1、费，智能电网可以靠与负荷互动来削峰填谷和减少热备用。如果测量和通信问题（指令下行仅数十毫秒）得到解决，通过控制达到瞬间平衡，那么迄 今靠 试探 来达到平衡的各种稳定措施都 可以 重新 设计 。 间歇式可再生能源的接入 。新能源主要是指风电和光伏发电，我国的风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高电压等级集中接入为主，分散接入为辅的特点；光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。风能和太阳能丰富的地区往往是我国电力充足的区域，因此风能的大规模开发 需要 电网在全国范围内 的 优化配置。但风电和光伏发电都具有随机性、间歇性，显著增加了电网电压和功率控制的难度。另外，风电机组缺少
2、支撑电力系统安全稳定运行的控制性能，容易导致大范围风电脱网并引 发后续电网稳定问题，解决这一问题需要毫秒级控制。 由此可见，智能电网需要解决传统电网信息系统在信息采集、传输、处理和共享等多方面的瓶颈，而这些问题的解决则依赖于正在逐渐发展的物联网技术。物联网的核心技术涵盖从传感器网络至上层应用系统之间的物理状态感知，信息表示，信息传输和信息处理，在智能电网信息系统体系中的通讯、安全及上层应用等各个方面将起到重要作用输电 变 电 配 电 居民用 电 火 电 水电 调度 工业用 电 传统电网 智能电网 新能源 风光储 电动汽车 能量流 信息流 双向信息流 可再生能源 实时调度 图 1 传统电网和智能
3、电网区别示意图 火电 工 业用电 居民用电 配电 变电 水电 输电 智能调度 ?期 作者名等：论文题目 3 3：传感器网络技术可用于智能电表等电网终端通讯设备的数据采集和信息 获取 4；实时和安全通信技术 5可用于电网运行参数的传输，实现电网运维数据和发电负荷数据的实时传递；数据存储和信息表示技术 6可用于电网海量数据的存储、管理、查询和组织；数据分布式处理和任务调度技术 5可用于电力系统安全稳定性分析，新能源接入后的能量流实时调配。物联网技术的发展使得电力系统从一个相对封闭自给的控制系统融入计算机数字环境中，在提高电网稳定性的同时，使得风能、电能等新能源技术方便的融入智能电网的信息系统，统一
4、的进行规划与调度。 借鉴物联网信息技术构架，本文从信息技术的角度提出智能电网的体系结构。第 2 节总结了智能电网定义；第 3 节介绍智能电网国内外发展现状、主要技术难点和挑战并提出了智能电网信息系统体系结构；第 4-6 节分别详细介绍了智能电网 信息系统的基础设施、支撑平台和应用系统。第 7 节进行总结并对智能电网未来研究方向做展望。 2 智能电网定义 智能电网，通常指将现代信息系统融入传统能源网络构成的新电网系统。从而使电网具有更好的可控性和可观性，解决传统电力系统能源利用率低、互动性差、安全稳定分析困难等问题；同时基于能量流的实时调控，便于分布式新能源发电、分布式储能系统的接入和使用。 智
5、能电网的第一个显著特点是可观性强。即借助信息网络技术，实 时监控电力系统各节点的信息。例如 IBM 定义智能电网 3 个层次的第一层次就是 实现对电网运行状态、资产设备状 态和客户用电信息的实时、全面和详细监视，消除监测盲点 ，清华大学上世纪 80 年代便提出 CCCP（通信、计算机和控制技术在电力系统中的应用）概念，认为智能电网是传统电力系统网和电力信息网的两网融合及相互作用。同样的定义还包括 7。 智能电网的另一个特点是发电用电双方动态交互。即利用实时获取的电网发电信息和用户信息进行优化调度。从终端用户的角度来讲，智能电网的目标在于统筹调度所有的电力资源，以更加便宜的方式提供给终端用 户更
6、加稳定的电力 8。例如杜克能源公司（ Duke Energy）提出在智能电网环境下，终端用户可以实时观测到自己的电力消耗情况并以此调整自己的用电习惯降低成本，而同时电力公司可以根据用户的需求调配电力资源的供应并通过价格手段引导用户的需求，使得总的能源消耗最低。欧洲智能电网战略发展规划 9提出智能电网应将所有接入电网的用户，发 电机，以及双向设备连接整合在一起，通过智能监控、通信和自愈技术 加强对 发电侧的 控制 ，提供给用户更多信息和用电 优化 方案，减少电力系统对环境的影响，提高供电的可靠性和安全性。 智能电网的第三个特点是可靠性高。即可以从系统震荡中自动恢复，对于系统失稳趋势提前报警及调整
7、。 例如 美国能源部定义智能电网应具有系统震荡自恢复、鲁棒性高、安全稳定等特征 10。 而IBM定义的智能电网 3 个层次的第三层次就是在信息集成的基础上进行高级分析，实 现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率的目标。 综合上述观点，我们给出智能电网的定义如下： 智能电网是在传统电网的基础上构建起来的集传感、通信、计算、决策与控制为一体的综合数物复合系统，通过获取电网节点各层资源和设备的运行状态，进行分层次的控制管理和电力调配，实现能量流、信息流和业务流的高度一体化，提高电力系统的运行稳定性，以达到最大限度地提高设备效利用率，提高安全可靠性，节能减排，提高用户的供电质量，提高可再生能源的利用效
8、率。 智能电网最终目标是降低能源消耗成本，改善居民用电质量，降低电力运行成本，从而促进国 民经济发展。 3 智能电网 发展 现状及挑战 3.1 智能电网国内外 发展 现状 美国电力研究院（ EPRI）和国防部（ DoD）于2001年启动了 CIN/SI项目 11，提出开发 一个 建模、仿真、分析及综合工具 用于 为建立 高鲁棒性，高适应性，控制可重构 的网络化电力系统及基础设施 ， 2001 年 6 月的 Wired对其进行了介绍，这是较早提及构建智能能源网络设想的文献。在此之后，美国电力研究院启动了 IntelliGrid 项目并于 2004 年发布了 IntelliGrid1体系架构 12
9、， GE、思科、朗讯等多家公司参与到该项目的研发中。该项目旨在集成电力系统中能源系统和控制信息系统，从电力信息系统和服务模型两个角度对如何构建智能电网 http:/www.epri- 4 计 算 机 学 报 20?年 给出实施步骤和技术引导。 2003 年美国能源部发布了电网 2030 蓝图 13 并于 同年 牵 头成 立 了GridWise2联盟，该联盟旨在推动 传统电力系统和信息技术的结合，构建新型智能电网。目前成员包括IBM、斯科、西门子、 GE、微软、三星等全世界140 余家涉及能源和信息领域的企业。 2008 年 3 月，美国 Xcel 能源公司宣布在科罗拉多州 Boulder 建立
10、智能电网城市试点 14，目前 已安装 23000 台智能监控设备 3，为用户提供更加便利稳定的电力供应并帮助用户节约用电成本。 2011 年 5 月，美国在夏威夷毛伊岛（ maui）建立了一个新的智能电网试点。总体来看，美国的 智能电网技术发展侧重通信技术 、 控制技术与电力系统的融合，同时强调终端用户和电网系统的交互。美国能源部 2009 年智能电网报告指出构建智能电网系统应从输电系统、分布式能源、配电系统、信息网络、管理和金融环境六个方面开展 10。 欧洲智能电网的构建计划缘起于 2004 年，在第一届国际可再生能源和分布式能源一体化会议上，产业相关人士和研究界提出了建立欧洲未来电力网络技
11、术平台的设想。 2005 年在欧盟委员会的支持下欧洲成立了智能电 网欧洲技术平台，为 2020年及之后的欧洲电力网络发展提供规划。该组织于2006 年发布了欧洲智能电网的设计蓝图 15，提出了智能电网必须包含灵活性、可接入性、可靠性与经济性四个目标，其中可接入性部分特别提到可再生能源和高效低碳产能的接入。 2008 年底该组织发布了欧洲智能电网战略发展规划并于 2010 年 4 月发布了最终版本 9，将欧洲 智能电网的发展按优先级划分为六个等级， 涵盖电网优化、分布式能源、信息同学技术到市场 运营 等方面。 所有六个等级的目标将在 2020 年前后完成，其中完成第一阶段目标（优化电网运营和使用）在 2008-2012 年进行，解决分布式环境下电网的运营、安全和以市场为导向的能量流控制问题。日本于 2009 年 4 月公布了日本发展战略与经济增长计划 ，其中包括了太阳能发电并网、未来日本智能电网实证试验、电动汽车快速充电装置等与智能电网密切相关的内容。日本电气事业联合会在 2009 年 7 月表示，将全面开发 日本版智能电网 。韩国在 2008 年发布了 绿色能源工业策略 ，推出了 韩国版智能电网 设想。 http:
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