早在本世紀初，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，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?

美國是這樣定義：

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

國內是這樣定義：

國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院：以物理電網(wǎng)為基礎(中國的智能電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎)，現將先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(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(mǎn)足用戶(hù)對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿(mǎn)足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應電力市場(chǎng)化發(fā)展等為目的，實(shí)現對用戶(hù)可靠、經(jīng)濟、清潔、互動(dòng)的電力供應和增值服務(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(hù)互動(dòng)，電網(wǎng)透明

怎么理解用戶(hù)互動(dòng)呢?在過(guò)去，用戶(hù)對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，能做的幾乎就只有：按時(shí)交電費，或者看看自家的機械式的鋁盤(pán)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(hù)將是電力系統不可分割的一部分。鼓勵和促進(jìn)用戶(hù)參與自身運行和管理，是智能電網(wǎng)一大重要特征。

老式電表和智能電表的對比

對供電公司而言，掌握用戶(hù)的需求，也就是更好地衡量了供求關(guān)系。通過(guò)統計用戶(hù)的用電信息，可以從數據分析中理解一個(gè)區域的用電規律，比如什么段時(shí)間用電多，什么時(shí)間段用電少，進(jìn)而相應的制定各區域內，經(jīng)濟節能的發(fā)電和輸配電的方案。此外，通過(guò)調節用戶(hù)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)負荷曲線(xiàn)，減輕電網(wǎng)的負荷壓力。調節的好處是，減少或轉移用電高峰時(shí)的電力需求，是電力公司盡量減少資本的開(kāi)支和營(yíng)運開(kāi)支。電力成本減少，電價(jià)自然會(huì )下調。

對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，電力消費和手機話(huà)費一樣，可以選擇性消費。用戶(hù)可以選擇不同的方案來(lái)購買(mǎi)電能、選擇用電。比如，用戶(hù)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程控制，選擇在低電價(jià)的時(shí)段用電。

智能設備，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)

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

不妨設想一下好了，當冬天外出，回家之前通過(guò)APP提前打開(kāi)空調，開(kāi)門(mén)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(xún)手機流量一樣，隨時(shí)了解某個(gè)電器設備在某一段時(shí)間內的耗電量，使用戶(hù)對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(hù)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(hù)的用電信息、數據收集之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到供電公司的數據終端。供電公司將對這些數據進(jìn)行歸類(lèi)、對比分析，再根據用戶(hù)用電的實(shí)際情況，為其量身定制用電方案，并通過(guò)手機短信等形式發(fā)送告知。

舉個(gè)例子，用戶(hù)通過(guò)查詢(xún)高能耗電器的實(shí)時(shí)使用數據，便可以隨時(shí)了解自己家中的哪些電器存在浪費。譬如電視開(kāi)著(zhù)卻沒(méi)有看，家里沒(méi)人卻開(kāi)著(zhù)空調等等現象就可以避免。

從電廠(chǎng)到用戶(hù)的智能電網(wǎng)全景圖展示

測量升級，大數據時(shí)代

上文里提到的老式機械電表，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分鐘才采集一次數據，而理想狀態(tài)下的智能電網(wǎng)，采集數據的間隔可能短至1秒鐘，甚至更短。 同樣的，在輸電網(wǎng)，采集各種開(kāi)關(guān)信號量、遙測信息(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，刷新的速率也將達到至少每秒一次。這樣精確的數據量，將大大提高電網(wǎng)的可靠性，也可以有效進(jìn)行故障預判和快速調整。

電力系統的各種響應時(shí)間一覽

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

所以現在國內現在新興的電網(wǎng)海量實(shí)時(shí)數據系統，其核心數據庫大都采用了Hadoop的HDFS系統，通過(guò)使用分布式數據存儲和MapReduce運算模型，來(lái)實(shí)時(shí)存儲如此巨大的數據。這和淘寶網(wǎng)的數據庫是相似的。除了Hadoop的No-SQL數據庫，普通的關(guān)系數據庫也是必不可少的，起到輔助作用。

北京的電網(wǎng)數據分布系統(局部)

自我預測、自我修復、自我調節

大數據當然自有它的好處。通過(guò)大數據平臺搭配云計算技術(shù)，技術(shù)人員可實(shí)時(shí)觀(guān)察到全網(wǎng)范圍內的電能流動(dòng)狀態(tài)、電能負載熱區、設備故障高發(fā)區和客戶(hù)集中區等數據，實(shí)現更加智能化的電網(wǎng)。具體的新概念和新技術(shù)包括以下這些：

1、電網(wǎng)數據可視化

在智能電網(wǎng)中，通過(guò)分析包括調度、輸配電、發(fā)電和用戶(hù)信息等大數據(這些數據大都是實(shí)時(shí)并且高度信息化集成的)，通過(guò)軟件實(shí)現實(shí)時(shí)可視化運算分析，可以全面完整地展示電網(wǎng)運行狀態(tài)中每一個(gè)細節，為管理層提供輔助決策支持和依據。

2、電網(wǎng)負載趨勢預測

不僅如此，通過(guò)大數據分析電網(wǎng)負載的歷史數據和實(shí)時(shí)數據，展示全網(wǎng)實(shí)時(shí)負載狀態(tài)，可以預測電網(wǎng)負載變化趨勢。并通過(guò)綜合性的管理，提高設備的使用率，降低電能損耗，使得電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟和高效。

3、設備故障趨勢預測

通過(guò)大數據分析電網(wǎng)中故障設備的故障類(lèi)型、歷史狀態(tài)和運行參數之間的相關(guān)性，預測電網(wǎng)故障發(fā)生的規律，評估電網(wǎng)運行風(fēng)險，可以實(shí)現實(shí)時(shí)預警，讓技術(shù)人員提前做好設備維護和檢查工作。

4、電網(wǎng)實(shí)現自我修復

在智能電網(wǎng)中，將電網(wǎng)中的故障設備，以最快的速度從電網(wǎng)系統中隔離出來(lái)，并且在幾乎自動(dòng)化的狀態(tài)下(很少或不用人為干預)實(shí)現系統自我恢復到正常運行狀態(tài)，從而做到幾乎不中斷對用戶(hù)的供電服務(wù)。我們可以類(lèi)比一下人體的免疫系統，這和智能電網(wǎng)的自我修復很類(lèi)似。結合上兩條的預測，電網(wǎng)系統可以進(jìn)行持續自我預測，當發(fā)現已經(jīng)存在或可能出現的故障時(shí)，立即采取措施加以控制或糾正。

5、二次設備獨立通信

在現有的電網(wǎng)系統中，二次設備的通信往往要通過(guò)總線(xiàn)和專(zhuān)用通信設備來(lái)實(shí)現。這種設備用內部的話(huà)說(shuō)叫做”總控單元“(國外一般稱(chēng)為RTU)。而在智能電網(wǎng)中，監控、保護等二次設備都將配有自適應和自我交互信息的模塊，能夠自適應地相互通信。這種的靈活性和自適應能力，將極大地提高可靠性，就好比讓設備實(shí)現”自治“。如此一來(lái)，即使部分系統出現了故障，其他設備仍然能夠穩定工作。

新能源無(wú)縫接入，即插即用

傳統的發(fā)電一般都是火力發(fā)電和水力發(fā)電，現在核電也在逐步發(fā)展中。而光伏發(fā)電、風(fēng)電、地熱發(fā)電等新能源發(fā)電，過(guò)去都很難和傳統電網(wǎng)相連接。而智能電網(wǎng)將改變這一現狀。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)標準將使各種各樣的發(fā)電和儲能系統容易接入。做到“無(wú)縫接入、即插即用”。從小到大各種不同容量的發(fā)電和儲能設備，在所有的電壓等級上都可以實(shí)現互聯(lián)(包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、電池系統、即插式混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池等)。未來(lái)，用戶(hù)甚至可以安裝自己的發(fā)電設備，實(shí)現自產(chǎn)自銷(xiāo)。

各地區新能源發(fā)電系統

在2015電力行業(yè)信息化技術(shù)創(chuàng )新大會(huì )上，中國工程院院士、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院副院長(cháng)薛禹勝院士指出： 隨著(zhù)太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生電力資源越來(lái)越多地被應用，電網(wǎng)必須考慮如何確保太陽(yáng)能、風(fēng)能這類(lèi)“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，運用大數據技術(shù)，進(jìn)行智能化分析。

儲能技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)

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)現大容量?jì)Υ?。而智能電網(wǎng)中的儲能技術(shù)將是重頭戲。無(wú)論是集中式的大容量的儲能電站，還是分布式的小容量的儲能電站，甚至小到電動(dòng)汽車(chē)電池的儲能作用，乃至太陽(yáng)能路燈的儲能電池等等。都是智能電網(wǎng)中的各種儲能形式。而這其中，電動(dòng)汽車(chē)對于普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，距離最近也最容易實(shí)現，可以由此預見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展將是不可阻擋的。

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

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

防御恐怖襲擊

在當前世界反恐的大環(huán)境下，智能電網(wǎng)作為一個(gè)國家的命脈產(chǎn)業(yè)，提升自我防御能力當然是不可或缺的。這就要求電網(wǎng)安全性可以達到很高的水準。當出現恐怖襲擊后，運用上面第四點(diǎn)所提到的自我修復的解決方案，使得被攻擊的位置可以實(shí)現快速恢復。不僅如此，從智能電網(wǎng)的設計和運行的環(huán)節，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、預防、檢測、反應等等，以盡量減少和減輕恐怖襲擊對電網(wǎng)和經(jīng)濟發(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)的內部通信系統，將實(shí)現和外網(wǎng)完全隔離，獨立運行，每個(gè)節點(diǎn)都實(shí)現自主化。