各国智能电网

各国智能电网

未来欧洲电网发展与电网技术关键提醒：国际电网发

展2种趋势，欧洲未来电网与电网技术，与未来电网对应新能

源和可再生能源政策

电力工业是国民经济基础产业，为经济发展和社会进步

提供了主要保障。电力工业可连续发展是世界各国关注重点

问题之一。而安全、经济和环境保护成为现在电力工业可连

续发展三大要素，与电网发展、电力市场亲密相关。

近年来国际上正在重新塑造电力工业，使之在可连续发

展能源工业中发挥愈加主要作用。欧洲是国际电力工业发展

一个经典，在电网技术、未来能源发展、电网结构形式等方

面具备独特经验。本文简述了国际电网发展2种趋势，针对

欧洲未来电网发展方向以及相关电网技术进行了分析，指出

了欧洲发展新能源发电所面临挑战及其对中国启示。

1国际电网发展2种趋势

现在，国际上电网发展可概括为两大趋势：一是统一或

联合特高压电网；另一个是分布发电与交互式供电分散智能

电网。

中国是统一或联合特高压电网发展趋势主要代表。在中

国，伴随电力工业高速发展，资源分布、经济发展不均衡，

需要提升电网输送能力，发展远距离大容量输电，加强统一

或协调规划建设，形成统一调度运行统一或联合特高压电

网。中国政治体系、经济环境、管理体制等也使得电网朝这

个方向推进具备一定优势。现在正开始研究未来大电网技

术，在各方面基本上具备建设全国统一电网能力。

在欧洲I,其电力发展模式是向分布式发电、交互式供电

分散智能电网过渡，愈加强调对环境保护和可再生能源发电

发展，这是引领国际电网发展另一大趋势。现在这些国家和

地域电网是联合，但因为交互式供电、柔性交流输电技术发

展，电网发展方向在发生改变。能源政策对电网发展方向具

备重大影响。欧洲很重视环境保护和可再生能源发电发展，

在这种能源政策引导下，大力发展可再生能源发电；欧盟理

事会能源政策中心目标是发展风能、水电、太阳能和生物质

能等可再生能源。在欧洲，天然气作为发电用能源，发电装

机增量或存量调整主要依赖新能源或可再生能源，电力需求

趋于饱和，所以，能源发展终期目标是分布式发电，而不是

强调电网规模扩大。现在欧洲电网发展方式正处于一个转折

点上。

2欧洲未来电网与电网技术

前几年，英国高校和政府机构专门对英国电网机构做了

一系列调查，调查题目是《英国未来电网和未来英国电网》,

主要内容是：按现在发展情况，英国现有电网经过后，其作

用和现在能否一样？后电网将是什么形式？为此，他们做了

2个假设分析。一是“从零开始”：假设英国还没有形成整个

电网，电网需从零开始建，同时基于现有电力需求，在有一

次能源地方建厂，经过与法国联网等方式进口所需能源，并

配套建设电源支撑点。在这种情况下，电网现阶段是什么形

式？5年后将是什么形式？后又将会是什么形式？二是以英

国现有电网为骨干网架，电能从北往南送，或后电网输电能

力和电网整个框架将是什么样？这么电网发展有没有未

来？假如现在电网形式没有未来，未来电网应是什么形式？

这是个庞大而复杂问题，是英国国家电网企业面临最大挑

战。

2.1欧洲未来电网

与英国电网情况相类似，欧洲电网也面临着一样问题。

与电网大容量和超高压发展方向相反，欧洲关注更多是智能

电网技术。对其而言，未来电网必须建立在电网信息化管理

系统之上，尤其是低压供电电网信息化控制、流量平衡控制、

网内分布式能源智能管理与控制系统、智能保护系统等。其

电网发展目标是可靠、高效和灵活。欧洲当前和未来电网模

式示意如图lo

从图1能够看出，现在电网是传统形式，大型集中发电

厂发出电能，经过输、配电网，送到终端用户。而未来电网

发展依靠自然、分散电源点，电厂自主发电或进行高度集中

网络管理。

在欧洲未来电网中，有大发电厂，同时还有大量分散、

太阳能或家庭用冷热电联产(CHP)装置。在英国，很多家庭

都有自己小锅炉，能够自己发电。在这么电力系统里，输电

和配电概念逐步含糊了。在这种电网结构下，促进了2个很

主要电网技术——储能和电能质量控制技术发展，电网功效

是怎样去管理、调度及控制电能。有些技术在大电网技术中

也会用到。所以，欧洲未来供电结构是分布式发电和交互式

供电。

在英国电网中，经典电能流向主要是从北向南，在低压

用户端（电压等级400V）大多有CHP和家庭使用太阳能等。

原来输电网还部分存在，但新建最多就是交互式供电，如交

互式家庭式供电可将家用剩下电能反送到电网中，这些做法

在英国电力法中已明确要求。英国移动通信企业正在推广其

开发一项技术一一智能分散能量控制系统，利用手机来控制

家庭微型冷热电联产机组启停。家庭组员能够在回家之前开

启家庭热电联产机组，也可依照市场价格决定是否发电，这

意味着可能会有很多小型、家庭式机组向电网供电。所以，

电网企业面临着技术上改进和创新（如需要双向保护等），这

种交互式供电对电网稳定控制、调度造成很大困难。这不但

给电网技术、体系、市场、管理等方面带来很大影响，而且

对传统供电、发电、输电、配电一样也造成不一样程度影响。

现在，英国政府激励每个家庭都拥有小型发电设备，如在家

中安装CHP,其能源利用率可能会比大型发电厂还高，家庭

式CHP现在还没有对电网造成大影响。

未来电网发展形式与世界各国所关心二十一世纪最主

要议题即可连续、环境保护发展和新能源与可再生能源关

于。

2.2欧洲电网技术

欧洲电网技术发展趋势主要是面向可再生能源系统和

未来电力系统，并提出了近期、中期及长久研究计划，其中

主要研究重点放在能量储存和电能质量确保方面。

2.2.1储能技术

在可再生能源发展中，作为电网技术关键储能技术，是

处理可再生能源间歇性供电问题最有效方法。在中长久发展

阶段，大量不一样形式嵌入式发电方式引入，尤其是大规模

间歇性可再生能源应用，整个系统运行安全性与稳定性取决

于这些联合分布式发电系统，供需平衡将是需要处理主要问

题。储能技术主要包含：抽水蓄能、压缩空气蓄能(CAES)、

燃料电池、飞轮储能、超导磁储能(SMES)、超级电容器储能

(比普通电容器高20—1000倍)、热储能等。

如在英国科学基金和国家项目中，关于英国电网大部分

支撑技术都是储能技术。欧共体一样关注储能技术发展，它

是处理可再生能源有效利用问题关键。储能技术，尤其是将

分布式储能技术应用到一些变电站，建造低成本、高密度、

分散式储能装置，对确保电网稳定性、可靠性有很大好处，

对发展大电网技术也很有利。在国外能源电力方面，这些储

能技术能够支持不一样能源开发和利用。

2.2.2智能电网技术

欧盟理事会在绿皮书(CteenPaper)“欧洲可连续、竞争

和安全电能策略(AEuropeanStrategyforSustainable,

CompetitiveandSecureEnergy)”强调欧洲已经进入一个新能

源时代。欧洲能源政策最主要目标必须是供电可连续性、竞

争性和安全性，从而需要经过制订一系列政策来实现。欧洲

电力市场和电网必须面对这些新挑战。未来整个欧洲电网必

须向全部用户提供高度可靠、经济有效电能，充分开发利用

大型集中发电机和小型分布电源。智能电网技术是确保欧盟

电网电能质量一个关键技术和发展方向。

智能电网是为满足欧洲未来供电网需要而进行大胆尝

试，其特征：一是柔性(Flexible),满足用户需要；二是易接

入(Accessible),确保全部用户连接通畅，尤其对于可再生能

源和高效、零或低C02排放当地发电；三是可靠(Reliable),

保障和提升供电安全性和质量；四是经济(Economic),经过

改革及竞争调整实现最有效能源管理。智能电网结构示意如

图2。

智能电网研究主要包括以下几个方面：一是智能配电结

构；二是智能运行，电能和用户适应性；二是智能电网管理;

四是智能电网欧洲互用性；五是智能电网断面时尚问题。

实现智能电网正常运行所需技术：一是现有配电网技

术：二是新型网络技术，以提升电能传输能力和降低损耗，

如气体绝缘输电线路(GIL),超导性、高运行温度、柔性交流

输电(FACT)技术等；三是广域通信，保障网络自动化、在线

服务、有功运行、需求响应和需求侧管理(DSM)；四是电力

电子技术，改进供电质量；五是静态储能装置。

实现智能电网运行特征需要采取新技术，新电网技术可

增加电能传输量和降低能量损耗，提升供电效率，而电力电

子技术则可改进供电质量。先进仿真工具促进创新技术应

用。通信、测量和商业系统发展在不一样程度上为系统打开

新通道。

3与未来电网对应新能源和可再生能源政策

3.1欧盟新能源和可再生能源发电情况及相关法规指

令

新能源与可再生能源，尤其是风能、水电、太阳能和生

物质能发展，是欧盟理事会能源政策中心目标。欧盟于1997

年发表了《能源未来：可再生能源》白皮书，发表了《朝着

欧盟能源供给安全战略》绿皮书，并采取了一些政策激励各

国更多使用可再生能源电力。春季欧盟理事会上各组员国经

过了到实现可再生能源利用占总能源20%,而且生物燃料能

源利用占10%发展目标，确定可再生能源成为欧洲未来能源

供给支柱。1月23日欧盟理事会颁布了可再生能源框架指令

(RenewableEnergyFrameworkDirective)o11月22日，欧盟

理事会提交欧洲能源技术战略规划(theEuropeanStrate

SicEnergyTechnologyPlan,SET-Plan)0规划中提出，欧盟实

现和2050年战略目标，需要从4个方面着手：一是在能源

工业领域制订新方法，加大财力和人力投入，提升能源利用

研究和技术创新能力；二是建立欧盟能源科研联盟，加强大

学、研究院所和专业机构间科研合作；三是改造和完善欧盟

能源基地设施，建立新欧盟能源技术数据系统；四是建立由

欧盟理事会和各组员国参加欧盟战略能源技术小组，以协调

欧盟与组员国间政策和计划。

欧盟各国可再生能源发电百分比将从1997年13.9%增

力口至I」22.1%,且欧盟15个组员国(EU15)(这里指前欧盟15个

组员国，因为新加入组员国可再生能源利用和潜力情况在参

考文件中未统计)可再生能源工业目标是：至可再生能源发电

量将达成总发电量33%。在一系列能源政策引导下，欧洲以

分布式发电为发展方向。与此相适应，研究重点也集中在动

力与能源转换设备、资源深度利用技术、智能控制与群控优

化技术和综合系统优化技术上。其中与电网相关研究主要是

分布式发电系统电网接入研究，以处理分布式发电与现有电

网设施兼容、整合和安全运行等问题。

在文件中制订欧盟可再生能源发展目标，指出欧盟15

个组员国(EU15)从1995年到可再生能源发电情况以及欧盟

总可再生能源发电情况，如表1、2所表示。

3.2发展新能源与可再生能源发电需要研究及处理问

题

(1)燃料方面：发展生物燃料，侧重生物燃料生产可连续

性及与其余化石燃料竞争力；完成国际热核聚变试验堆

(ITER)聚变装置建造。

(2)发电方面：一是最大风轮机发电装机容量倍增研发

(主要应用于近海风场)；二是大规模光伏技术和太阳能集热

发电技术商业化实现；三是各种分布式发电设备制造技术；

四是变速恒频风力发电系统商业化开发。

(3)电力电子技术：一是逆变器设计及其控制和运行(风

电、光伏、微型燃气轮机)；二是并网技术；三是太阳能充电

控制技术；四是燃料电池功率调整系统；五是谐波抑制和能

量管理。

(4)控制与运行：一是风电、太阳能转换最大化(风速、

太阳光跟踪控制)；二是形成欧洲智能电网，尽可能使分布式

能源电力并人电网；三是供电质量及其控制问题；四是含新

能源发电配电网设计和运行；五是不一样新能源发电系统联

合运行；六是系统保护方案等。

(5)储能技术：探索新储能技术及在成本方面实现突破。

(6)对电网影响：一是对电力市场影响；二是新能源项目

标经济性分析；三是独立电力系统(微电网)稳定性分析；四

是新能源发电并网对提升发电系统稳定性、可靠性分析；五

是含新能源发电电力系统可靠性分析及评价等。

(7)能效研究方面：能效研究方面实现突破，如材料、纳

米科学、信息与通讯技术、生物科学等。

4结语

欧盟新能源与可再生能源发电发展主要经验：明确和适

时修订发展目标、制订和完善相关政策、进行资源普查和电

网规划、检测认证产品和设备装备质量、标准化和系列化以

降低单位成本等，这些经验和做法值得我们借鉴。

我国和欧洲在电网发展上是2个比较极端取向：一个是

大电网，一个是分散智能式电网。即使新能源发电带来挑战

不相同，但在新能源发电对电力市场影响、电力市场设计、

经济分析等方面，我国和欧洲会碰到一样问题。我国在新能

源与可再生能源发电方面已制订了相关近中期和长久发展

目标，提出了一系列促进发展政策方法，并依照发展需要适

时调整和完善关于政策方法。打印此文|关闭窗口上一篇：

国家电网预计用电量增加逾8%

下一篇：宏观形势对发电企业影响及对策

美国建设第一座“智能电网城市”

埃克西尔能源企业智能电网城市概念，完全依赖于信息技术

丰富动力系统，高速实时双向通信，遍布整个电网促使快速

诊疗和纠正传感器，峰值效率决议数据和支持，分布式发电,

自动化“智能变电站”，居家能源控制装置及自动化家庭能

源使用。

下一代电网，将由数字技术提供支持，为整个网络发电

商、分销商以及消费者提供更多控制，以确保其提升效率，

并降低运行成本。，在全方面努力下，埃克西尔能源企业（Xcel

Energy）开始引进智能电网技术，这将使科罗拉多州（Colo）

博尔德市（Boulder）成为第一座智能电网城市。

正如互联网改变了我们交流方式那样，“智能电网”也

将改变我们输电方式。互联网成功在很大程度上得益于本身

联网能力，而智能电网将以类似方式，利用宽带能力和高速

计算彻底改变最终用户输电和配电。

即使这个概念已经存在了最少，但对于智能电网组成，

人们并没有这成共识。然而，一直以来努力未来自理论思想

付诸于实践政府、工业、技术以及政治团体都一致同意，智

能电网将采取数字技术促使全部系统元件实现整体实时控

制，从发电到最终用户。

未来电网特征

业内观察人士认为，美国电网运行基本方式在过去1里

并没有太多改变。然而现在，因为美国部分地域电力放松管

制和市场定价，公用事业正在寻找一个使电力消耗与发电相

匹配方法。许多业内人士关于全网络连接电网愿景是：该电

网能够识别电网方方面面，并就其状态及自动化决议系统消

耗决议进行交流。

依照埃克西尔能源企业发电分析师近期编写白皮书，智

能电网通常定义是：在最低程度人工干预下，利用各种燃料

起源(比如煤炭、太阳能、风能)，将其转换成电力，供消

费者最终使用(热、光及温水)智能化自动平衡自我监测电

网。他们断言，这将是一个使可再生能源得以优化利用，并

使环境得以最大程度保护处理方案。智能电网能够觉察系统

组成部分所出现过载现象，并能变更电流旅程，以降低过载,

预防潜在停电。另外，智能电网促使消费者和公用事业之间

进行实时交流，从而允许公用事业基于人类环境和/或价格参

考对消费者能源使用进行优化。

博尔德市近期改建第29街购物中心，其娱乐设备企业

(RED户外店赢得了美国绿色建筑委员会(U.S.Green

BuildingCouncil)首批颁布能源与环境设计领导标准

(LEED)零售资质证书。

在过去左右，几个公用事业已进行了包括一个或一个以

上智能电网技术试验计划。大多数常见计划是以先进计量设

备促进意在消减需求高峰分时电价定价方案，但埃克西尔能

源企业计划似乎最能包罗一切。

由埃克西尔能源企业为未来测试所建立电网智能化技

术实例以下:

神经网络：该项目创造了有利于降低锅炉结渣和积灰最

新系统。锅炉传感器直接接入工厂分布式控制系统，神经网

络经过采取历史数据来“学习”锅炉运行方式，模仿结渣和

积灰。

智能变电站：该项目采取前沿技术改造现有变电站，方

便远程监测临界和非临界运行数据。该项目开发了一个分析

机器，方便处理实时决议和自动化运行大量数据。项目团体

将监测断路器、变压器、电池、变电站环境原因，如环境温

度和可变风速。

智能分布资产：该项目能够自动向埃克西尔能源企业发

出停电通知，并帮助公用事业更加快速地恢复服务，并对现

有仪表通信设备进行测试。

智能停电管理：该项目对采取g个原因（包含设备维护

和实时天气）统计数据诊疗软件进行测试，方便预测电力分

布系统存在问题，并建立一个停电原因模型。变电站馈电线

分析系统，能探测和预测受监控变电站电缆和装置故障。

消费者网站入口：该项目允许消费者依照小时能源成本

和环境原因，为特定装置（如空调或洗碗机）或计划预设能

源用量，并自动控制电力消耗。

风能储存：该项目对美国明尼苏达州西南部MinnWind

风场风力涡轮机1MW电池储能系统进行测试。该储能系统

意在储存风能，并在必要时候将储存风能返回至电网。该项

目将示范增加风能可用性，降低长久排放，帮助降低风变率,

并允许埃克西尔能源企业满足可再生能源配额制要求。

12月，埃克西尔能源企业建立了智能电网联盟，将领先

技术人员、工程企业、商业领导者，以及信息技术教授召集

到一起。联盟组员包含埃森哲企业(Accenture)、卡伦特集

团(CurrentGroup)、施瓦茨工程试验室(Schweitzer

EngineeringLaboratories)以及Ventyx企业。

智能屋。即使很多工业用户经过参加分时电价定价和志

愿降载计划，已对其能源预算进行了管理，但智能电网能够

为住宅用户提供类似甚至更强大能源使用控制。

埃森哲企业将为最好商业/消费者外展实践和整体信息

技术集成咨询提供指导。卡伦特集团将为连接全部智能网络

组件提供通信网络(电力线宽带)，并允许它们相互“对话”

(相互联络)。施瓦茨工程试验室将为智能变电站提供变电

站技术和基础设施，如监测器、继电器、传感器和开关。Ventyx

企业将在需要时候，识别适宜工具并发送正确人员至适当位

置，为布署智能电网提供工作管理处理方案。另外，Ventyx

企业还将为实时连接客户、贸易及投资决议价格，以及负荷

预测提供规划和分析理论。

博尔德市引领时尚

为给智能电网建立一个形象工程，埃克西尔能源企业选

择科罗拉多州博尔德市作为美国第一座“智能电网城市”。

接下来几年里，规划系统将为客户提供意在提升环境、金融

和运行利益技术组合。在资金方面，埃克西尔能源企业预计

仅资助项目标一部分，并计划调动其余起源，包含政府补助

金O

博尔德市居民一直被视为进步思想和新兴技术，尤其是

与环境相关技术早期采取者。所以，他们果断支持确保有效

资源使用和提升客户控制当代化电网资源这一构想，就显得

不足为奇了。

“我们意识到这是一项庞大任务，这就是为何我们采取

协作方式来完成这项任务原因。智能电网城市只有在全部利

益相关者和联盟搭档帮助下才能实现J埃克西尔能源企业

信息技术运行和策略总经理迈克・兰姆(MichaelLamb)说。

除了地理集中、规模理想以及使用全部电网组件外，博

尔德市被选为第一座智能电网城市还因为它是科罗拉多大

学和一些联邦机构所在地，包含为联邦政府智能电网做出努

力美国国家标准与技术研究院。

智能电网城市以大量基础设施升级和为客户提供方案

为特色，其中包含：

创建一个（经过电力线宽带）为整个配电网提供实时高

速双向通信通信网络。

将变电站转换成能够远程监控、准实时数据采集和通

信，以及优化性能“智能”变电站。

应客户邀请，安装可编程居家控制装置和全方面自动化

居家能源使用所必需系统。

整合基础设施，以支持易于调度分布式发电技术（如采

取汽车电网技术即插即用型混合电力汽车、电池系统、风力

涡轮机及太阳能电池板）。

智能电网城市第一阶段于8月到位，整个城市实施将连

续整个。联盟预计于开始初始评定。在初始执行和评定后，

埃克西尔能源企业将利用与州、联邦以及监管官员进行企业

8个州立服务领域更大布署。

“我们还没有完全了解我们执行智能电网系统时，将要

面临技术和经济挑战。”兰姆说，“这就是实施智能电网城市

如此主要原因。博尔德市将成为美国第一座全集成智能电网

城市，并将充当全部这些技术试验平台J

需求响应技术起到了关键作用

儿年前，美国能源部（DOE）发起了一项名为电网智能

化(GridWise)倡议，该倡议促进了信息技术将深远改变电

网规划和运行愿景。电网智能化构想了一个充满信息和市场

机遇从发电到客户电器设备协作网络。

美国能源部西北太平洋国家试验室(PNNL)主要致力

于开发新技术，以提升电网可靠和可承受能力，以及使用清

洁能源能力。西北太平洋国家试验室电网智能化项目经理罗

伯特・普拉特(RobertPratt)说，西北太平洋国家试验室正在

帮助建立电网智能化联盟，即把需求响应概念付诸于实践智

能电网行业领导者和创新者集合。

另外，西北太平洋国家试验室正在进行实地示范，如近

期完成高级需求响应网络太平洋西北电网智能化试验台示

范。本年示范项目，经过英维思控制器(InvensysControls)

家庭网关设备连接到IBM软件新型高级仪表和可编程恒温

器上，将112个家庭与实时电力价格信息联络起来。最终止

果表明，参加者节约了约10%能源费用，而且需求响应良好。

这种示范项目突出了需求响应技术好处，包含经过使电

网具备更强灵活性和适应性方式，降低峰值需求和提升可靠

性。这些项目显示了利益怎样派生，即使降至分布系统水平。

额外利益包含提供调频处理方案服务能力，从而使电网取得

风电资源变得愈加轻易，进而提升风电穿透。

“注意，经过为客户提供响应实时(5min)价格简单

自动化控制，西北太平洋国家试验室领导示范项目给客户提

供了关于他们参加信息。其中，该实时价值反应了电网响应

价值，并确实分享了作为奖励经济价值罗伯特・普拉特说,

“我们以为，这对于取得公众广泛接收智能电网技术作为日

常生活自然组成部分来说，将是至关主要J

西北太平洋国家试验室还研发了使用小型家用电器，如干衣

机和电冰箱方法，以帮助保持电网可靠性。这是经过添加自

律感应电网频率或电压干扰，将负荷降低到Imin或2min,

以“帮助处理难题”简单控制器来完成。

据罗伯特・普拉特所说，西北太平洋国家试验室已经在一

项实地示范项目中证实，这种简单装置是可靠，而且在操作

中无需客户注意。启用这种能力不需要交流，其内置于工厂

电器成本足够低廉。假如这么启用了足够电器，其结果会是

巨大，安全网将帮助我们保持电网可靠性。

智能计量是启用需求响应技术关键，智能计量提供了所

需硬件。罗伯特・普拉特说，“直到你能为客户或分布式资源

提供奖励，以协调电网需要，而且直到你能够测量与良好时

间处理方案合作程度。”

另外，西北太平洋国家试验室正在研发电网试验室-D

(GridLAB-D),即从全部个人电器操作到变电站运行智能

电网开放源时间序列模拟，作为设计技术和控制策略及确定

其利益平台。

“我们希望电网试验室-D成为致力于实现智能电网研究

者和技术开发者深入技术合作基础J罗伯特・普拉特说，“我

们还在考虑这些相同智能电网概念，怎样被应用于大量即插

即用型混合电力汽车充电管理，而无需增加新发电或输配电

容量」

依然存在挑战

显然，智能电网实施将迫