早在本世紀(jì)初，智能電網(wǎng)的概念就提出來(lái)了，并且經(jīng)過(guò)風(fēng)風(fēng)光光的發(fā)展，在中國(guó)，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為風(fēng)風(fēng)光光的事業(yè)。但是智能電網(wǎng)到底是什么?你真的明白嗎?

美國(guó)是這樣定義：

美國(guó)能源部《Grid2030》：一個(gè)完全自動(dòng)化的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠監(jiān)事和控制每個(gè)用戶和電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，保證從電廠到終端用戶整個(gè)輸配電過(guò)程所有節(jié)點(diǎn)之間的信息和電能雙向流動(dòng)。

國(guó)內(nèi)是這樣定義：

國(guó)家電網(wǎng)中國(guó)電力科學(xué)研究院：以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)(中國(guó)的智能電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ))，現(xiàn)將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成形成的新型電網(wǎng)。它以充分滿足用戶對(duì)電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場(chǎng)化發(fā)展等為目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。

看過(guò)枯燥乏味的官方定義，我們來(lái)用通俗易懂的語(yǔ)言解釋一下，智能電網(wǎng)到底“智能”在哪些方面吧?

用戶互動(dòng)，電網(wǎng)透明

怎么理解用戶互動(dòng)呢?在過(guò)去，用戶對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，能做的幾乎就只有：按時(shí)交電費(fèi)，或者看看自家的機(jī)械式的鋁盤電表上走了幾度電。除此以外，似乎真的沒(méi)有什么能做的了。

那么智能電網(wǎng)呢?用戶將是電力系統(tǒng)不可分割的一部分。鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶參與自身運(yùn)行和管理，是智能電網(wǎng)一大重要特征。

老式電表和智能電表的對(duì)比

對(duì)供電公司而言，掌握用戶的需求，也就是更好地衡量了供求關(guān)系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)用戶的用電信息，可以從數(shù)據(jù)分析中理解一個(gè)區(qū)域的用電規(guī)律，比如什么段時(shí)間用電多，什么時(shí)間段用電少，進(jìn)而相應(yīng)的制定各區(qū)域內(nèi)，經(jīng)濟(jì)節(jié)能的發(fā)電和輸配電的方案。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)用戶的用電時(shí)間，便可有效的提高電網(wǎng)終端額用電效率，削峰填谷，平滑電網(wǎng)負(fù)荷曲線，減輕電網(wǎng)的負(fù)荷壓力。調(diào)節(jié)的好處是，減少或轉(zhuǎn)移用電高峰時(shí)的電力需求，是電力公司盡量減少資本的開(kāi)支和營(yíng)運(yùn)開(kāi)支。電力成本減少，電價(jià)自然會(huì)下調(diào)。

對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，電力消費(fèi)和手機(jī)話費(fèi)一樣，可以選擇性消費(fèi)。用戶可以選擇不同的方案來(lái)購(gòu)買電能、選擇用電。比如，用戶可以隨時(shí)了解，高峰時(shí)段電價(jià)高，可以選擇少用電;低谷時(shí)段電價(jià)便宜，就配合智能化電器的試試操作和遠(yuǎn)程控制，選擇在低電價(jià)的時(shí)段用電。

智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)

就像上文提到的，智能家電、智能控制設(shè)備等智能終端，將在智能電網(wǎng)中占據(jù)很重要的地位。通過(guò)在手機(jī)上安裝的用電APP，就能遠(yuǎn)程遙控電熱水器、空調(diào)、冰箱、電熱水壺等電器，可以輕松實(shí)現(xiàn)在電價(jià)便宜的時(shí)候用電。

不妨設(shè)想一下好了，當(dāng)冬天外出，回家之前通過(guò)APP提前打開(kāi)空調(diào)，開(kāi)門就能觸摸溫暖……想在早晨6點(diǎn)之前用半價(jià)電燒一壺水，但又不想那么早起床操作，可以借助APP定時(shí)功能，確保6點(diǎn)前自動(dòng)完成燒水……通過(guò)APP，還能如同查詢手機(jī)流量一樣，隨時(shí)了解某個(gè)電器設(shè)備在某一段時(shí)間內(nèi)的耗電量，使用戶對(duì)于自己的用電賬本一目了然。

一幅全景式的智能電網(wǎng)家庭用戶示意圖

而智能電網(wǎng)中的配變電量采集箱，也不單單只是過(guò)去的單向采集功能了，它們會(huì)自帶WIFI和網(wǎng)絡(luò)功能，將用戶的用電信息、數(shù)據(jù)收集之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到供電公司的數(shù)據(jù)終端。供電公司將對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、對(duì)比分析，再根據(jù)用戶用電的實(shí)際情況，為其量身定制用電方案，并通過(guò)手機(jī)短信等形式發(fā)送告知。

舉個(gè)例子，用戶通過(guò)查詢高能耗電器的實(shí)時(shí)使用數(shù)據(jù)，便可以隨時(shí)了解自己家中的哪些電器存在浪費(fèi)。譬如電視開(kāi)著卻沒(méi)有看，家里沒(méi)人卻開(kāi)著空調(diào)等等現(xiàn)象就可以避免。

從電廠到用戶的智能電網(wǎng)全景圖展示

測(cè)量升級(jí)，大數(shù)據(jù)時(shí)代

上文里提到的老式機(jī)械電表，既不精確也容易被盜電。在智能電網(wǎng)時(shí)代，它們不僅僅將被數(shù)字化電表所取代，而且采集的時(shí)間間隔將大幅縮小。譬如目前常見(jiàn)的智能電表可能要15分鐘才采集一次數(shù)據(jù)，而理想狀態(tài)下的智能電網(wǎng)，采集數(shù)據(jù)的間隔可能短至1秒鐘，甚至更短。 同樣的，在輸電網(wǎng)，采集各種開(kāi)關(guān)信號(hào)量、遙測(cè)信息(電壓、電流、相位、相角、有功功率、無(wú)功功率乃至變壓器油溫等等)，也將做到實(shí)時(shí)更新，刷新的速率也將達(dá)到至少每秒一次。這樣精確的數(shù)據(jù)量，將大大提高電網(wǎng)的可靠性，也可以有效進(jìn)行故障預(yù)判和快速調(diào)整。

電力系統(tǒng)的各種響應(yīng)時(shí)間一覽

而如此一來(lái)，所形成數(shù)據(jù)量也將是極為可觀的，是實(shí)實(shí)在在的洋量“大數(shù)據(jù)”。比如智能電表的采集量從15分鐘縮短到1秒，1萬(wàn)臺(tái)智能電表采集的用電信息的數(shù)據(jù)就會(huì)從32.61GB提高到114.6TB。而這數(shù)據(jù)量對(duì)于一個(gè)大國(guó)高度發(fā)達(dá)的智能電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，只是滄海一粟罷了。柴油發(fā)電機(jī)組

所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)現(xiàn)在新興的電網(wǎng)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其核心數(shù)據(jù)庫(kù)大都采用了Hadoop的HDFS系統(tǒng)，通過(guò)使用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和MapReduce運(yùn)算模型，來(lái)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)如此巨大的數(shù)據(jù)。這和淘寶網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)是相似的。除了Hadoop的No-SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，普通的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)也是必不可少的，起到輔助作用。

北京的電網(wǎng)數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)(局部)

自我預(yù)測(cè)、自我修復(fù)、自我調(diào)節(jié)

大數(shù)據(jù)當(dāng)然自有它的好處。通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)搭配云計(jì)算技術(shù)，技術(shù)人員可實(shí)時(shí)觀察到全網(wǎng)范圍內(nèi)的電能流動(dòng)狀態(tài)、電能負(fù)載熱區(qū)、設(shè)備故障高發(fā)區(qū)和客戶集中區(qū)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更加智能化的電網(wǎng)。具體的新概念和新技術(shù)包括以下這些：

1、電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化

在智能電網(wǎng)中，通過(guò)分析包括調(diào)度、輸配電、發(fā)電和用戶信息等大數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)大都是實(shí)時(shí)并且高度信息化集成的)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化運(yùn)算分析，可以全面完整地展示電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)中每一個(gè)細(xì)節(jié)，為管理層提供輔助決策支持和依據(jù)。

2、電網(wǎng)負(fù)載趨勢(shì)預(yù)測(cè)

不僅如此，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)負(fù)載的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，展示全網(wǎng)實(shí)時(shí)負(fù)載狀態(tài)，可以預(yù)測(cè)電網(wǎng)負(fù)載變化趨勢(shì)。并通過(guò)綜合性的管理，提高設(shè)備的使用率，降低電能損耗，使得電網(wǎng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)和高效。

3、設(shè)備故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)中故障設(shè)備的故障類型、歷史狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)電網(wǎng)故障發(fā)生的規(guī)律，評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警，讓技術(shù)人員提前做好設(shè)備維護(hù)和檢查工作。

4、電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)

在智能電網(wǎng)中，將電網(wǎng)中的故障設(shè)備，以最快的速度從電網(wǎng)系統(tǒng)中隔離出來(lái)，并且在幾乎自動(dòng)化的狀態(tài)下(很少或不用人為干預(yù))實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而做到幾乎不中斷對(duì)用戶的供電服務(wù)。我們可以類比一下人體的免疫系統(tǒng)，這和智能電網(wǎng)的自我修復(fù)很類似。結(jié)合上兩條的預(yù)測(cè)，電網(wǎng)系統(tǒng)可以進(jìn)行持續(xù)自我預(yù)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在或可能出現(xiàn)的故障時(shí)，立即采取措施加以控制或糾正。

5、二次設(shè)備獨(dú)立通信

在現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)中，二次設(shè)備的通信往往要通過(guò)總線和專用通信設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)備用內(nèi)部的話說(shuō)叫做”總控單元“(國(guó)外一般稱為RTU)。而在智能電網(wǎng)中，監(jiān)控、保護(hù)等二次設(shè)備都將配有自適應(yīng)和自我交互信息的模塊，能夠自適應(yīng)地相互通信。這種的靈活性和自適應(yīng)能力，將極大地提高可靠性，就好比讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)”自治“。如此一來(lái)，即使部分系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，其他設(shè)備仍然能夠穩(wěn)定工作。

新能源無(wú)縫接入，即插即用

傳統(tǒng)的發(fā)電一般都是火力發(fā)電和水力發(fā)電，現(xiàn)在核電也在逐步發(fā)展中。而光伏發(fā)電、風(fēng)電、地?zé)岚l(fā)電等新能源發(fā)電，過(guò)去都很難和傳統(tǒng)電網(wǎng)相連接。而智能電網(wǎng)將改變這一現(xiàn)狀。智能電網(wǎng)會(huì)簡(jiǎn)化新能源發(fā)電入電網(wǎng)的過(guò)程，通過(guò)改進(jìn)的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)將使各種各樣的發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)容易接入。做到“無(wú)縫接入、即插即用”。從小到大各種不同容量的發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備，在所有的電壓等級(jí)上都可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)(包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、電池系統(tǒng)、即插式混合動(dòng)力汽車和燃料電池等)。未來(lái)，用戶甚至可以安裝自己的發(fā)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自銷。

各地區(qū)新能源發(fā)電系統(tǒng)

在2015電力行業(yè)信息化技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)上，中國(guó)工程院院士、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院副院長(zhǎng)薛禹勝院士指出： 隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生電力資源越來(lái)越多地被應(yīng)用，電網(wǎng)必須考慮如何確保太陽(yáng)能、風(fēng)能這類“間斷性能源”安全進(jìn)入電網(wǎng)。薛禹勝說(shuō)，眼下新能源接入電網(wǎng)的比例只有7%—10%，未來(lái)大規(guī)模接入會(huì)有很多問(wèn)題產(chǎn)生，這需要大幅度提高信息化水平，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行智能化分析。

儲(chǔ)能技術(shù)，電動(dòng)汽車

在過(guò)去，電能的生產(chǎn)是一次性的，生產(chǎn)出來(lái)就必須立刻用掉，很難實(shí)現(xiàn)大容量?jī)?chǔ)存。而智能電網(wǎng)中的儲(chǔ)能技術(shù)將是重頭戲。無(wú)論是集中式的大容量的儲(chǔ)能電站，還是分布式的小容量的儲(chǔ)能電站，甚至小到電動(dòng)汽車電池的儲(chǔ)能作用，乃至太陽(yáng)能路燈的儲(chǔ)能電池等等。都是智能電網(wǎng)中的各種儲(chǔ)能形式。而這其中，電動(dòng)汽車對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，距離最近也最容易實(shí)現(xiàn)，可以由此預(yù)見(jiàn)，電動(dòng)汽車的發(fā)展將是不可阻擋的。

而儲(chǔ)能技術(shù)，主要分為物理儲(chǔ)能( 譬如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)，化學(xué)儲(chǔ)能( 譬如各類蓄電池、可再生燃料電池、液流電池、超級(jí)電容器等)和電氣儲(chǔ)能( 譬如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能等)。在儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展上，德國(guó)發(fā)展得非?？?，他們的儲(chǔ)能電池研發(fā)是世界領(lǐng)先的。

未來(lái)，用戶都將擁有自己的發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)施，在自給自足的同時(shí)，還可能倒送給電網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)相互調(diào)劑。譬如，在我家的用電低谷時(shí)，電網(wǎng)供應(yīng)的能量用不完，就可以先儲(chǔ)存起來(lái)，以備自己或鄰居在用電高峰時(shí)進(jìn)行支援，而當(dāng)我家用電出現(xiàn)高峰，用上自己儲(chǔ)存的電能都供應(yīng)不足時(shí)，通過(guò)鄰居儲(chǔ)存的電能，就可以立即補(bǔ)足自己的用電需求。

防御恐怖襲擊

在當(dāng)前世界反恐的大環(huán)境下，智能電網(wǎng)作為一個(gè)國(guó)家的命脈產(chǎn)業(yè)，提升自我防御能力當(dāng)然是不可或缺的。這就要求電網(wǎng)安全性可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。當(dāng)出現(xiàn)恐怖襲擊后，運(yùn)用上面第四點(diǎn)所提到的自我修復(fù)的解決方案，使得被攻擊的位置可以實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。不僅如此，從智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的環(huán)節(jié)，都將加入反恐考量，盡可能阻止攻擊，最大限度地降低破壞造成的損失。智能電網(wǎng)的安全策略將包含威懾、預(yù)防、檢測(cè)、反應(yīng)等等，以盡量減少和減輕恐怖襲擊對(duì)電網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。

值得一提的是，無(wú)論是物理攻擊還是網(wǎng)絡(luò)攻擊，都是需要的防御的。智能電網(wǎng)的內(nèi)部通信系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)和外網(wǎng)完全隔離，獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)自主化。