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第33卷第20期电网技术Vol.33No.202009年12月PowerSystemTechnologyDec.2009文章编号：1000-3673（2009）20-0013-08中图分类号：TM7文献标志码：A学科代码：470·4051中国式智能电网的构成和发展规划研究杨德昌1，李勇2，C.Rehtanz1，刘泽洪3，罗隆福2（1．电力系统与电力经济研究所，TU-Dortmund，Germany44227；2．湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市410082；3．国家电网公司建设部，北京市西城区100031）StudyontheStructureandtheDevelopmentPlanningofSmartGridinChinaYANGDe-chang1，LIYong2，C.Rehtanz1，LIUZe-hong3，LUOLong-fu2（1．InstituteforPowerSystemsandPowerEconomics，TUDortmund，Germany44227；2．CollegeofElectricalandInformationEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，HunanProvince，China；3．ConstructionMinistryofStateGridCorporationofChina，XichengDistrict，Beijing100031，China）ABSTRACT:Theresearchonthesmartgridisverysignificantinenergyconservationandeconomicaloperationofpowersystems.Inthispaper,thecurrentsituationofpowersysteminChinaandthedefinitionofsmartgridarepresentedinbrief.Then,theeffectsoftheinfluencesofsmartgridontheconstituentsofpowergridsinChina,includingpowergeneration,transmissionandutilization,loadcomposition,constructionofsubstationsanddispatchingsystemandsoon,areanalyzedindetail.Onthisbasis,thefundamentalconditions,developmentthinkingandrequirementsfortheselectionofexperimentalcitiesarepointedout.Finally,thepreliminarymedium-termandperspectivestructuraldiagramsforChinesestyleofsmartgridsaregiven.KEYWORDS:smartgrid；ultrahighvoltagegrid；upgradeofdistributionnetwork；intelligentdispatching；newenergygeneration摘要：智能电网对现代电力系统的经济优化运行和降损节能具有重要的意义。文章简要介绍了我国电力系统的发展现状和智能电网的定义，详细分析了智能电网对我国发电、输电、配电、用电、负荷构成、变电站建设以及调度系统等环节的影响。在此基础上，指出了我国建设智能电网的基本条件、发展思路以及试点城市的选择要求。昀后，初步提出了中国式智能电网的中期和远景结构简图。关键词：智能电网；特高压电网；配电网升级；智能调度；新能源发电0引言电力工业是涉及到国计民生的基础性产业，是经济和社会发展的重要保障。目前，世界电力行业面临着两大转变：1）大机组集中发电模式向集中和分布式发电相结合的模式转变；2）由供方主导的电网模式向用户和供方共同参与的互动电网模式转变。这两大转变决定了未来电力系统发展的2个方向：1）支持新能源接入的统一联合的特高压输电与分布式电源相结合的智能电网；2）分布发电与交互式供电相结合的智能电网。由此可见，智能电网将是未来电力工业的核心内容。智能电网不仅是现代电网的结构升级，更是全球电力行业的深刻性变革。各个国家都根据自身的实际，制定了适应本国的智能电网发展规划[1]，不同电力企业对智能电网的各个方面也进行了相关研究[2-4]。由于我国能源和负荷分布的特殊性，为了适应我国能源发展的战略需求，我国的智能电网建设必须结合特高压电网和电力体制改革来进行[5-6]。在宏观政策方面，电力行业需要满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求；在市场化改革层面，电能交易手段与定价方式正在改变，市场供需双方的互动将越来越频繁，电网必须能够灵活地支持多类型电能交易[6]。本文将简要分析我国电力系统的现状和智能电网的定义，研究智能电网对我国现行电力系统各环节的影响，指出我国发展智能电网的基础条件和面临的挑战，并给出相应的切实可行的建议，昀后初步提出中国式智能电网的中期和远景结构简图。1中国电力系统现状简析进入21世纪以来，我国电力建设事业快速发展，装机容量和发电量持续增长，电源结构调整和技术14杨德昌等：中国式智能电网的构成和发展规划研究Vol.33No.20升级取得了一定成就；电网规模不断扩大，输变电容量和电压等级不断提高，网络架构不断加强，已经初步实现了全国联网；同时，新能源发电技术也取得了很大进步，城乡电网改造成绩显著，电力市场的改革初见成效。但仍然存在以下问题：1）尽管发电能力有很大提高，但还是以传统意义的火电为主，电源结构亟待调整和优化。这主要表现在：电源的快速调节能力不足，电网的调峰平谷矛盾突出，各种新型清洁能源接入电网的技术还不完善成熟。2）特高压电网建设仍处于起步阶段，特高压线路的规划、设计、建设、运行与控制等方面的技术还没有形成一个标准的体系。区域电网之间的同步性还没有完全实现，大电网的动态监测、评估诊断与辅助决策的技术手段不够完善，柔性交流输电技术有待进一步应用。这使得电网的控制手段灵活性有限，输电网的应灾能力和供电恢复能力较弱。3）配电网的网架结构相对薄弱。这主要表现在：部分城市的配电网供电能力不足，配网自动化覆盖率低，电力通信设施落后，配电网网损过高，供电可靠性和电能质量问题仍然严峻；配电网相关技术和管理制度亟待完善，配电网对用户的双向互动支持不足；微电网的技术应用研究还不成熟。4）负荷发展不平衡，信息化程度差异大。现有的电能计量主要是完成电费计算，对客户计量数据的采集精细度不够，数据没有得到充分的深度利用。城市电网和农村电网的设备水平和管理水平以及与用户的双向互动难以满足现代化电网的要求。5）在工业化、城镇化进程以及人民生活水平提高的影响下，负荷将会持续增长，所以城网改造还需要进一步深入；并且，随着电力汽车、储能设备的接入，负荷的类型和性质也发生了一定的变化。6）变电站自动化系统整体技术水平较为先进，但综合利用效益还未充分发挥。数字化变电站的试点尽管已经完成，但是还没有进行全面的推广。7）高级调度中心的建设已经起步，但是在特高压互联电网运行与控制、运行状态的实时监控与预警、调度计划的经济协调、全网和区域电网协调控制等方面仍需进行深入的研究。8）我国电力通信发展不平衡，输电通信基本实现主干通道光纤化、数据传输网络化，建设了覆盖全国的电力综合通信业务网，但配电网缺乏可靠、经济、实用化的通信方式[7]。2中国式智能电网的定义我国电力系统的专家学者已经对智能电网的各个方面进行了深入的研究，由于研究的侧重点不同，对智能电网的定义也有所区别。文献[8]提出了数字电力系统的概念，并指出智能电网是数字电力系统概念的升级。文献[9]指出智能电网通过分布式智能通信和高度集成的自动控制系统，保证市场交易的实时进行和电网各个环节的实时监控和双向互动，是一个完全智能化的供电网络。文献[10]将智能电网定义为“互动电网”，并指出智能电网是集合产业革命、技术革命和管理革命的综合性效率变革。文献[11]详细分析了智能配电网的结构特点，指出智能配电网是通信、控制、传感、计算机等技术在配电系统中应用的总和。国家电网公司综合世界各国对智能电网的研究成果，并根据我国电力发展水平、能源和负荷分布的特点，提出中国智能电网的发展总思路为：以统一规划、统一标准、统一建设为原则，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，建设具有信息化、自动化、互动化特征的国家电网。统一坚强智能电网包括5大区域电网，涵盖所有电压等级，由发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节有机组成，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的电网[12]。3中国式智能电网的结构分析3.1智能电网的内涵智能电网的核心内涵是在电力系统各环节实现新型信息与通信技术的集成，以促进智能水平的提高。智能电网的覆盖范围，包括从需求侧设施到广泛分散的分布式发电，再到电力市场的整个电力系统及所有的相关环节。由此可以看出，智能电网不是电网设备的技术升级，而是电力系统的根本性变革，而这种变革必将对我国现行电力系统各个环节产生深远的影响[13-17]。3.2发电系统截至2008年底，我国装机容量和全口径发电量构成见如表1所示[18]。目前我国正在推进“一特四大”的电网发展战表12008年底我国电力总装机容量构成Tab.1Configurationofinstalledpowercapabilityattheendof2008总量/GW火电/GW水电/GW风电/GW核电/GW792.73602.86172.608.398.85第33卷第20期电网技术15略，即以大型能源基地为依托，建设由1000kV交流和±800kV直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。其中，发电系统的基本构成如图1(a)所示。由此可见，发电系统仍然是集约化发展。随着中国智能电网建设的不断深入，新能源和分布式发电有很大的发展空间，但这并不能从根本上改变我国的装机结构。随着环保意识的增强和国家能源政策的实施，装机结构的内部将会发生变化，传统、低效的能源转化方式将被优质高效的转化方式代替，并在火电的装机容量中占有相当大的份额。我国未来能源构成的比例[19]如图1(b)所示。智能电网将会在发电计划、机组调度等方面发挥优势，实现全国范围内的电力资源调配，实现电力与自然的和谐发展。传统型火电清洁型火电水电核电太阳能风电分布式能源中型电厂大型能源基地(a)基本结构(b)所占比例火电传统型40%分布式电源4%水电20%风能核能太阳能16%火电清洁型20%图1我国未来能源的基本结构与比例Fig.1BasicstructureandproportionofenergysourcesinChinainthefuture3.3输电系统智能输电运行是智能电网的重要组成部分。我国能源与负荷分布的矛盾决定了发展特高压是实现能源转移昀为经济有效的方式。国家电网公司特高压骨干网规划的总体思路为：以构建华中–华北坚强的同步电网为核心，以晋、陕、蒙、宁煤电基地和西南水电开发为契机，在华北与华中电网率先建设贯通南北的百万伏级交流通道，将华中与华北构筑成为联系紧密的同步电网。华中–华北同步电网的范围将通过交流特高压扩大到华东电网。在华北、华中和华东建设成坚强的特高压网架；西南水电外送采用特高压交流或直流，共同形成覆盖大电源基地和负荷中心的特高压电网。全国电网电力流向总体上呈现西电东送、北电南送的格局。智能输电运行优化管理系统包括同步数据采集处理系统、广域动态监测系统、实时在线报警系统和故障诊断分析系统。目前，各个区域电网都建立了广域测量保护系统，初步实现了电网的动态监控，部分区域电网已经开始了高级调度中心的建设，这些都为智能输电的实现创造了条件。我国高级输电运行优化管理系统