智能电网是将智能能源技术应用到供电和发电领域的产品，它通过将传统的和边缘的电力工程技术、先进的传感和监视技术、现代信息技术及通信技术的集成，以显著提高从输电、配电到用电系统的性能，并支持广泛的客户附加服务，满足二十一世纪数字化社会对电网电能质量的需要。

 

   在智能电网中，不限制于仅使用某方面的技术，而是将基于现代新材料技术、计算机软硬件技术、自动控制技术、传感器技术、电力电子器件技术、高温超导技术、信息技术、分布式发电技术以及现代通信技术的综合，为现代电网提供各种类型先进的测量、监视、保护和控制的电力设备，对传统电网进行升级改造，构造一个更加经济、安全、可靠、环保的电网。

 

   智能电网的实施，是必须采用上述各种技术来支撑所需的属性的。这些技术不少是在电网中已采用或是正在完善的技术，这些技术包括如用于提供输电系统稳定的静止无功补偿器（SVC）和可控串联补偿（TCSC）技术；用于输电系统稳定控制的广域测量系统（WAMS）中同步相量（PMU）技术；优化配电网络运行的配电自动化系统中的馈线自动化（FA）技术和自动抄表（AMR）技术；改善配电网电能质量的静止无功补偿器（SVC/STACOM）和有源滤波器（AF）技术；大型风电场接入电网技术等等。

 

  
 

1． 集成的通信技术

   智能电网应建立起高速的、全面集成的高速双向通信技术架构，使智能电网变成一个动态的、交互的，用于实时信息和功率交换的超级架构的网络。采用通信系统的开放式架构，可以对网络智能传感器和控制装置、控制中心、保护系统和用户建立一个安全的“即插即用”的应用环境。

   在电力系统应用的通信技术种类繁多，常见的类型有铜芯线、电力线载波、微波中继、光纤通信等技术。通过这些载体，以及引入新的网络通信技术，可以在更广的范围实现更多的信息和应用的连接和集成，使数据在整个电力系统的不同主体及不同的应用系统之间传递，满足智能电网对通信系统的要求。

   新的集成通信技术，包括Internet 2（IPv4和IPv 6）、光纤以太网、通过电力线的宽带通信（BPL）、第四代（4G）WiMax、第三代（3G）无线语音和数据通信、Zigbee/WiMedia/WiFi无线通信等。

 

2．传感、计量和测量技术

   在智能电网中，使用双向通信、多种输入（定价信号、分时计费、区域输电组织（RTO）减少的阻塞卸载）、多种输出（实时用电数据、电能质量、电气参数）、隔离和接入能力，和发电机、电网运行人员的接口，以及用户入口的新的数字技术来扩展电力测量，提供停电检测和响应，评估设备的健全情况和电网的完整性，并支持先进的继电保护功能；消除表记的估计、防止窃电、提供用户的选择以及实现供RTO阻塞卸载的需求侧管理。此外，新的智能传感器将用于各种电网监视功能。

 

   在智能电网中，采用各种先进的传感器、结合双向通信的智能表计与监视系统，用以监视用户端用电状况、电网设备的健全状态与网络安全状态，提供智能电网安全经济运行的最基础的功能。从目前的应用来看，我们可以大致上述技术的应用分为以下三个方面：

 

1）智能仪表和智能住宅

   经过了近十年来的发展，基于微处理器的电子式多功能电表取代传统的机械式电度表已成为必然趋势，近几年来在国内各行各业已开始得到广泛的应用。一些高端的电子式多功能电表，除了提供各种电量的测量和计量功能（如正反向有功计量、四象限无功计量、复费率功能、分时计费等）外，还可提供电力参数实时测量、事件记录、负荷曲线存储、电能质量分析、通信等功能。在通信接口方面，一般可提供可进行灵活配置的单向RS485、GPRS、电话MODEM和红外通信接口。

   智能电网中采用的智能仪表（Smart Meter）技术，它是一种有别于上述电子式多功能电表采用先进的测量架构（AMI）的新技术。它是更多技术和功能的混合，提供更详尽的用电信息，并具有双向通信性能。智能仪表现时一般是指用于计量和控制的智能电表，将来智能仪表可能扩充至应用至用户的水、气的计量和控制方面。AMI代表着下一阶段的借助仪表具有易于控制的双向通信、并在仪表测量设备中具有能与各种负荷相互配合的自动抄表技术。对于力求充分去平衡供、用电方面的需求的不同公共事业单位，正在推进实施这一领域的应用。

   AMI的先进的功能，可用于创建智能住宅（Smart Home）。这些领域的综合可提供以下功能：

-          实时定价/紧急情况前的一段时间的定价/自动的家庭响应

-          直接负荷控制

-          能源使用/最优化显示

-          负荷监视/分类计量

-          远方接入/隔离

-          停电检测和隔离/用户故障呼叫管理

-          需量水平

-          安全性监视

-          远方家庭控制

-          远方设备诊断

 

   结合智能仪表和双向通信的智能住宅，对于住宅能源利用的最优化将变为自动的，而系统也将提供用户接口以进一步促进能源使用的最优化。

 

2）广域测量和控制系统（WAMACS）

   广域测量和控制系统是在功角遥测基础上发展起来的，它是用于预防大电网可能发生大面积停电而开发的。导致电网大面积停电的原因很多，涉及电网结构、运行管理、自动装置和人员培训等方面。其中，由级联事件和人为处理不当而演变成的大停电事故，日益引起人们的关注。在存在风险的情况下，用以制止级联跳闸和缩小停电范围的主动解列、灵活分区等措施，以及从集中监视控制发展到分布协调控制，已成为目前电网安全控制的研究热点。

   广域测量和控制系统(WAMACS)通过测量称之为同步相量（Synchrophasor）的测量量具有同步测量和电力系统即时状态通信的能力。它可以动态地监视电力系统的状态，以实时的方式评估正常和遭受应力的系统状态并执行起作用的动态控制。现时电力系统运行人员在数秒到数分钟的期限内完成操作，但WAMACS可以在100毫秒内做出和执行决策。WAMACS架构的开发需要在变电站安装测量和数据收集装置、一个可靠的广域通信网络、数据集中器以及可视化的决策设备。在电力公司增建其通信架构时，他们必须注意到由实时同步相量通信规定的要求。许多项目可能需要5年或更长的时间才会成熟。

 

3）电网设备的在线监测

   电网设备在线监测技术主要包括电气量监测以及非电气量监测。电气量监测主要通过监测电网设备的电流、电压、相角、功率、功率因数等特性量；非电气量监测则包括监测电气设备中的介质的压力、流量、气体成分、温度等。采用先进的传感器通过对电气量以及非电气量监测，可完成电网设备的在线诊断，为实施电网设备的状态检修和管理提供必要的信息。

   现时采用电网在线监测技术的应用主要包括变压器在线监测、断路器状态监测以及线路容量动态监测等。

 

3．先进的电网设备

   先进的电网设备对电网的远行特性起着积极的作用。这些新一代智能电网中应用的先进电网设备，将采用新的材料技术、微电子技术、电力电子技术、超导技术、先进的数字设计技术等，以生产出高功率密度、高可靠性和改善实时诊断性能的新一代电力系统设备，以显著改进电网的运行性能。利用这些技术生产的部分电网设备现时已在电网投入商业运行或试运行。在智能电网中采用的这些先进的电网设备，包括超导输电电缆、故障电流限制器、复合导线、灵活交流输电系统设备（FACTS）、先进的储能装置、分布式发电装置、先进的变压器和断路器、智能电器、先进的保护控制设备等。

 

4．先进的控制方法  

   电力系统自动控制可实现对电网的快速诊断，并对特定的电网瓦解或停电提供周密的解决方案。通过从所有电网主要设备中收集数据，输入到计算机的进行算法运算，可监视这些电网设备，并通过以确定性的和随机的观点分析数据去进行诊断和提供解决方案。电网自动化系统可自治地采取适当的行动，将信息和解决方案提供给操作人员，并集成到企业过程和工艺中去。这些先进的控制方法应支持诸如分布式能源和需求响应调度、配电自动化和变电站自动化、自适应继电保护、能量管理、市场定价、电网模拟、操作员显示和先进的可视化系统。此外，它们也可能集成到资产管理过程和工艺中去，以进一步优化电网的运行和规划。

   自动控制技术依赖并与其余四种关键技术的每一种起促进作用。用于先进的控制方法的三类技术包括：分布式智能代理（控制系统）、分析工具（软件算法和高速计算机）和运行应用（SCADA、变电站自动化、需求响应等）。现时的应用案例，如使用人工智能编程技术，可生成能快速准确地计算出控制策略并执行的广域保护系统（WAPS）；使用基于灵敏度的连续线性编程方法的电压稳定性监视和控制（VSMC）软件，可可靠地确定最优的控制解决方案。

5．决策支持和人机接口 

   智能电网中使用信息系统技术，应能使操作和管理人员在日益增加的可变因素下利用这些工具来减少复杂性，保持电网的高效运行。

   在某些情形，可供操作员作出决策的时间缩短到秒级的水平。因此，现代电网需要非专门化的、无缝的、实时使用的应用和工具，以满足电网操作和管理人员作出快速决策的需要。带有改进接口的决策支持将扩展决策至所有等级的电网，它包括用户级的电网。决策支持和人机接口技术主要包括可减少大量的数据到易于理解的可视格式的可视化工具和系统、当系统运行人员操作时需提供的多种方案的软件系统、用于操作培训和“what-if”分析的仿真器、用作演示的控制板、先进的控制室设计等等。

 

 

   我们应当看到，智能电网并非只是为了展示某些先进技术，或仅是着眼于某种局部问题的解决方案。它实质上是以先进的计算机、电子设备和高级元器件等为基础，通过引入新的通信、自动控制和其他信息技术，从而实现对整个电力网络的升级改造，最终达到电力网络运行更加可靠、经济、环保这一根本目标。

附图：关键支撑技术领域的相互关联的特性