智能電網技術

智能電網是當前全球電力工業關注的熱點，引領了電網的未來發展方向，涉及從發電到用户的整個能源轉換和輸送鏈。《智能電網技術》在借鑑國內外相關領域研究結果的基礎上，結合正在開展的研究實踐工作，對智能電網的概念、主要領域和關鍵技術、技術標準體系及工程實踐進行了較為系統、全面的介紹。本書主要面向電力系統廣大工程技術人員，也可作為政府部門、科研機構、規劃設計、電力用户、設備供應商、工程技術人員以及高等院校相關專業師生的參考用書。

序

前言

第一章 智能電網概述

第一節 電網的發展及面臨的挑戰

第二節 智能電網的理念和推動力

第三節 智能電網研究與實踐

第四節 智能電網技術體系架構

第五節 堅強智能電網

第六節 智能電網與智能城市

第二章 智能電網基礎技術

第一節 傳感與量測技術

第二節 電力電子技術

第三節 超導技術

第四節 控制仿真決策技術

第五節 信息與通信技術

第三章 大規模新能源發電及併網技術

第一節 大規模新能源發電

第二節 大規模儲能

第三節 大規模新能源集中併網

第四章 智能輸電電網技術

第一節 先進輸電技術

第二節 智能變電站

第三節 智能電網調度技術

第四節 輸電線路狀態監測技術

第五章 智能配電網技術

第一節 智能型配電自動化技術

第二節 配電網風險評估與自愈

第三節 智能配電網停電管理

第四節 智能配電網規劃技術特徵

第五節 分佈式發電與微電網技術

第六節 電動汽車充放電技術

第六章 智能用電技術

第一節 智能用電技術概述

第二節 高級計量體系

第三節 用電信息採集技術

第四節 智能家居及智能用電小區/樓宇

第五節 需求響應

第六節 雙向互動服務門户技術

第七節 技術展望

第七章 堅強智能電網實戰

第一節 特高壓交直流示範工程

第二節 上海世博園智能電網綜合示範工程

第三節 電力用户用電信息採集系統工程

第四節 其他試點工程

第八章 智能電網技術標準體系

第一節 國外智能電網技術標準研究現狀

第二節 國家電網公司智能電網技術標準體系

附錄一 智能電網國際組織與研究機構

附錄二 專業名詞中英文對照表

參考文獻

我國已經建立了系統的特高壓與智能電網技術標準體系，編制相關國際標準19項，特高壓交流電壓已成為國際標準電壓。

國際電工委員會主席克勞斯·武赫雷爾表示，中國的特高壓輸電技術在世界上處於領先水平，這種能夠減少長距離輸電損耗的技術，在世界其他地區也將有廣泛的應用前景。 ^[1] 

智能電網新型配電技術的應用

未來的配電技術必須具有如下特點：網絡快速自愈、抗擾動能力強、提供優質電力、與用户互動等。這些智能電網配電技術都會促進雲計算數據機房的供電系統更加安全可靠。

雲計算數據中心機房中，由於電力需求量大，常涉及到高壓供電。高壓開關大都是機械開關，開斷時間長、分散性大。這種慢過程的機械開斷容易引起操作過電壓，加速設備老化或者直接損害設備。同步開斷，又稱智能開關，是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。採用電子開關取代機械開關，在理論上應用同步開斷技術可完全避免電力系統的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低，由於操作引起設備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。

由於雲計算數據中心的規模，數據中心的用電電流是很大的，短路電流也呈日益增大的趨勢，如果不採取有效的抑制短路電流的措施，一旦發生短路故障，開關及用户設備將是無法承受的。隨着電力電子技術、超導技術等的發展，限制短路電流已成為可能，這就依賴於故障電流限制器（FaultCurrentLimiter,FCL）的研製和開發。國外對超導FCL和電力電子FLC研究較多，這可以在雲計算數據中心中借鑑和應用。

未來“主動配電網”可能採取類似英特網的形式，即分佈式決策和雙向潮流。在遍佈全系統的所有節點上都將有控制設備。主動配電網的功能是將電源和用户需求有效連接起來，允許雙方共同決定如何最好地實時運行。要達到這一要求，控制水平要遠高於配電網的水平。這包括潮流評估、有競爭力的電壓控制和保護技術，以及比配電網擁有更多的傳感器和自動裝置的新型通信控制系統等，實現雲計算數據中心供電系統的主動預警，負載均衡和三相平衡等。

儲能技術已被視為電網運行過程中的重要組成部分。系統中引入儲能環節後，可以有效地實現需求側管理，消除晝夜間峯谷差，平滑負荷，不僅可以更有效地利用電力設備，降低供電成本，也可作為提高系統運行穩定性、調整頻率、補償負荷波動的一種手段。

儲能技術可用於雲計算數據中心的應急供電狀況，以及充分利用當地的峯谷電價差。現有的電能存儲方式主要可分為機械儲能、化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。超導儲能由於超導體電流大，能量密度高，存取快速，可作為理想的電磁能儲藏器，超導材料臨界温度低一直是超導儲能應用的限制因素，直接冷卻超導儲能（HTc-SMES）的研究受到了美日等國的高度重視，但絕大部分超導儲能裝置為低温超導儲能系統。

智能電網新型用電技術的應用

在智能電網的框架下，需要新型用電技術提高電力需求彈性，提升電力需求側管理的智能化水平，幫助電力用户與智能電網進行互動，實現雲計算數據中心更加方便、高效、經濟、環保的管理用電。

未來的數據中心傳感器將更加智能化，功能將逐步融合。風、火、水、電、氣、温度、濕度、煙霧、二氧化碳等都是傳感器的採集對象。傳感器不僅可以分析和提取數據中心環境的特徵數據，而且可以和特定的數據管理分析系統進行信息交互，可以對數據中心的日常數據、整體效能和環境指數提供整體分析和科學評估。

用電監控技術分為兩個層面：用電監測技術和用電控制技術。新型用電監測技術對用户的電力消費信息進行動態的準實時監測，幫助用户瞭解自身的詳細用電信息，以指導用户優化系統的用電行為。新型用電控制技術在信息獲取的基礎上，結合用户的用電需要，對整個數據中心用電系統進行自動控制，實現電能更合理的分配。 ^[2] 

智能電網環境中的物聯網技術應用

目前，物聯網在智能電網中的每個環節都有應用，協助實現了對電網的智能控制和優化配置，提高電力規劃的管理能力。 ^[3] 

第一：發電環節。對常規能源發電的機組的運行情況、設備之間的互動以及各種參數指標實行實時監控，對風力、太陽能發電進行電機組的穩態特性和動態特性進行穩定性分析預測，實現發電環節的自動、穩定和高效。

第二：輸送環節。運用物聯網在每個節點上的監控能力，對整個輸送線路上的導線温度、線路電容、絕緣子污穢以及線路風振進行全程監測，並作出評估和診斷。由於智能電網具有自愈的特性，對發現破壞或者不正常的情況進行自我治癒，對用户實現連續供電。

第三：變電環節。將物聯網應用到智能電網後，可以通過物聯網中的傳感器對重要變電設備進行檢測，並將數據傳送到管理終端，實現對整個變電站的實時檢修，對周圍的安全進行防護，更好地提高變電環節的可靠性和智能化水平。

第四：配電環節。由於我國國土廣闊，所以配電規模和配電設備數量都十分巨大。物聯網可靠傳遞特性恰好可以針對這一情況實現配電網絡中的配電現場作業、配電網絡設備以及運行狀態信息的有效傳遞並進行安全防護，避免大規模人力、物力的投入。

第五：用電環節。物聯網技術與門禁系統、防盜防火系統以及有情境控制的結合，實現了電網與用户的雙向互動。革新電力服務的傳統模式為用户提供更加優質、便捷的服務，提高了人民生活質量。