智能电网建设与电力自动化应用

    自2003年起，美国多个政府和民间组织就对智能电网愿景进行了分析，提出了各自的定义和行动计划建议，其中最有典型意义的是美国电力科学研究院提出的智能电网。

    2004年，欧盟委员会启动了相关的研究与建设工作，提出了要在欧洲建设智能电网。法国电力公司试验“智能电网”以提高风电使用率。目前正在试验一种动态能源储存系统，有助于电网协调来自北海的间歇性风电。

    2006年，美国IBM提出了“智能电网”解决方案，主要包括三个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和收集体系；三是进行分析能力。

    2007年10月，华东电网公司正式启动智能电网可行性研究项目，并规划了从2008年至2030年的“三步走”战略，即：在2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。

    奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。

    中国能源专家武建东提出的“互动电网。它将智能电网的含义涵盖其中。互动电网集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革，在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等多种用途开发。

    日本、加拿大、澳大利亚等国也开始注意到电网的这一新动向，正在积极跟进，助推“智能电网”的发展。

    中国的坚强智能电网

    国家电网公司总经理刘振亚说：“积极发展智能电网已成为世界电力发展的新趋势。智能电网首先应当是一个坚强的电网。坚强是智能电网的基础基础，智能是坚强智能电网充分发挥作用的关键，两者相辅相成、协调统一。”结合我国的基本国情和特高压实践，中国提出了坚强智能电网，具有数字化、信息化、自动化、互动化的特征。

    2009年5月21日国家电网首次公布了智能电网计划，其内容有：以坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。具体分为三个阶段：

    2009年—2010年是规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点；

    2011年—2015年是全面建设阶段，将加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

 2016年—2020年是引领提升阶段，将全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力将大幅提升，清洁能源装机比例达到35％，分布式电源实现“即插即用”，智能电表普及应用。到2020年，可全面建成统一的“坚强智能电网”。

    智能电网建设中的关键技术

    智能电网技术是由高级量测技术、高级配电运行、高级输电运行和高级资产管理组成。高级量测技术（AMI），是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络和系统，由智能电表、广域通信网络、量测数据管理系统和用户户内网络等四部分构成。通过广域通信网络,AMI把用户和电力公司紧密相连,为将来配电自动化等智能电网功能的实现奠定基础。其实现的系统范围的测量和可视性能够大幅提升现有的电力公司的运行机制和资产管理流程。

    高级配电运行（ADO）包括高级配电自动化、高级保护与控制、配电快速仿真与模拟、新型电力电子装置、DER运行、AC/DC微网运行和运行管理系统组成。

    高级输电运行（ATO）包括变电站自动化、输电地理信息系统、广域量测系统、高速信息处理、高级保护与控制、模拟、仿真和可视化工具、高级输电网络元件及先进区域电网运行组成。

    高级资产管理(AAM)由优化资产使用运行、输配电网规划、基于条件的维修、工程设计与建造、顾客服务、工作于资产管理及模拟仿真组成。

    智能电网通过高级量测体系（AMI）、高级配电运行（ADO）、高级输电运行（ATO）和高级资产管理（AAM）之间的密切配合来实现电网安全稳定运行；使分布式电源得到有效的利用；提高电网资产的利用率；提高用户用电的效率、可靠性和电能质量。

    在建设智能电网中需要关注坚强实体电网、智能电网装备、信息交互平台、电源电网协调及双向互动供电的研究。专家建议，智能电网作为目前的一个热点，当前要密切跟踪和深入研究未来智能电网技术，大力发展特高压电网及其他各级电网，高度关注配电、用电侧的智能电网技术，加强互联网安全防护体系的开发、研究手段的建设和国外的交流合作。

    自动化产品和技术在电力中的应用

    据中国电力联合会最新披露的统计数据显示，2008年中国电力基本建设投资完成额达到5763亿元，同比增长1.52％。这份统计情况同时表明，在刚刚过去的2008年，中国的电网投资首超电源投资，分别完成投资2885亿元和2879亿元。同时，核电、风电基本建设投资完成额分别增长71.85％和88.10％，火电基本建设投资完成额则下降了21.99％。

    电网建设、新能源包括风能、核电和太阳能的发展带动了对自动化产品的需求。从细分市场来看，自动化产品的应用范围：在电网建设中，变电站自动化、调度自动化、配网自动化等；在核电领域要用到DCS、FCS、PLC、SCADA、RTU、KIT、KDC等；在风电领域常用到控制器、机械传动、变频器、伺服、SCADA等；在太阳能领域要用到逆变器、PLC等。

    据Frost&Sullivan中国研究数据显示：在DCS市场，艾默生、ABB、西门子、英维思、和利时、国电智深、GE、三菱、日立等占据着主要的市场，其中艾默生的市场份额高达20.7%、其次是ABB占17.8%、西门子占15.1%。国内两个企业和利时占9.6%、国电智深占8.5%。

    在PLC市场，施耐德、西门子、罗克韦尔、GE、欧姆龙、三菱、和利时等占据着主要的市场，其中施耐德位列第一，市场份额达28.3%、其次是西门子占25.8%、罗克韦尔占19.1%、GE占10.2%。从中不难看出，位列前三的公司的市场份额几乎都达到20%以上，占据了整个PLC市场大部份，形成“三分天下”的格局。

    然而，在HMI市场，各大知名品牌都占据一定的份额。施耐德、西门子、罗克韦尔仍然位列前三，市场份额分别为9.8%、10.1%、7.8%。研祥、研华占有市场份额都在5%以上。在SCADA市场，由于政策的支持，国内企业有着明显的优势，雄居大部份市场。但西门子也占有6.2%、ABB4.5%的市场份额。

    在未来，基于现场总线的控制系统将逐步取代现有的分散式控制系统，成为我国电力系统自动化的主导设备。无线通讯技术和信息化技术将会得到长足发展，安全技术和节能技术将会得到更多的应用。