰略組。

根據目前掌握的情況，還沒有智能電網的國際標準或國家標準。國外智能電網研究概況智能電網研究機構3/2/202514在輸電側:目前有EPRI、ABB、PJM等機構和企業開展相關研究。PJM公司認為：廣域測量技術是保證大電網安全的重要手段，也是實現智能輸電網的基礎，因此PJM目前主要從同步相量技術和高級控制中心的研究建設著手開展智能輸電網的工作。

國外智能電網研究概況智能化實踐最新成果3/2/202515在配電和用電側:目前建設的智能電網主要有兩個方面

智能電表和智能家電：

美國:XcelEnergy公司在Boulder建設全美第一個“智能電網”城市。

意大利:安裝和改造了3000萬臺智能電表，建立起了智能化計量網絡，每年大約節省5億里拉。

法國:將目前使用的2700萬只普通電表全部更新為“智能電表”。

國外智能電網研究概況智能化實踐最新成果3/2/202516AC2Boulder（伯德市）tobecomefirstSmartGridCity

美國:XcelEnergy公司在Boulder建設全美第一個“智能電網”城市3/2/202517內容

國外智能電網研究和發展概況智能電網的概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件對我國智能電網研究、開發和應用的一些看法和建議3/2/202518智能電網的概念、定義和特征定義（definition)以物理電網為基礎(中國的智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各電壓等級電網協調發展的堅強電網為基礎)，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。它以充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性、滿足環保約束、保證電能質量、適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。3/2/2025193/2/202520

智能電網主要特征：

堅強、自愈、兼容、經濟、集成、優化

3/2/202521智能電網堅強性特征（1）堅強性（Robust/Strong）

在電網發生小擾動和大擾動故障時，電網仍能保持對用戶的供電能力，而不發生大面積的停電事故；在電網發生極端故障時，如自然災害和極端氣候條件下、或人為的外力破壞，仍能保證電網的安全運行；二次系統具有確保信息安全的能力和防計算機病毒破壞的能力。3/2/202522（2）

自愈性（Self-Healing）具有實時、在線連續的安全評估和分析能力具有強大的預警控制系統和預防控制能力具有自動故障診斷、故障隔離和系統自我恢復的能力。智能電網自愈性特征3/2/202523（3）

兼容性（Compatible）能支持可再生能源的正確、合理地接入適應分布式發電和微電網的接入能使需求側管理的功能更加完善實現與用戶的交互和高效互動。智能電網兼容性特征3/2/202524（4）經濟性(Economical)支持火電和水火電聯合經濟運行支持電力市場和電力交易系統提供清潔和優質電力實現資源的合理配置降低電網損耗，提高能源利用效率。智能電網經濟性特征3/2/202525（5）集成（Integrated）實現電網信息的高度集成和共享采用統一的平臺和模型實現標準化、規范化和精細化的管理智能電網集成性特征3/2/202526（6）優化（Optimized）優化資產的利用率降低投資成本和運行維護成本。智能電網優化特征3/2/202527中國智能電網的提法和4個特征

（StrongSmartGrid）（1）數字化：

數字化電網、數字化電表與數字化用電設備（2）信息化：

市場信息、電網信息、用戶信息與寬帶通信形成的信息平臺（3）自動化：

大電網安全穩定控制（高級智能調度），變電站自動化與用戶用電系統智能控制（4）互動化：

電網、發電與用戶以信息為基礎的互動

3/2/2025283/2/202529智能電網技術應包括的主要內容：先進的相量測量（PMU）和廣域測量技術（WAMS）先進的三維、動態、可視化技術高級計量-無線、自動計量讀數（Advancedmeteringinfrastructure—AMI）(Automaticmeterreading-AMR)；

需求響應(DemandResponse)；(需求側管理DSM)

先進的配電自動化–高級配電運行(ADO)功能使“自愈”(SelfHealing)成為可能；分布式發電技術(DistributedGenerationorDistributedEnergyResources---DGorDER)及電力儲能技術等3/2/2025303/2/202531講座內容

國外智能電網研究和發展概況智能電網的概念、定義和特征中國智能電網建設的基礎條件和進展對智能電網研究、開發和應用的一些看法和建議3/2/202532總體情況:國家電網和南方電網組織開展了：大電網安全關鍵技術研究數字化電網關鍵技術研究電力電子關鍵技術特高壓同步電網安全穩定運行關鍵技術研究電力通信建設用戶用電信息采集系統為建設我國智能電網奠定了堅實的基礎。3/2/202533開展了規劃技術體系完善研究華東電網公司--智能輸電網技術為重點領域新能源對電網規劃的影響及對策研究基于LCM的電網規劃方案評價研究新能源對電網規劃的影響及對策研究節能減排下的電網規劃研究區域電網協調規劃研究考慮不確定因素的電網靈活規劃方法研究基于預想事故集的電網規劃研究3/2/202534開展了高級調度中心的研究華東電網公司--智能輸電網技術為重點領域3/2/202535開展了統一數據平臺的研究華東電網公司--智能輸電網技術為重點領域3/2/202536開展了數字化變電站研究華東電網公司--智能輸電網技術為重點領域徐行站數字化改造新建數字化海寧站3/2/202537按照考慮N-1情況下特定預想事故的原則，規劃建設多饋入直流和交流系統并聯的華東區域堅強受端網架初步建設高級調度中心開展數字化變電站試點開展相關技術研發堅強受端大電網規劃建設適應電力市場要求的特高壓電網，滿足“三華”聯網需要建成高級調度中心數字化變電站推廣適應電力市場要求的運行技術FSM的研究與應用數字化電網規劃以自愈為目標的智能電網實現智能化調度新型材料和智能設備的全面使用可再生能源的友好接入實現與用戶的智能互動智能化電網201020202030智能電網全面轉型鞏固提升引領超越2007華東公司建設智能電網的三階段目標3/2/2025383/2/202539中國智能電網建設的基礎條件1、電力通信基本實現主干通道光纖化、數據傳輸網絡化信息化水平已初步達到建設智能電網的要求3/2/2025402、廣域量測技術已大范圍應用,狀態監測技術正大力推進信息化水平已初步達到建設智能電網的要求3/2/202541自動化控制領域的技術研究走在世界的前列1、在可視化和運營管理輔助決策方面取得了大的進展，對智能電網進行了有益的探索3/2/202542自動化控制領域的技術研究走在世界的前列2、江蘇大電網安全穩定實時預警及協調防御技術（EACCS）實現了電網精細化調度和智能化控制

3/2/202543數字化變電站研究成果已應用于工程實際國家電網和南方電網開展了數字化變電站和數字化電網的建設工作，取得了一系列研究及應用成果3/2/202544雙向信息交互與互動上積累了相當多的經驗用戶側管理、負荷管理控制系統等一系列應用在我國已取得一定成果，無論從技術層面還是管理層面都積累了相當多的經驗，但還未達到智能電網對用戶大量參與電網互動的要求。3/2/202545配電領域智能化研究有待突破（1）分布式發電及新能源接入技術（2）儲能技術

儲能技術對智能電網改善電能質量、提高風電接入效率起著重要作用（3）AMR的工作正在開展中國智能電網建設的基礎條件3/2/202546（4）定制電力技術定制電力技術是提高用戶供電可靠性和供電質量的重要技術手段，也是“智能電網”的重要支撐技術之一。研究動態電壓恢復器技術（DVR）、固態切換開關技術（SSTS）；DFACTS技術；無功補償器技術（DSTATCOM）、有源電力濾波器（APF）技術。

3/2/202547用電領域智能化應用研究要積極探索用戶用電信息采集系統

很多電力公司啟動了電力用戶用電信息采集系統建設，計劃在3～5年內完成用戶用電信息的“全覆蓋、全采集、預付費”管理。目前在電力負荷控制系統、電力需求側管理的技術方面具有一定的研究基礎。當前歐美智能電網更加注重互動性和智能電表的應用，應該引起關注和研究。中國智能電網建設的基礎條件3/2/202548內容

國外智能電網研究和發展概況概念、定義和特征我國智能電網建設的基礎條件對智能電網研究、開發和應用的一些看法和建議3/2/202549對智能電網研究和應用的建議NorthChinaSouthChinaNortheastTaiwanNorthwest陜北煤電陜北蒙西煤電II石家莊北京東濟南豫北420280240460340100360晉東南徐州淮南煤電徐州煤電330280雅龍江梯級金沙江I期金華川西水電170無錫南陽300170260150上海西北100杭北蕪湖290440長沙荊州恩施樂山360300川西水電蒙西煤電IV天津南昌唐山青島120300250300450福州400南京200240300沿海核電沿海電源150蒙西煤電I寧夏煤電蒙西煤電III晉中煤電駐馬店武漢沿海核電220270300300錫盟煤電I錫盟煤電II480480連云港沿海核電280160300晉中重慶300450晉東南煤電呼盟煤電沿海核電沿海核電金沙江II期沈陽三峽地下電站上海西南安西永登拉西瓦白銀蘭州東西寧寧東官亭蒙西錫盟Legend張掖雅安西安東靖邊蒙西煤電V400470400220260100晉東南煤電II300銀川東哈密電廠哈密二、三廠×遠東（俄）滁州泰州14045017027070270130150贛州泉州380410170雅江水電平涼乾縣渭北東南郊烏魯木齊主網×360溫州280EastChinaCentralChinaTibetYunnan中國電網發展的規模之大和速度之快3/2/202550未來高質量的電力供應在中國國民經濟的發展中起著越來越重要的作用，但要面臨以下的挑戰:(1)充分滿足用戶對電力的需求(2)確保電力供應的安全性和可靠性(3)提高電力供應的經濟性及節能(4)滿足環境保護的約束(5)保證高質量的電能供應(6)適應電力市場化和放松管制對智能電網研究和應用的建議3/2/202551智能電網貫穿發、輸、配、用全過程，通過智能電網的建設，電力系統各領域都將產生質的飛躍優化的電廠選址鼓勵可再生能源投資嚴格的排放管理有效的成本管理可靠經濟的設備管理靈活的競價策略發電優化的電網規劃具有“自愈”特征的堅強電網安全、可靠、節能、經濟的優化調度適應各種類型的發電資源更高的設備利用水平更低的傳輸網損可靠經濟的設備管理更可靠的電力傳輸輸電科學經濟的配網規劃自適應的故障處理能力更迅速的故障反應更可靠的電力供給更出色的電能質量可靠經濟的設備管理支持分布式能源和儲能元件與用戶的更多交互配電更具競爭力的市場營銷策略針對用戶需求定制服務允許用戶向電網提供多余的電力根據用戶的信用控制電力的供給用電對智能電網研究和應用的建議3/2/202552智能電網架構體系我國智能電網的發展目標研究信息流與業務流的交融重構與創新研究功能體系研究技術體系研究信息體系研究運維體系、標準體系及評價體系研究對智能電網研究和應用的建議3/2/202553智能電網裝備技術廣域量測技術時間同步技術狀態監測技術電子式互感器技術控制保護一體化技術柔性輸配電技術一體化智能設備技術

181816171515151413121198776555443321110對智能電網研究和應用的建議3/2/202554智能輸電技術智能電網下大型可再生能源的接入技術大電網安全穩定運行控制技術未來電網控制中心建設技術具備分布決策功能的智能變電站技術輸變電設備智能管理技術智能電網下的電力市場技術智能電網下的現代企業管理技術對智能電網研究和應用的建議智能電網下的電網規劃技術3/2/202555智能配電技術風險預警預控及智能報警技術配電網自愈控制技術智能配網故障快速處理技術分布式發電、微電網和儲能技術智能網絡重構及自優化技術自適應保護控制技術自適應無功與電壓控制技術對智能電網研究和應用的建議3/2/202556智能用電技術用戶門戶技術智能表計技術用戶電壓調節技術用戶電源和儲能設備接入技術用戶通信能源一體化技術對智能電網研究和應用的建議3/2/202557高級計量體系AMI用戶戶內網HAN計量數據管理系統MDMS需求響應負荷控制遠程開合分時電價（送到用戶）自動讀表AMR（按小時讀表，遠方編程，電能計量，電能質量監視，負荷調查，停運撿出）配電SCADA配電快速仿真與模擬DFSM高級配電運行ADODER運行高級配電自動化ADA高級保護與控制（帶有高級傳感器的）運行管理系統停運管理系統配電GISAC/DC微網運行新型電力電子裝置變電站自動化高級保護高級輸電網元件阻塞管理輸電系統仿真與模擬高級的輸電運行ATOISOEMS可視化輸電SCADA，

WAMS輸電GIS配電AAM基于條件（如可靠性水平）維護規劃設計/建設資產利用輸電AAM記錄智能電網的技術組成與功能介紹中側重AMI和ADO3/2/202558智能配電網技術開發主要包括以下幾方面:(1)先進的計量設施（AdvancedMeteringInfrastructure）

智能表計系統開發和表計數據管理支持與用戶間的雙向通訊商業、工業、居民用戶的市場信息采用計算機代理系統，與家庭的自動化系統相連，并能響應電價信息對智能電網研究和應用的建議3/2/202559(2)配電及停運管理（DistributionandOutageManagement）

軟件系統

必須提供自愈的功能，以便立即獲悉電網擾動的信息并及時對它做出響應，以便使對客戶的影響最小化

無縫的圖像化接口

具有實時功能，將來自于各渠道的有關網絡的信息，以動態系統拓撲模型的方式集成在一起智能化的DMS/OMS平臺

與AMI緊密聯系，其接口方面要有新的創新型技術，以利于數據的上下傳送和連接。通過將實時的DMS/OMS功能實施、遙測技術和集成安全性結合在一起，智能電網將成為真正的自愈電網。對智能電網研究和應用的建議3/2/202560(3)配電和變電站自動化配電系統遠遠落后于輸電系統，自動化的設備投切可減少運行人員對設備的手動操作，以便及時對網絡結構進行變化，適應運行的要求。(4)模擬和優化通過先進的模擬和優化技術，可使智能電網規劃得更好，性能更加優越，智能電網的運行可以通過模擬器對實時條件進行模擬，從而可改進運行性能，以提高應對事故和災害的能力。(5)企業業務智能化企業的業務智能化是覆蓋在智能配電系統技術之上的，通過這層，數據才能成為可操作的信息，以實現IT于運行之間的橋梁作用。不斷增加模型的復雜性和基于人工智能的軟件，有助于從數據中產生知識和效率。

對智能電網研究和應用的建議3/2/20256162杜克能源智能電網展望部署采用分塊設計，以解決目前存的運營問題，同時，杜克公司也強調要按適應未來的技術發展和客戶需求進行設計。手動計量每月讀取kWh

自動計量(AMR)單向或雙向每月讀取kWh間隔數據基本盜竊檢測停電/恢復檢測先進計量設施(AMI)按需讀取負載間隔可編程雙向和凈計量TOU,RTP,CPP定價選擇要求的反饋

智能儀表固態平臺綜合通信綜合斷開開頭>遠程斷開>遠程連接電功質量數據>讀取電壓>讀取電流>功率因數>頻率>詳細停電數據可遠程編程可遠程升級內部擴展端口>未來功能智能電網能源管理服務民用商用主體區網絡網關PLC(例如LONWORKSRF(藍牙)基于WEB應用要求的反饋預付載荷控制收入保護網絡移動輸入/輸出分布載荷譜/工程相位平衡傳輸優化能源預測斷電和GIS勞動力管理資產管理為未來建造設備3/2/202562有關專家對智能電網的幾點看法和建議（1）智能電網是目前的一個熱點，應該對此具有敏感性，要密切跟蹤和深入研究未來智能電網的新技術（2）鑒于中國經濟和電力負荷的高速發展，以及能源和負荷分布不勻，發展特高壓電網及其他各級電網是目前中國電網建設的重點，目前智能電網相應技