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智能电网综述智能电网是以双向数字科技创建的电力系统,用来传送电力和数据。通过侦测电力供应端的供应状况和终端用户的电力使用状况来调整家用电器的耗电量,同时达到节约能源,降低电网峰平比,增强电网可靠性的目的。智能电网包括一个智能型电表(SmartMeter)基础建设,用于记录系统所有电能的流动情况,还包括超导传输线以减少电能的传输损耗,还具有集成新能源,如太阳能、风能等的能力。智能电网的最基础建设在于电网上的设备由人工监测升级为遥测、遥控,再升级到自动判断并优化调整控制。智能电网的发展历程要追溯到21世纪初期,美国人坎贝尔通过将楼宇内用电设备互相连接,实现控制,有效降低了电网峰平比,即减少了高峰期用电量,比如,假设有3台空调轮流控温,一台运行维持室内温度,其它两台则停运,这样极大提高了能源的利用效率;2006年欧盟理事会出台能源绿皮书,并强调智能电网技术是将是欧洲电网电能质量的关键技术。同年,IBM公司提出了“智能电网”的解决方案,智能电网定义由此诞生。2007年中国华东电网正式启动了智能电网研究项目,并制订了“三步走”战略,“三步走”战略具体指的是:首先在2010年初步建成电网高级调度中心;其次在2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网;最后在2030年真正建成具有自愈能力的智能电网,此“三步走”战略的制订标志着中国开始进入智能电网领域。2008年美国波尔得成为全美第一个智能电网城市,每家每户安装了智能电表(SmartMeter),用户通过智能电表能实时获取电价等信息,从而有效安排用电器的使用情况,比如将洗衣机等用电需求放在电价低时段。在智能电网中,智能电表建议用户优先使用风电和太阳能等清洁能源。于此同时供电公司监测用户用电情况,确保事故发生能够重新配发用户用电。同年Google与通用电气公司联合对外宣布,为了更好的发展清洁能源,他们将共同开发清洁能源业务,更好地促进美国智能电网的发展。2009年美国白宫宣布在全美铺设部分输电线路,并为部分美国家庭安装智能电表,美国白宫此举大大推进了传统电网的改革,促进了智能电网发展。2009年2月,地中海岛国马其他宣布将与IBM公司合作,并建立能够实现该国电网和供水系统数字化的“智能公用系统”。马其他本国使用的普通电表也将被替换成互动式电表,同时建立一个传感器网络,该网络和其他基础设施一起提供给电力公司数据,并由电力公司监测并发现潜在的问题。居民实现实时监控用电,政府将制定不同的电价来奖励节约用电的用户。同年2月,Google开始测试自己研发的谷歌电表(PowerMeter)的用电监测软件,测试版通过则表示谷歌电表正在成为信息化的公用基础设施。3月,Google向国会进言,要求制定非垄断性标准。2009年2月,中国华北电力公司智能化电网建设的安全防御及全过程发电控制系统正式通过专家验收。该控制系统能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。并集成了能量管理系统、电网动态监测系统、在线稳定分析预警系统,同时支持工作人员进行跨平台操作系统,实时全景监视并获取辅助决策支持。2010年1月,中国国家电网公司制定《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》,明确建设坚强智能电网的基本原则和总体目标。智能电网的特点智能电网的功能和特征界定了它同传统电网的区别,智能电网具有以下几方面特点:(1)可靠自愈:智能电网最重要的特征就是可靠自愈,这个特征要求电网在出现紧急事故的情况下,能够自动检测出故障并分离故障,然后恢复成正常运行状态。(2)灵活互动:智能电网的另一特征就是能够灵活接入分布式能源[16-22]以及与终端用户实时通信。(3)优质高效:智能电网通过采用新的高科技、数字化的设备,带来的是优质高效的服务。(4)信息集成:智能电网是多方面信息系统的结合体,它是信息与业务的结合体,是优化与管理的结合体,也是生产与电力市场的结合体,集各个功能与一体,使电力市场能够有效开展,提高了能源利用的效率。(5)电力协调:智能电网能很好的优化电力分配,提高了电力系统的规划与运行,同时也促进了电力市场的良性竞争。(6)兼容:传统电力网络面向的是集中式发电,通过在电网系统中引入类似于计算机中“即插即用”技术(特别是分布式发电),从而新型电网可以包含有集中式发电、分布式发电在内的多种不同类型发电形式,另外我们也可以采用储能装置[17-18]。(7)安全:智能电网能有效避免类似系统攻击或者外部攻击所造成的无法弥补的危害,一旦电力系统发生中断,也能很快恢复运行。当前智能电网研究的主要问题当前智能电网的研究目的在于实现清洁能源的大规模开发并接入电网,提高清洁能源比重,从而提高能源利用率,解决能源日益紧缺、气候变化、环境污染等人类面临的危机。面对如此之多的现实问题,各国开始高度重视智能电网的建设,我国依据国情也开始了坚强智能电网的建设。目前智能电网研究的主要问题可以总结如下:一、大规模可再生能源发电、储能以及能源入网技术目前,国外对可再生能源发电及清洁能源并网方面的研究取得了一定的成果,很多国家在这些方面的研究都得到了政府的大力支持,均有设立课题。清洁能源的大规模生产能有效解决能源危机、减少二氧化碳的排放。中国也在2010年制定了未来几年、数十年内的发展目标,目标是在2040年之后将可再生能源成为中国重要的替代能源。由于中国能源的地域分布特点,可再生能源的大规模接入智能电网亟需解决,因而需要更加重视可再生能源的理论、技术和人才。二、智能调度与控制保护智能电网是一项复杂的多功能的电网系统,因而对调度与控制提出了更高的要求。大规模可再生能源接入电网后,电网输出的随机性的概率会增大,因此对输出的信息的准确预测增加了难度,因此更新、更高要求的调度系统、控制系统需要被开发利用,需要全面构建信息化、自动化功能支撑体系。智能电网在在大规模可再生能源接入后,其故障电磁暂态特性及其对继电保护影响将成为研究热点,智能电网的发电与传统的发电原理有本质的区别,当可再生能源大规模接入电网以后,出现故障的时候,其电磁暂态特性会与传统电网有很大的差别,传统的故障检测将无法完成工作,因而需要新的检测技术支持。目前国内外对此也开展了广泛的研究。欧美等国家已经开始利用广域信息系统实现大规模电力系统的在线安全评估,并且能够完成智能控制和保护等功能。国内关于这一方面的研究也进行了大量的实践,其中在电网的在线协调防御技术方面的研究已经达到了世界领先水平。由于我国建设的是坚强的智能电网,目前相关的调度与控制方面的研究也得到了国家高度重视,这方面的研究工作也在持续不断的进行。三、智能配电和用电系统智能配用电系统的智能化是发展智能电网的重点之一,因此,虽然各国发展智能电网的发展目标不同,但是智能配用电系统的智能化的发展是每个国家的必经之路。总的来说,分布式能源、电动汽车、以及用户侧的智能储能设施的接入将与传统电网的技术、及发展思路发生巨大的变化,相关的理论和技术需要更加深入的研究。国外方面,特别是美国能源部在2006年启动的电网智能化(GridWise)研究,美国能源部此举表明需求侧管理在智能电网领域的低位大大提升。因此,自2006年后,美国能源部将电网智能化的目标放在了负载需求管理上面。四、智能电网通信与信息基础智能电网的通信技术要求信息与电力双向流动,包括通信技术、计算机技术等的高科技技术。通信系统是智能电网建设的基础部分,必须得到大力建设,而且智能电网通信这一块具有非常大的市场需求和潜力。目前,国内外各类与通信沾边的大小公司都纷纷参与到智能电网通信系统的建设中，起到了推动作用！参考文献[1]陈树勇,宋书芳,李兰欣.智能电网技术综述[2]林宇锋,钟金,吴复立.智能电网技术体系探讨[3]冯兆丽,茅佳佳,温书胜,梁天猛.智能电网实时电价研究综述[3]胡兆光.需求侧管理在中国的应用与实施[4]谢开,刘永奇,朱治中.面向未来的智能电网[5]余贻鑫.面向2l世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究[6]张文亮,刘状志,王明俊,杨旭升.智能电网的研究进展及发展趋势[7]蒋明桓.关于“智能电网”与“智慧能源”情况汇编[8]王明俊.突出自愈功能的智能电网[9]武建东.全面推互动电网革命拉动经济创新转型[10]孙嘉平,张建华,刘文霞等.分布式电源及智能配用技术的现状及发展智能电网需求侧管理智能电网是把最新的信息化、通信、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合,形成一个新型电网,实现电力系统的智能化,且呈现清洁化、低碳化、高效化的特征。近年来智能电网技术在很多国家得到快速发展,并有力促进了电网的智能化。智能电网已成为未来电网的发展趋势。智能电网需求侧管理是对用户用电设备进行实时监测,根据电网负载变化情况和电价政策的引导,实现用户用电设备实时响应。开展需求侧管理有助于缓解电力供需矛盾,提高用户的电能使用效率、促进节能减排,对保障我国经济社会可持续发展意义重大。目前电网供电端与用电端的互动通过双向通信网络来实现,电网的负载平衡、用户的用电效用公平及用电成本是我们关心的问题。因此如何通过有效的电价调整、智能调度、平衡电网负载,进而减小电网峰平比,提高电能利用率,降低用电成本是智能电网研究中的一个重大课题。主要内容和创新点包括如下几个方面:一、传统的电价政策无法真正反应电力供应与需求之间的关系,并且在不同用户需求下容易产生效用不公平问题。因此,本文在用户效用最大化问题的目标函数中引入了用户的拟合效用函数,提出了基于实时电价的负载优化调度模型,以所有用户的拟合效用与电能成本之差最大为目标函数,以所有用户的电能消费总量不大于供电商提供的电能为优化约束项,实现了效用比例公平的实时电价方法。该模型不仅适合于弹性需求用户,同时适合于非弹性需求用户。通过对偶-梯度投影算法,分别推导出供电端和需求端算法,当取得最优解时,可实现所有用户效用比例公平,其对偶变量即拉格朗日乘子恰好是电能在竞争的市场中的供求均衡价格。本文通过Matlab仿真平台来验证所提出的算法,并对算法的性能进行分析,得出相应结论。二、将网络带宽定价模型运用到智能电网基于激励的负载优化调度研究中,在引入供电端提供的激励价格、等待成本函数以及供电端提供额外电能需要的成本函数的基础上,构建了负载优化调度模型,通过优化供电端发布激励价格,实现供电端利润最大化目标。此优化模型鼓励终端用户转移高峰期用电到离峰时间,获得一定报酬,节省耗电成本。对供电商来说,减少了负载高峰出现的几率,起到了消峰填谷的作用。本文还对基于双曲线模型的时间贴现的用户等待成本函数进行估计,用Matlab仿真平台进行仿真分析,得到拟合误差较小的参数。三、位于用电端的分布式能源接入及电池充放电不仅使清洁能源有效利用,减少用户用电成本,而且减小电网峰平比。本文提出了面向分布式发电及电池充放电的负载优化调度模型,在原有基于效用最大化模型的基础上引入分布式发电(光伏板)及电能存储系统,通过优化用电需求、从电网购买的用于充电的电能、电池放电量以及光伏板发电的电能存储率,构建新型的基于用户利益最大化和基于社会福利最大化的数学模模型,采用对偶-梯度投影算法进行求解,用Matlab仿真平台进行仿真分析,得出结论。与原有模型相比,电能供应端不再是单一的电力公司,储能设备也充当了一部分的供电职责,用户通过优化得到参数并与电网进行互动,改变用电方式、降低成本,对电网来说减小了电网峰平比。仿真仿真参数设置主要通过matlab仿真平台来验证本文所提出的算法。首先,根据Matlab中提供的优化工具箱用集中式求解最优化问题,得到全局最优解。然后,使用Matlab根据本文所提出的分布式算法求解最优化问题,并与集中式所求得的全局最优解进行比较,从而对本文所提出的最优化算法的性能进行分析。本文提出的效用比例公平优化方法是与文献[43]提出的基于用户效用最大化的需求比例公平优化方法相比较。网络中有N个用户,每个用户都安装了智能电表,控制电能需求量,所有智能电表盒供电端组成局域网。把整个供电周期分为24个时隙,每个用户在1和2.5之间随机选择购电意愿参数w,且在整个事件周期内固定不变。仿真算例采用20