面向未来的智能电网
谢
开１，刘永奇１，朱治中２，于尔铿３
（１．华北电网有限公司，北京
１０００５３；２．埃森哲咨询公司，北京
１０００２０；３．中国电力科学研究院，北京
１０００８５）
摘要：随着电力系统运行环境的日趋复杂与电力改革的不断前进，传统电力网络亟待进一步提升，
实现向智能电网的转变。智能电网为电网的发展方向，它的内涵是由绩效目标、性能特征、关键技术与功能实现等４个方面及其之间的关系综合体现的，它们分别规定了智能电网的未来期望收益、应具备的特征性能力、为实现此能力而应当采用的关键性技术以及技术与具体业务需求的结合方式。通过对上述内容的详细阐述，描绘出未来智能电网的框架。
关键词：智能电网；自愈；分布式能源；电力市场中图分类号：ＴＭ７６
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４－９６４９（２００８）０６－００１９－０４
收稿日期：２００７－１２－１８作者简介：谢
开（１９７１－），男，辽宁朝阳人，博士，从事电网调度运行管理研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅ．ｋａｉ＠ｎｃｇｃ．ｃｏｍ．ｃｎ
中国电力
ＥＬＥＣＴＲＩＣ
ＰＯＷＥＲ第４１卷第６期２００８
年６月Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．６
Ｊｕｎ．２００８
０引言
随着市场化改革的推进、数字经济的发展、气候
变化的加剧、环境监管要求日趋严格与国家能源的最新调整，电力网络跟电力市场、
用户之间的协调和交换越来越紧密、电能质量水平要求逐步提高、可再生能源等分布式发电资源数量不断增加，气候变化初露端倪，传统网络已经难以支撑如此多的发展要求［１－２］。为此人们提出了发展智能电网（Ｓｍａｒｔ
Ｇｒｉｄ）的设想，实现对传统电网基础上的升级换代。
国外许多研究机构和企业正在积极推动智能电网建设。例如知识电网（ＩｎｔｅｌｌｉＧｒｉｄ）、现代电网（ＭｏｄｅｒｎＧｒｉｄ）、
网络智能（ＧｒｉｄＷｉｓｅ）与智能电网等，可是本质内容基本相似［３－４］。为了在智能电网领域寻求突破、加强联系与合作，已形成了一个全球性联盟组织。
１智能电网概念［５－６］
智能电网并非是一堆先进技术的展示，也不是
一种着眼于局部的解决方案。智能电网是以先进的计算机、电子设备和高级元器件等为基础，通过引入通信、自动控制和其他信息技术，从实现对电力网络的改造，达到电力网络更加经济、可靠、安全、环保这一根本目标。
为了理解智能电网，需要站在全局性的角度观察问题，综合考虑智能电网的４个维度，即绩效目标、性能特征、技术支撑和功能实现。图１简单罗列了智能电网４个维度的一些内容。２
智能电网的绩效目标与性能特征
２．１
绩效目标［２，６］
智能电网的绩效目标可以分为３类，即电网性
能目标、经济目标和社会目标。
（１）电网性能。ａ．可靠性———电网应具备向用户不间断供电的能力，这种能力由电网容量充裕度和网络运行安全性达标２个部分组成。ｂ．抗攻击———在电网设备或计算机系统遭到攻击时，电网可以有效地抵御，避免发生大停电或重大损失；抗攻击性还包括提高电网抵御自然灾害的能力。ｃ．改善电能质量———电网除了需要具备事故应对能力外，还应当保证系统的电能质量满足要求。
（２）经济目标。ａ．经济性———在满足电网安全可靠性要求的前提下，电网运行应当符合经济优化原则，进行合理的定价和资源分配，实现市场的长期均衡和短期均衡。ｂ．生产效率———电网的生产应当遵
图１智能电网图景
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｖｉｓｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｇｒｉｄ
第４１卷
中国电力
电力系统
循效率原则，尽可能实现各种资源充分利用，降低资
产替换成本和网络损耗，增加资产使用容量，进行有
效的成本控制。
（３）社会目标。ａ．用户满意度——
—电网能够及
时准确地发布更多的公共信息，提供多种选择，方
便用户的自我管理；在发生紧急事件时提前通知用
户，使其能够有效应对；通过提高系统的可靠性，减
少用户的停电损失。ｂ．保护环境——
—电网通过支持
或实施对发、输、配、用等环节的技术和改造，
减少电力生产过程中的温室气体排放和污染，从
而在气候变化控制方面做出贡献。ｃ．保障人身安
全——
—电网应尽量避免对作业人员人身伤害，不
对公众健康形成影响。ｄ．其他目标——
—电网还有其
他一些绩效目标要求。如随着经济的发展，电网应
能满足快速增长的负荷需求；改变传统的集中发
电模式，适应分布式能源的发展要求。
２．２性能特征
智能电网的性能特征界定了它异于其他形式电
网建设方案的关键点，也是实现上述绩效目标的内
在要求。
（１）自愈——
—稳定可靠。自愈是实现电网安全可
靠运行的主要功能，指无需或仅需少量人为干预，实
现电力网络中存在问题元器件的隔离或使其恢复正
常运行，最小化或避免用户的供电中断。通过进行连
续的评估自测，智能电网可以检测、分析、响应、甚至
恢复电力元件或局部网络的异常运行。
（２）安全——
—抵御攻击。无论是物理系统还是
计算机遭到外部攻击，智能电网均能有效抵御由
此造成的对电力系统本身的攻击伤害以及对其他
领域形成的伤害；一旦发生中断，也能很快恢复
运行。
（３）兼容——
—发电资源。传统电力网络主要是面
向远端集中式发电的，通过在电源互联领域引入类
似于计算机中“即插即用”技术（尤其是分布式发电
资源），电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不
同类型发电，甚至是储能装置。
（４）交互——
—电力用户。电网运行中与用户设备
和行为进行交互，将其视为电力系统的完整组成部
分之一，可以促使电力用户发挥积极作用，实现电力
运行和环境保护等多方面的收益。
（５）协调——
—电力市场。与批发电力市场甚至是
零售电力市场实现无缝衔接；有效的市场设计可以
提高电力系统的规划、运行和可靠性管理水平；电力
系统管理能力的提升促进电力市场竞争效率的提高。
（６）高效——
—资产优化。引入最先进的ＩＴ和监
控技术优化设备和资源的使用效益，可以提高单个
资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的
优化，降低它的运行维护成本和投资。
（７）优质——
—电能质量。在数字化、高科技占主
导的经济模式下，电力用户的电能质量能够得到有
效保障，实现电能质量的差别定价。
（８）集成——
—信息系统。实现包括监视、控制、维
护、能量管理（ＥＭＳ）、配电管理（ＤＭＳ）、市场运营
（ＭＯＳ）、ＥＲＰ等和其他各类信息系统之间的综合集
成，并实现在此基础上的业务集成。
２．３性能特征与绩效的匹配
智能电网的性能特征与绩效目标之间存在紧密
联系，前者是为后者服务的，某一项性能特征总是对
应着一些与之相关的收益。
３智能网络的技术支撑［６－７］
智能电网具有以上８项特征，为了显现出这些
特点，一些关键性技术是必不可少的，分为规则模
式、设备元件、理论方法与信息系统等。随着时间的
前进，技术会不断发展，智能电网应当予以充分吸
收，不断调整发展路径，从而有效地构建能够实现绩
效目标的特征能力。
３．１规则模式
（１）宏观。宏观针对的主要问题可能有
能源发展、能源效率、气候变化和环境保护等。与能
源发展相关的有很多，具体有合理的可再生能
源标准、分布式能源促进等；至于各种降低能源
消耗，提高使用效率的激励措施都是与能源效率有
关的；随着经济的发展，气候变化和环境保护则
受到越来越多的重视，与之相关的规定正在发
展完善。
（２）监管设计。电网是受监管业务，它的定价、使
用、投资、规划等都有监管，此类对电网的
发展有着重大的影响。未来监管业务需要有共同的
标准，避免不同主体的博弈行为，从而促进智能
电网的出现。
（３）市场规则。电力市场正在逐步发展成熟，电
力市场的合理设计对市场机制发挥有效作用非常重
要。电力市场规则可以分为管控模式、定价结算、交
易工具、风险管理、市场监视等组成部分。
（４）电力系统设计模式。电力系统各组成部分可
能引入新的设计模式，即新技术会以何种形式与电
力系统相结合。在发电领域，可再生能源和分布式能
源越来越多，比例不断增加；在电网环节，微型电网、
线路下地、箱式变电站等设计模式不断改进；在控制
监视方式，向全面ＳＣＡＤＡ布置、设备的远程控制和
监视等方向发展。
３．２设备元件及标准
（１）量测技术。量测技术的发展可以分为用户专
用和公用事业专用。
谢开等：面向未来的智能电网
第６期电力系统
用户专用量测包括用户网关、家庭用户网络系
统与高级计量等内容。它们通常以电子计量设备（如
ＡＭＩ）为基础，通过发达的通信技术，实现对电力运
行状态及交易相关参数的测量、控制等。
公用事业专用量测有公用事业监测系统和高级
保护系统。相角量测单元（ＰＭＵ）、广域量测
（ＷＡＭＳ）、线路容量动态监测、各种先进的传感器、
具有监测功能的电子设备（如电子变压器）等均属
前者；高级保护系统包括故障检测继电器、一些特
定保护系统，如关键设备监视、状态和预想故障监
视保护等。
（２）通信技术。通信技术种类繁多，常见的类
型有铜芯线、光纤、电力线通信（ＢＰＬ）、无线通信等
技术。通过这些载体，可以在更广的范围实现更多
信息和应用的连接和集成，使数据在发电、输电、
配电和用户等不同主体及各类应用系统之间高速
传递。
可是要形成集成的通信系统，光有载体还不够，
还需要发展和实施被使用者、供应商和其他主体广
泛接受的通信标准。目前在配电站自动化等有限领
域建立了通信标准，尚有诸如需求侧响应、电力线通
信（ＢＰＬ）等的通信标准正在研究中，即使如此，标准
化工作还需要继续加强。
（３）电力设备。电力设备种类繁多，主要有新型
发电技术、电力电子技术、超导、复合导线等。
关键发电技术：ａ．分布式发电设备，如微透平、
太阳板、风机等；ｂ．分布式储能设备，如各种类型的
蓄电池、超级电容器等。
电子技术主要以灵活交流输电技术（ＦＡＣＴＳ）为代
表，如统一潮流控制器、静止无功补偿器、交直流变换
器等。各种高温超导电缆与超导线路属于超导技术的
范畴。复合导线有以铝为导体的复合电缆、电线等。
（４）控制设备。电力系统中的保护控制类设备具
有非常重要的地位。有数字型保护继电器、智能分接
头变换器、动态分布式电力控制设备。可以通过在各
种设备中安装电压或频率感应芯片，使设备更好地
适应电网运行状态变换，及时做出调整。
３．３理论方法
电力系统分析、控制技术方法正在或需要向如
下方向发展：系统性能监测、仿真与预测，相角量测
分析，可能使用相角量测等设备提供的数据，分析
对象包括事故、大停电与其他形式的扰动。具体的
应用如输电快速仿真和建模（ＴＦＳＭ）。其他还有天
气预测及集成分析、超短期潮流分析、市场仿真、
配电故障定位、高速计算等，对于智能电网来说都
是非常重要的。
推理等人工智能（ＡＩ）技术会得到广泛的应用。
同时，为了实现整个系统范围内的协制，分散式
智能代理以及它们进而形成的网状控制结构等形式
的设计具有非常关键的作用。它们可以支持分散式
决策，也可以在此基础上进行集中协调。发达的通信
能力为这种设计提供了坚实的技术支撑。
３．４信息系统及标准
（１）系统架构与标准。面向服务架构（ＳＯＡ）正被
应用到越来越多的领域中，主要原因是它采用了标
准化的接口，并且跨系统的业务流程可根据业务模
式的转变实行灵活调整，无需再次开发。通过ＳＯＡ，
智能电网可以实行分散式信息系统和集中式信息系
统的兼容。同时，为了不同系统和不同主体能够相互
识别与交换信息、协调运行，接口协议和通用信息模
型（ＣＩＭ）等标准规范必不可少。当然，要达到系统之
间的无缝衔接，还必须界定各个系统的软、硬件组
成，明确它们相互之间的接口。
（２）数据处理技术。随着量测数据的增加，智
能电网需要建立相应的ＩＴ设施，从而实现对此类
数据的全面收集。在对数据进行加工分析时，数据
仓库可以发挥重要作用，通过使用数据仓库这个
现代化的工具，整个数据分析工作变得更为简单
和直观。
（３）信息展示。着色和动画技术、信息的快速刷
新、声音识别、触摸屏、全息视频、电子地图墙、“仪表
盘”展示等技术，将在智能电网的分析决策方面发挥
重要作用。
（４）运行应用系统。各种专门的应用系统既是智
能化建设的目标与对象，也是开展业务的重要辅助
工具。主要的系统有变电站自动化（ＳＡ）、ＥＭＳ、市场
运营系统、需求响应、资产管理维护、ＥＲＰ等。
４智能电网的功能实现
各种先进的技术最终需要与具体的业务环节结
合才能发挥作用，为了充分发挥此类技术的作用，还
需要对业务相关的其他要素，如组织、流程、人员等，
进行调整或提升。
智能电网涉及到的业务非常多，为了帮助理
解，可以从不同的角度对其进行分类，然后分析不
同划分之间的关系，以及它们与智能电网技术之间
的关联。
４．１业务功能分类
与智能电网相关的业务功能分类有业务流、信
息流，如图２所示。（１）业务流。业务流是电力企业常
见的业务组成模块，主要有交易、调度、生产和管理
等４种。（２）信息流［８］。按照业务信息的流转过程，
可以将一项业务的实现过程分为数据采集、数据
传输、信息集成、分析仿真、信息展现、决策应用等
６个阶段。其中，业务培训也可以视为决策应用的
第４１卷
中国电力电力系统
Ｔｈｅｖｉｓｉｏｎｏｆｆｕｔｕｒｅｓｍａｒｔｇｒｉｄ
ＸＩＥＫａｉ１，ＬＩＵＹｏｎｇ－ｑｉ１，ＺＨＵＺｈｉ－ｚｈｏｎｇ２，ＹＵＥｒ－ｋｅｎｇ３
（１．ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＧｒｉｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００５３，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｃｃｅｎｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２０，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｍｏｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｒｅｃｏｎｆｒｏｎｔｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｄｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｇｒｉｄｓｎｅｅｄｔｏｂｅｅｎｈａｎｃｅｄａｇａｉｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｐｏｗｅｒｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｉｅｓ，ａｓｍａｒｔｇｒｉｄｃｏｕｌｄｔｈｅｎｂｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍ．Ａｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｇｒｉｄ，ｉｔｃａｎｂｅｃｌｅａｒｌｙｄｅｆｉｎｅｄｂｙｉｔｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｂｕｓｉｎｅｓｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍ．Ｔｈｅｆｏｕｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｔｈｅｆｕｔｕｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄｂｅｎｅｆｉｔｓ，ｒｅｑｕｉｒｅｄｓｐｅｃｉａｌｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｐｐｏｒｔ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｂｕｓｉｎｅｓｓｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔｗａｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｆｏｕｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｄｅｔａｉｌｅ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｄａｗｈｏｌｅｐｉｃｔｕｒｅｏｆｆｕｔｕｒｅｓｍａｒｔｇｒｉｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔｇｒｉｄ；ｓｅｌｆｈｅａｌｓ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅ；ｐｏｗｅｒｍａｒｋｅｔ
一种方式。
４．２业务功能与智能电网技术关联
（１）智能电网的基础构件。
如新型发电、分布式能源和电网类技术等一次电力设备，电力系统相关的规则模式设计等，它们决定了业务的实施对象和基本原则，因此是开展各项运营工作
的基础。
（２）智能电网运营业务的功能实现。
以智能电网中的调度业务为例，在数据采集环节，可能需要用到数字传感器等先进的量测设备（设备元件类）；在进行数据传输时，发达的通信设备和通信标准非常重要（设备元件类）；建立强大的分析能力更是调度业务的核心方面，而这离不开快速仿真建模（ＦＳＭ）之类分析方法的支持（理论方法），更需要功能庞大的应用系统为工具（信息系统）。
可见，智能电网技术可以与电力业务实现良好匹配，并在实际运行中体现智能电网的优越性，促进其绩效目标的实现。
５结语
（１）智能电网的核心是实现对电网运行的快速
响应，提高与分布式能源的兼容能力，从而提高整个系统的经济性、可靠性和安全性。
（２）智能电网的核心特征是自愈、
安全、交互、协调、兼容、高效、优质、集成，分别针对电网的稳定可靠、抗攻击、电力用户、市场、分布式能源、资产、电能质量和信息系统等不同内容。
（３）智能电网的关键技术有规则模式、元件设备、理论方法和信息系统等。
（４）智能电网的技术通过与电力生产的各项业务实现有机结合，从而体现智能电网的优越性能，提高系统的运营绩效。
参考文献：
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ＯＬ］．［２００６－０４－０６］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍａｒｔｇｒｉｄｓ．ｅｕ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ．［５］Ｓｍａｒｔｐｏｗｅｒｇｒｉｄ－ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｏｒｋｇｒｏｕｐ［Ｒ／ＯＬ］．［２００７
－０８－１３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｈｉｇａｎ．ｇｏｖ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ｍｐｓｃ／２１ｃｅｐ＿ｓｐｇ＿ｒｅｐｏｒｔ＿２０５５０６＿７．ｐｄｆ．
［６］Ｎａｔｉｏｎａｌｅｎｅｒｇｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（ＮＥＴＬ）．Ａｓｙｓｔｅｍｓｖｉｅｗｏｆｔｈｅ
ｍｏｄｅｒｎｇｒｉｄ［Ｒ／ＯＬ］．［２００７－０１－２２］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｔｌ．ｄｏｅ．ｇｏｖ／ｍｏｒｄｅｒｎｇｒｉｄ．［７］Ａｃｃｅｎｔｕｒｅｐｏｉｎｔｏｆｖｉｅｗｕｔｉｌｉｔｙｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｎｅｔｗｏｒｋ［Ｒ］．ＵＳＡ：Ａｃｃｅｎ－
ｔｕｒｅ，２００７．
［８］建设智能电网创新运营管理［Ｒ］．北京：ＩＢＭ全球企业咨询服务
部，２００６．
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｓｍａｒｔｇｒｉｄｔｏｒｅｎｏｖａｔｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｕｔｉｌｉｔｉｅｓ［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＩＢＭＧｌｏｂａｌＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＳｅｒｖｉｃｅ，２００６．
（责任编辑骆平）
图２
智能电网的业务功能架构
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｂｕｓｉｎｅｓｓｕｎｄｅｒｓｍａｒｔｇｒｉｄ下载本文
