智能电网渐行渐近

电，人类最神奇的发明之一。不管是富兰克林的风筝，还是现在的“ITER”（国际热核聚变实验反应堆）项目; 不管是最初的白炽灯泡，还是现在的1000千伏特高压输电线，电在过去和现在都是人类文明进步的催化剂。

一个国家的经济发展，其前进速度与电力能源的展有着紧密的关系。特别是改革开放以来，电力供应直接刺激着中国经济前进的速度。当前，为抢占未来经济、科技发展制高点，新能源已经成长为新兴产业。从能源供应的重要环节——电网的发展来看，智能化成为世界电网发展的新趋势。

国家电网公司总经理、党组书记刘振亚曾经专门撰文表示，“智能电网是安全可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的电网，对于全面提高电网的资源优化配置能力和电力系统的运行效率，保障安全、优质、可靠的电力供应，具有重大意义。”

国家战略之基础

2010年3月5日，温家宝总理在第十一届全国人民代表大会第三次会议作政府工作报告时指出: “大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。”

这是智能电网话题首次在政府工作报告中出现，表明实施智能电网建设，已经从企业行为上升到了国家战略。

智能电网的概念其实几年前就已经出现。全国政协委员、中国工程院副院长邬贺铨认为，智能电网在最近之所以成为热门的原因，一是IBM提出的“智慧地球”概念，智能电网是其重要的组成和应用; 二是，美国总统奥巴马积极提倡发展智能电网，并在美国加以具体实施。

不管是企业，还是说政府倡导的新概念，业内专家普遍认为，从中国电力能源发展本身而言，智能电网代表着中国从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越，它将为实现经济社会又好又快发展提供强大支撑。

开发利用清洁能源是世界能源发展的新趋势。大量使用化石能源造成的温室气体排放及全球气候变化，给人类带来巨大挑战。发展清洁能源成为世界各国应对气候变化、解决能源和环保问题的共同选择。在2009年年底举行的哥本哈根气候大会上，中国政府主动提出到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年减少（又称降低碳强度）40％到45％的目标。要想实现这个目标，必须大力优化能源结构，实施低碳能源战略。这其中包括大力推进煤的洁净化、低碳化。大力改善能源结构，使核电和可再生能源到2020年在总能源消费中的比重超过15％，到2050年时达到30％～40％。

要想实现这样的目标，中国还面临着不小的困难。众所周知，中国能源结构以煤为主，一次能源消费中煤炭占70％左右，发电结构中燃煤发电量占80％左右，均比世界平均水平高出40个百分点左右，因此发展风力发电、光伏发电等清洁能源势在必行。

资料显示，从2005年到2008年，中国风电装机连续3年实现翻番式增长。未来在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆等省区将建成若干个千万千瓦级大型风电基地，西北部地区将建设大规模太阳能发电基地。预计到2020年，中国清洁能源装机将达到5．7亿千瓦，占总装机容量的35％。

中国电力科学研究院智能电网办公室副主任王海宁向《计算机世界》报记者表示，这些清洁能源的迅猛发展，也给电网发展带来了新挑战。“风能、太阳能发电具有随机性和间歇性，这就使电网运行控制的难度和安全稳定运行的风险明显增大。同时，风能、太阳能发电的设备利用率较低，需要相当规模的常规能源与之配套。因此，需要智能电网来提高整个电网对清洁能源接入的适应性以及运行控制的灵活性、安全稳定的可控性。”

王海宁还介绍说，由于中国能源分布和供应的特点，使智能电网的建设任务十分紧迫，同时也为其发展带来了机会。中国的能源结构以煤为主，而煤炭资源主要分布在北部和西部地区，而电力消费需求主要集中在经济较为发达的中部、东部和华南沿海等地区，同时水能、风能和太阳能等可再生能源具有规模大、分布集中等特点，需要集中开发、规模外送和大范围消纳。大型能源基地与能源消费地之间的输送距离越来越远，能源输送的规模越来越大。要满足未来持续增长的电力需求，必须加快发展特高压输电网，实施电力的大规模、远距离、高效率输送，形成全国范围的资源优化配置格局。“这就需要建设坚强智能电网，以提高电网的输送能力和运行控制的灵活性，适应清洁能源的发展要求，最大限度发挥电网优化配置资源的作用，提高能源使用效率。”王海宁说。

智能终极目标

目前，全球对智能电网尚未形成一个公认的统一定义，各种相应的国家、国际标准也在制定中。但是有一点可以明确的是，智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体，是一个完整的智能电力系统。因此对于不同的环节，智能电网所要实现的目标各不相同。

王海宁向记者表示，在他看来智能电网的英文名称“Smartgrid”，更多的意味着“灵活”的意思。“例如，传统电网对新能源的接入能力有限，而一旦智能电网成为可能，无论是大规模集中开发方式，还是分布式开发方式的新能源，都可以灵活地接入电网，对于大力发展新能源和可再生能源，应对能源和环保等问题，意义巨大。”

2009年4月，刘振亚在访美期间发表演讲表示，随着中国经济持续快速发展，中国国家电网公司从满足经济社会发展对电力的需求出发，结合中国经济发展布局和能源禀赋特点，提出了“一特四大”的电网发展战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。

而如何让这些“高速公路”正常地、安全地运转，就需要利用智能电网在信息化、数字化、自动化、互动化方面的优势，从而实现大电网运行控制、灵活输电等目标。王海宁向记者举了一个例子: “几年前南方冰雪灾害期间，由于输电线路结冰倒塔，造成了大面积的输电中断。未来，通过智能电网，就可以利用安装在输电线上的监控测量设备，实时监控线路状态，并通过数学方法计算出等值覆冰厚度。这样即使再出现冻雨雪情况，在线路结冰到一定程度前，测量设备就可以发出预警，使电网运行管理部门能够及时采取有效的防冰、融冰和除冰措施。而不是像当年，当发现线路大规模结冰时，为时已晚。”

王海宁还认为，与输电网相比，目前配电网的灵活性、自动化分析和控制水平还不足。随着更多分布式的清洁能源被得到广泛采用，高级配电自动化建设将成为智能电网的重要构成部分。王海宁介绍说，高级的配电自动化除了能够对整个配电系统进行监视与控制，实现配电系统管理功能和与用户的交互，还可以在配电网发生安全事件时，例如停电等，实现“自愈”。“智能的配电网可以改善系统监视、无功与电压管理、降低线损，提高资产使用率，也可辅助优化人员调度和维修作业安排等。特别是当发生故障时，它可以有效地利用各种灵活智能的分析控制手段，包括利用分布式电源和储能设备，实现‘自愈’。”

刘建明是国网信息通信有限公司的总经理，在他看来智能电网的一个重大目标就是要将现代IT技术、通信技术与电力传输网络有机地融合在一起。

据了解，在目前的电网设备中，除了部分设备可以实现远程操作外，大部分的电力设备之间的信息传输基本上是单向方式。

“而未来，通过实施开展光传送网络（OTN）、智能光网络（ION）、PTN、ASON、MSTP、IMS、xPON、FTTX、PFTTH、宽带载波、工业以太网交换等先进的有线、无线接入及其演进技术（LTE）等信息通信技术，智能电网将会形成一种新的通信和交互机制，形成新一代电力信息通信网络模式，实现支撑智能电网的功能。”刘建明说。

刘建明认为，有了各种ICT技术的支持，由此将带来智能电网区别于传统电网一大特点—“互动”。电网与最终电力消费者能够双向互动，获得最优化的供用电方案将会极大地改变现有的用电行为，提升客户满意度。

记者在国网信息通信有限公司位于北京莲香园小区的智能电网用户服务试点看到，通过采用200Mbit/s电力线宽带通信技术采集用电信息的基础上，通过家庭智能交互终端实现了用户与电网之间的互动，并通过无线技术进一步延伸至水、气表数据的抄收，通过智能插座实现了电热水器、空调、电饭煲等家庭灵敏负荷的用电信息采集和控制，通过无线技术建立了集紧急求助、燃气泄露、烟感、红外探测于一体的家庭安防系统，并且还开通了视频点播、IP电话和宽带接入服务于一体的“三网合一”智能服务。

IT时刻准备着

智能电网的本质就是能源替代和兼容利用，它需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。要实现整个电网中无所不在的“智能”特色，电力和IT 产业的协作是必然的。所以，智能电网概念一经提出，国内外IT、能源生产商都纷纷高调表示关注。

刘建明认为，IT对智能电网各环节的支撑，能够促进各环节的全面融合; 通过信息化建设，实现智能电网电力流、业务流和信息流的高度融合，全面支撑智能电网的分析决策。

2009年3月6日，IBM宣布 “IBM能源和公用事业解决方案中心” (简称: E&U解决方案中心) 在京成立。据了解，该中心的一项重要任务是开发智能配电网络解决方案。IBM已经开始与中国电力科学研究院(CEPRI)合作，共同开发优化配电网络规划平台，以提供国家电网决策支持，节能减耗、提高网络的高可靠性。

据介绍，为了满足中国电力行业的需求，E&U解决方案中心推出了多种解决方案。 广域电网监控和警报解决方案（Wide Area Grid Monitor and Alert，WAGMA），在这个方案中，融入了超低延长通信、高性能计算、高速和大容量存储等技术，它可以支持实时监控、分析、预测和最佳电力分配，能够解决广域电网在监控和运营方面存在的技术问题，帮助广域电网提高运营安全性和稳定性。另外，针对风力发电和光伏发电的不稳定性，E&U解决方案中心还推出了一个可再生能源的监控及电网集成解决方案（Renewable Energy (Wind & Solar) Monitoring and Power Grid Integration Solution），它可以实现集中监视和控制那些分散的风力发电站和太阳能发电站，能够帮助电力公司利用天气预报和数据分析技术、以及风力发电站的中央运营系统来实时预测电力输出情况，从而允许电力公司充分利用预测结果将风动能/太阳能集成在一起。

据了解，在国家电网智能电网计划中，大约有60％～80%的投资将用于实现远程控制、交互智能等非传统项目，电网对IT支撑的需求之强烈前所未有。为此，国家电网公司与英特尔公司建立了联合实验室，整合高性能计算与嵌入式技术，采用IA架构服务器进行电网建模和模拟，实现网络隔离与发电站自动化。

凭借近年来基于IA架构的嵌入式产品在低功耗、宽温等方面取得的突破，英特尔也正不断进入智能电表、智能变电站等深层嵌入式应用领域。为实现可再生能源的分步式智能的目标，采用基于嵌入式英特尔架构平台的嵌入式风力涡轮机控制器，可以响应不断变化的风况和电力负荷需求等实时信息，控制涡轮机叶片节距、旋转和其他变量，无需人工干预。此外，安装在涡轮机上的网络传感器可以将相关数据传送到嵌入式计算机中以监控运行参数。

2010年3月12日，“中关村智能电网产业技术创新战略联盟”成立，在发布了“兆瓦级商业储能”、“大型能源基地电网接入输送”、“大型水电流域综合监控”等一批重大科技成果项目的同时，国内多家产、学、研单位加入到该联盟中，表示要共同促进智能电网产业的发展。

背景资料

全球特大电力安全事件

2003年美国东部时间8月14日下午4时，北美地区发生了有史以来影响最大的一次停电。美国纽约市的曼哈顿首先发生大面积停电，继而影响到美国东部和加拿大部分地区。美国东北部的6个州以及加拿大的安大略省无一不受到严重影响。停电导致当地的航空业连续两天陷于混乱状态，美国和加拿大的航空公司被迫取消上千个航班; 造成地铁停运，地面交通也全面中断，交通基本瘫痪，绝大部分商店都关门停业，移动电话网络也被中断。许多人陷入恐慌，成千上万人涌上了大街，到处可见惊恐的人们四处奔走。停电波及约9300平方英里，影响多达5000余万人口的工作、生活。据美国经济学家估计，这次美国历史上最大的停电事故所造成的经济损失每天可能多达300亿美元。

2006年5月25日上午，莫斯科南部、西南和东南城区及郊区发生大面积停电，距莫斯科200千米的图拉州以及卡卢加州的电力供应也受到影响，给城市工业生产、商业活动和交通运输造成不利影响，停电地区的电车和部分地铁线路停运，移动通信信号受到影响，很多商场也被迫停止营业。俄罗斯能源系统公司对外宣称，莫斯科地区电力供应中断是由莫斯科电力公司恰吉诺变电站事故引起的。该变电站的一个配电设备发生短路，之后发生多次火灾和爆炸事故，为避免电网超负荷运转，发生更大险情，防险装置自动启动，切断了低压线路。

2006年11月4日晚，西欧多国遭遇特大停电事故，约1000万人受到影响。对法国，这是30年来最严重的停电事故，约500万法国人的电力供应被切断。除东南部地区外，全国电力供应几乎全部中断。在德国，停电影响了至少100万人，著名的鲁尔工业区也未能幸免。这次停电事故还波及到意大利西北部的皮埃蒙特、利古里亚和东南部的普利亚地区。此外，包括比利时安特卫普在内的11个城市停电，西班牙的马德里、巴塞罗那、萨拉戈萨等地也因停电而一片黑暗。这次大停电事故的直接起因，是德国为了让一艘船出厂切断了两条高压线，从而造成欧洲电网东部电力输出负荷过重，而西部电力输入严重不足，引发欧洲电网连锁反应。

2009年11月10日晚，巴西最大的两个城市里约热内卢和圣保罗以及周边地区突然遭遇大停电，至11日凌晨才开始慢慢恢复，导致数千万居民受到影响，两大城市的交通一度陷入严重瘫痪。据了解，本次停电原因是因为在巴西圣保罗州的伊塔贝拉地区，由于遭受强降雨和雷电造成这一地区三条主要输电线路同时发生故障。巴西最大的伊泰普水电站在没有办法向外输出电力的情况下，自动保护装置关闭了18台发电机组，进行空转运行。这次停电事故波及到全国18个州，其中圣保罗州、里约热内卢州、巴拉那州和圣埃斯皮利图州受损影响最大，电力供应几乎完全中断; 其他14个州受到不同程度的影响，停电范围约占巴西国土面积的一半，全国有5000多万人的生活受到影响。

图注：国网信息通信有限公司研发的智能电网用户服务系统示意图