智能電網綜述一、智能電網的核心內涵和技術框架

0 引 言

電力系統是人類迄今為止制造的最復雜、最龐大的系統，是20世紀人類所取得的最輝煌的工程技術成就之一。但是，進入21世紀以來，隨著電力系統的不斷老化，線路擴容困難，系統運行效率降低，節能減排等環保壓力增大，人們對供電可靠性和電能質量要求越來越高，大容量的風力發電、光伏發電等可再生能源發電接入電力系統的要求日益增強，特別是大面積停電的災變事故頻發，使傳統電力系統已經不能滿足現在信息社會發展的需求。與此同時，通信技術、計算機技術、電力電子技術和傳感技術的不斷發展和日益成熟，為電網的現代化提供了技術手段。以美國為首的發達國家提出了“電網現代化”的號召，從而在全世界范圍內掀起了一股研究“智能電網”的熱潮。本系列文章將從智能電網的核心內涵和技術框架、國內外智能電網的發展戰略、智能電網的關鍵技術、電力電子技術在智能電網中的應用、智能電網的效益分析、和中國智能電網的發展路線圖等多個方面，試圖對智能電網做一個全景式的介紹。本文是該系列文章的第一篇，主要介紹智能電網的起源和發展動力、智能電網與傳統電網的主要區別、智能電網的核心內涵、技術框架和實現順序。

1 智能電網的起源和發展動力

2003年4月，在美國能源部的倡導和組織下，來自美國各大電力企業、設備制造商、通信技術提供商、政府部門、大學和國家實驗室的65位專家齊聚一堂，對電力工業的發展現狀進行了深刻反思，對電力工業在第二個百年里的發展前景進行了展望[1]。會議指出，北美電網效率低下、輸電擁堵、供電可靠性和電能質量降低，特別是大面積停電等災難性事故增多，與美國在“21世紀的領導地位極不相稱”。歷史的發展往往具有戲劇性，就在這次會議結束不到半年， 2003年8月14日北美電網發生了有史以來最嚴重的大面積停電事故，美國的8個州和加拿大的2個省5千萬人受影響，損失負荷量61800MW，經濟損失約300億美元。這次災難性事故進一步驗證了會議所達成共識的正確性和智能電網建設的緊迫性。在政府部門和企業研發部門的共同努力下快馬加鞭，于2004年1月出臺了“國家電力傳輸技術路線圖計劃”[2]，提出“可以在任何時間任何地點向人們提供充足的、廉價的、清潔的、高效的和可靠的供電服務”，并提出了電力傳輸技術現代化的路線圖。

縱觀21世紀科技和經濟的發展，智能電網的提出和發展不是偶然的，它發展的內在動力來源于以下幾個方面：

(1) 提高設備利用效率，減少輸電擁堵的需要：據統計，發電設備利用率90%以上、配電設備利用率75%以上的時間不足5%，大部分時間內設備容量得不到有效利用；而另一方面，隨著電力市場的建設和競爭加劇，用電負荷的大幅增加與電源短缺、輸配電容量不足的矛盾日益突出，導致輸電阻塞。北美電網每年的輸電阻塞成本高達30億美元。