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摘 要： 针对电力系统在新世纪面临的分布式电源并网、电网利用系数低以及数字化技术应用等诸多挑战，提出智能电网的概念，阐述智能电网的特点、目标和主要组成，引用国外例证，估算智能电网的投资和效益，指出智能电网是经济和技术发展的必然结果，应加快我国智能电网研究。
关键词： 智能电网；通信需求；高级配电自动化；高级计量体系
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210103－02
0 引言
智能电网，就是电网的智能化，又被称为电网“高速公路”，是当今国际最前沿的新能源产业之一，已成为许多发达国家争相研发的热点。它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要功能包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，简称为“坚强的智能电网（StrongSmartGrid）。
1 智能电网建设中的关键技术
智能电网技术是由高级量测技术、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理组成。高级量测技术（AMI），是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统，由智能电表、广域通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络等四部分构成。通过广域通信网络，AMI把用户和电力公司紧密相连，为将来配电自动化等智能电网功能的实现奠定基础。其实现的系统范围的测量和可视性能够大幅提升现有的电力公司的运行机制和资产管理流程。
高级配电运行（ADO）包括高级配电自动化、高级保护与控制、配电快速仿真与模拟、新型电力电子装置、DER运行、AC/DC微网运行和运行管理系统组成。
高级输电运行（ATO）包括变电站自动化、输电地理信息系统、广域量测系统、高速信息处理、高级保护与控制、模拟、仿真和可视化工具、高级输电网络元件及先进区域电网运行组成。
高级资产管理（AAM）由优化资产使用运行、输配电网规划、基于条件的维修、工程设计与建造、顾客服务、工作于资产管理及模拟仿真组成。
智能电网通过高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）之间的密切配合来实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。
在建设智能电网中需要关注坚强实体电网、智能电网装备、信息交互平台、电源电网协调及双向互动供电的研究。专家建议，智能电网作为目前的一个热点，当前要密切跟踪和深入研究未来智能电网技术，大力发展特高压电网及其他各级电网，高度关注配电、用电侧的智能电网技术，加强互联网安全防护体系的开发、研究手段的建设和国外的交流合作。
2 智能电网对通信网络的需求
智能电网业务需要全面而完整地信息采集以及与用户的交互，要实现这些数据传递必须要有可靠的安全的通信信息网络的支撑。
2.1 建立实用通信模型
基础电网物理架构的电压等级有特高压、超高压、高压、中压和低压等多个等级，区域覆盖有跨省的区域互联、省内电力输送、市到县到企业或小区配送，调度节点有发电侧升压变电站、多等级的高压变电站、中压配电变压器等；依存于电力架构的通信信息网涉及到不同电压适配、不同区域传输、不同节点组网、不同组网成本等等；不同环节所使用的通信网络技术也不尽相同，如光纤通信、无线通信、IP通信、电力线载波通信、工业总线通信等。因而，每个电力环节需要有与其匹配且实用的网络建设模型，只有建立实用统一的通信网络模型才能更好地、规模地得到推广和应用。
2.2 建立互通通信标准
智能电网是将智能化的二次设备IED的采集数据通过通信网络传送到控制中心进行分析和控制。在这里，通信网络首先要把智能化二次设备互联起来（可采用以太通信方式或工业总线方式），因此需要明确并制定网络设备和二次设备间的互通标准。另外一方面，通信网络技术多样，标准或非标准的都有可能采用，如低压电力载波技术缺乏统一标准，在用电信息采集系统中集中器和采集器则必须使用同一厂商的设备，在一定程度上会限制该种技术的推广和应用。
2.3 建立完善通信安全架构
智能电网的各个环节部署着大量的传感器和计量单元，使得网络安全环境更加复杂。首先是智能业务中心存在大量安全隐患的新建系统；其次是智能配用电领域大量智能终端的应用，给黑客提供了利用某些软件入侵机会操纵和关闭某些功能；原有的电力通信协议如104等对安全考虑薄弱；新通信技术的采用如EPON、Wi-Fi、无线等也引入到安全风险。因此以上从中心系统、通信规约、终端仿冒和通信网络等多方面和整体考虑，形成满足智能电网新形势要求的、完善的通信安全架构，保证智能电网有序的、安全的建设和运行。
2.4 建立低成本、广覆盖的通信网络
智能电网的各个环节都需要信息的检测，因而对于覆盖电网的通信网络更需要考虑低成本和广覆盖，尤其是智能配用电环节。以一个中小城市为例，城市面积约10公里*10公里，电力用户有10万户左右，配变约1000个，开闭所、环网柜以及柱上开关等约有100个，需要采集的信息点达到10万个之多，覆盖整个城区。如何构建低成本、广覆盖的城市配电信息通信网络是我们必须考虑的问题，其中低成本的含义还包括建设成本和运维成本。
3 电力一次设备在线监测对坚强智能电网的作用
目前，大电网的安全防护已与涉及自然和社会因素的灾害防护紧密相连，因此大电网的安全防护受到了美国白宫科技政策办公室和美国国内安全部的重视。美国政府已于2007年通过了《能源独立和安全法规（Energy Independence and Security Act）》，有专门一章就是智能电网。
在输电的每个元件（如开关、变压器等）、每个变电站和发电厂中皆设置一个具有坚强的操作系统独立的处理器
（processor），也可用作独立的代理器（agent），在这些处理器或代理器之间能进行双向快速通信，从而形成一个巨大的分布式平台。每个代理器必须与相应元部件的传感器连接，以评估其运行状况，并用高速宽带光纤通信系统将传感器的数据传送到其它处理器（代理器），各处的代理器既是独立动作的，又是彼此通信互连的，可以进行协调控制。
智能电网的自愈控制是在事故影响电网之前就从本地或局部地区对事故进行处理后，从而达到自愈的效果。由此可见，电力一次设备的在线安全监测装置就是智能电网实现自愈控制的智能代理器最基础部分。电力一次设备的在线安全监测装置最初是为了对一次设备进行常规诊断，后来实现状态检修，以代替传统的计划检修。当然，目前的在线安全监测，还不是实时的在线监测。在此基础上，若状态监测的可信度大大提高，并加快对设备状态的监测频率，就可逐步成为自愈智能电网的智能代理器。这样，当新型的传感器、在线监测装置和执行机构研制出来后就可形成智能代理器，从而加强电网的自适应和重组控制能力。
智能电网的智能代理器要求新型传感器对电网运行参数的测量速度和高准确度与对电子式互感器的要求应是一致的，甚至对某些数据的测量准确度的要求更高，如对电晕损失的测量，其采样率最好采用250k次/s，相当每周期（50Hz）采样5000次。
在线监测装置主要是监测电容型设备的介质损耗，电容及其变化量，泄漏电流及其变化量，不平衡电压，避雷器的全电流和阻性电流，变压器套管的介损和油中氢气含量，变压器的局部放电、油中色谱，少油开关的泄漏电流及其他设备（如发电机放电）等。对变电站关键电力设备的电气绝缘综合在线监测研究具有重要的意义，并要加强在线监测装置的防干扰措施。
4 结论
智能电网的最终目的是实现电网的经济、高效、可靠、安全运行，实现能源，包括可再生能源的规模化高效利用，实现经济、环境和社会效益的最大化。涉及能源、信息、经济、法律等多个学科领域，对技术、经济、社会、环境等因素都会产生相互的作用和影响。从智能电网的成本效益分析看，智能电网的建设十分必要。发展智能电网，要正确处理技术引进与自主创新的关系。在引进消化吸收的基础上，注重技术创新能力建设，提高对引进技术进行再创新的能力。建立智能电网的产学研合作体系对智能电网技术的发展非常关键，可缩短由知识到技术再到产品的周期，推动智能电网技术的快速应用和发展。电力市场化改革是保证智能电网活力和效率的重要制度保障。智能电网作为复杂大系统，不是一蹴而就，也不是一成不变的。随着社会的发展和需求的提高，随着创新的不断涌现，智能电网将不断演进和发展。智能电网可以根据不同的需求分层分级来实现。
参考文献：
[1]王明俊，突出自愈功能的智能电网，动力与电气工程师，2007，2（2）：12-16.
[2]何大愚，应用智能网络技术构建未来自愈型输电网，动力与电气工程师，2008，3（6）：12-16.
[3]徐立子、万启发，现代化电网与国际标准对电子式互感器的要求，电子式互感器 技术研讨会交流文集，中国电力企业联合会成果鉴定办公室，2007，10：54-66.
[4]IEC 61850-5 Communication Network and Systems in Substations. Part 5-13：Message performance requirements. 2003，07.
[5]IEC 61850-9-1 Communication Network and System in Substation-Part 9-1： Specific communication service mapping （SCSM）-Sampled values over serial unidirectional multi-drop point to point link 2003，05.
关键词： 智能电网；通信需求；高级配电自动化；高级计量体系
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210103－02
0 引言
智能电网，就是电网的智能化，又被称为电网“高速公路”，是当今国际最前沿的新能源产业之一，已成为许多发达国家争相研发的热点。它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要功能包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。智能电网的核心内涵是实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化，简称为“坚强的智能电网（StrongSmartGrid）。
1 智能电网建设中的关键技术
智能电网技术是由高级量测技术、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理组成。高级量测技术（AMI），是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统，由智能电表、广域通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络等四部分构成。通过广域通信网络，AMI把用户和电力公司紧密相连，为将来配电自动化等智能电网功能的实现奠定基础。其实现的系统范围的测量和可视性能够大幅提升现有的电力公司的运行机制和资产管理流程。
高级配电运行（ADO）包括高级配电自动化、高级保护与控制、配电快速仿真与模拟、新型电力电子装置、DER运行、AC/DC微网运行和运行管理系统组成。
高级输电运行（ATO）包括变电站自动化、输电地理信息系统、广域量测系统、高速信息处理、高级保护与控制、模拟、仿真和可视化工具、高级输电网络元件及先进区域电网运行组成。
高级资产管理（AAM）由优化资产使用运行、输配电网规划、基于条件的维修、工程设计与建造、顾客服务、工作于资产管理及模拟仿真组成。
智能电网通过高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）之间的密切配合来实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。
在建设智能电网中需要关注坚强实体电网、智能电网装备、信息交互平台、电源电网协调及双向互动供电的研究。专家建议，智能电网作为目前的一个热点，当前要密切跟踪和深入研究未来智能电网技术，大力发展特高压电网及其他各级电网，高度关注配电、用电侧的智能电网技术，加强互联网安全防护体系的开发、研究手段的建设和国外的交流合作。
2 智能电网对通信网络的需求
智能电网业务需要全面而完整地信息采集以及与用户的交互，要实现这些数据传递必须要有可靠的安全的通信信息网络的支撑。
2.1 建立实用通信模型
基础电网物理架构的电压等级有特高压、超高压、高压、中压和低压等多个等级，区域覆盖有跨省的区域互联、省内电力输送、市到县到企业或小区配送，调度节点有发电侧升压变电站、多等级的高压变电站、中压配电变压器等；依存于电力架构的通信信息网涉及到不同电压适配、不同区域传输、不同节点组网、不同组网成本等等；不同环节所使用的通信网络技术也不尽相同，如光纤通信、无线通信、IP通信、电力线载波通信、工业总线通信等。因而，每个电力环节需要有与其匹配且实用的网络建设模型，只有建立实用统一的通信网络模型才能更好地、规模地得到推广和应用。
2.2 建立互通通信标准
智能电网是将智能化的二次设备IED的采集数据通过通信网络传送到控制中心进行分析和控制。在这里，通信网络首先要把智能化二次设备互联起来（可采用以太通信方式或工业总线方式），因此需要明确并制定网络设备和二次设备间的互通标准。另外一方面，通信网络技术多样，标准或非标准的都有可能采用，如低压电力载波技术缺乏统一标准，在用电信息采集系统中集中器和采集器则必须使用同一厂商的设备，在一定程度上会限制该种技术的推广和应用。
2.3 建立完善通信安全架构
智能电网的各个环节部署着大量的传感器和计量单元，使得网络安全环境更加复杂。首先是智能业务中心存在大量安全隐患的新建系统；其次是智能配用电领域大量智能终端的应用，给黑客提供了利用某些软件入侵机会操纵和关闭某些功能；原有的电力通信协议如104等对安全考虑薄弱；新通信技术的采用如EPON、Wi-Fi、无线等也引入到安全风险。因此以上从中心系统、通信规约、终端仿冒和通信网络等多方面和整体考虑，形成满足智能电网新形势要求的、完善的通信安全架构，保证智能电网有序的、安全的建设和运行。
2.4 建立低成本、广覆盖的通信网络
智能电网的各个环节都需要信息的检测，因而对于覆盖电网的通信网络更需要考虑低成本和广覆盖，尤其是智能配用电环节。以一个中小城市为例，城市面积约10公里*10公里，电力用户有10万户左右，配变约1000个，开闭所、环网柜以及柱上开关等约有100个，需要采集的信息点达到10万个之多，覆盖整个城区。如何构建低成本、广覆盖的城市配电信息通信网络是我们必须考虑的问题，其中低成本的含义还包括建设成本和运维成本。
3 电力一次设备在线监测对坚强智能电网的作用
目前，大电网的安全防护已与涉及自然和社会因素的灾害防护紧密相连，因此大电网的安全防护受到了美国白宫科技政策办公室和美国国内安全部的重视。美国政府已于2007年通过了《能源独立和安全法规（Energy Independence and Security Act）》，有专门一章就是智能电网。
在输电的每个元件（如开关、变压器等）、每个变电站和发电厂中皆设置一个具有坚强的操作系统独立的处理器
（processor），也可用作独立的代理器（agent），在这些处理器或代理器之间能进行双向快速通信，从而形成一个巨大的分布式平台。每个代理器必须与相应元部件的传感器连接，以评估其运行状况，并用高速宽带光纤通信系统将传感器的数据传送到其它处理器（代理器），各处的代理器既是独立动作的，又是彼此通信互连的，可以进行协调控制。
智能电网的自愈控制是在事故影响电网之前就从本地或局部地区对事故进行处理后，从而达到自愈的效果。由此可见，电力一次设备的在线安全监测装置就是智能电网实现自愈控制的智能代理器最基础部分。电力一次设备的在线安全监测装置最初是为了对一次设备进行常规诊断，后来实现状态检修，以代替传统的计划检修。当然，目前的在线安全监测，还不是实时的在线监测。在此基础上，若状态监测的可信度大大提高，并加快对设备状态的监测频率，就可逐步成为自愈智能电网的智能代理器。这样，当新型的传感器、在线监测装置和执行机构研制出来后就可形成智能代理器，从而加强电网的自适应和重组控制能力。
智能电网的智能代理器要求新型传感器对电网运行参数的测量速度和高准确度与对电子式互感器的要求应是一致的，甚至对某些数据的测量准确度的要求更高，如对电晕损失的测量，其采样率最好采用250k次/s，相当每周期（50Hz）采样5000次。
在线监测装置主要是监测电容型设备的介质损耗，电容及其变化量，泄漏电流及其变化量，不平衡电压，避雷器的全电流和阻性电流，变压器套管的介损和油中氢气含量，变压器的局部放电、油中色谱，少油开关的泄漏电流及其他设备（如发电机放电）等。对变电站关键电力设备的电气绝缘综合在线监测研究具有重要的意义，并要加强在线监测装置的防干扰措施。
4 结论
智能电网的最终目的是实现电网的经济、高效、可靠、安全运行，实现能源，包括可再生能源的规模化高效利用，实现经济、环境和社会效益的最大化。涉及能源、信息、经济、法律等多个学科领域，对技术、经济、社会、环境等因素都会产生相互的作用和影响。从智能电网的成本效益分析看，智能电网的建设十分必要。发展智能电网，要正确处理技术引进与自主创新的关系。在引进消化吸收的基础上，注重技术创新能力建设，提高对引进技术进行再创新的能力。建立智能电网的产学研合作体系对智能电网技术的发展非常关键，可缩短由知识到技术再到产品的周期，推动智能电网技术的快速应用和发展。电力市场化改革是保证智能电网活力和效率的重要制度保障。智能电网作为复杂大系统，不是一蹴而就，也不是一成不变的。随着社会的发展和需求的提高，随着创新的不断涌现，智能电网将不断演进和发展。智能电网可以根据不同的需求分层分级来实现。
参考文献：
[1]王明俊，突出自愈功能的智能电网，动力与电气工程师，2007，2（2）：12-16.
[2]何大愚，应用智能网络技术构建未来自愈型输电网，动力与电气工程师，2008，3（6）：12-16.
[3]徐立子、万启发，现代化电网与国际标准对电子式互感器的要求，电子式互感器 技术研讨会交流文集，中国电力企业联合会成果鉴定办公室，2007，10：54-66.
[4]IEC 61850-5 Communication Network and Systems in Substations. Part 5-13：Message performance requirements. 2003，07.
[5]IEC 61850-9-1 Communication Network and System in Substation-Part 9-1： Specific communication service mapping （SCSM）-Sampled values over serial unidirectional multi-drop point to point link 2003，05.