在新中国成立前的60多年里，中国的电力工业发展缓慢，技术装备落后。到1949年底，全国发电装机容量185万kW，年发电量仅有43亿kWh，在世界智能电网各国中分别排名第21位和第25位。新中国成立后，中国的电力工业发展迅速。截至2009年底，全国装机容量技达到8.7亿kW，其中，水电、火电、核电、风电装机容量分别达到19679万、术65205万、908万、1613万kW；全社会年用电量达到3.64万亿kWh。全国装机容量和年发电量居世界第二位，水电装机容量居世界第一位。中国当代电网的建设，始于新中国成立之后。1954年，我国自行设计、施工的220kV高压输电线路建成：1972年，我国第一条330kV超高压输电线路建成：1981年，我国第一条500kV超高压输电线路投运，成为世界上第八个拥有500kV超高压输电线路的国家；2009年，1000kV特高压交流输电线路投运，使中国成为当今世界交流输电电压等级最高的国家。中国直流输电研究和工程建设起步虽晚，但发展迅速。1987年，全部采用中国自主技术的舟山直流输电工程投入运行，开始了直流输电在我国的应用和发展。2009年底，额定容量5000MW的±800kV云南一广东特高压直流输电工程成功实现单极投产，额定容量6400MW的±800kV四川向家坝一上海特高压直流输电示范工程带电调试成功，中国成为当今世界直流输电电压等级最高的国家。中国电网的发展，同样遵循了电网发展的客观规律。大型水电站和煤电基地的建设，有力地推动了超/特高压交直流输电和大规模联网，电网规模经历了从地区级电网发展到省级电网，再通过省间联网形成跨省区域性电网，并逐渐形成了全国联网。随着未来中国电网的发展，特别是华北一华东一华中同步电网的形成中国电网将成为世界上电压等级最高、技术水平最高和规模最大的交直流混合电网。二、电网面临的挑战近年来，世界政治经济形势和能源发展格局发生了深刻变化，以电力为中心的新一轮能源革命的序幕已经拉开。人们开始重新审视电网的功能定位，除电力输送等传统功能之外，电网更是资源优化配置的载体，是现代综合运输体系和网络经济的重要组成部分，电网的发展也因此面临前所未有的机遇与挑战。（一）环境和能源目前，能源供应主要依赖化石能源。一方面，化石能源是不可再生能源，终将由于不断的消耗而遂渐枯竭：另一方面，化石能源的大量开发利用，造成了环文4
第一章境污染和大量温室气体排放。世界经济的发展、人口的增加以及城市化进程的加速，导致全球能源需求总智能量迅猛增加。由能源消耗所产生的环境问题日趋突出，引发了国际社会对能源安电网全和生态安全的普遍担忧。概提高能源利用效率，发展清洁能源，优化调整能源消费结构，降低对化石能述源的依赖程度，已成为世界各国解决能源安全和环保问题、应对全球气候变化的共同选择。而将清洁能源转化为电能，是开发利用清洁能源的最主要途径。适应清洁能源开发、输送和消纳的发展需求，提高电网的安全可靠性、灵活适应性和资源优化配置能力，已成为当今电网面临的紧迫任务。（二）安全可靠与经济高效随着能源结构的优化调整和清洁能源的快速发展，电能在终端能源消费中所占比例日益提高，经济社会发展对电能的依赖程度日益增强。电网规模日益扩大，一方面有利于提高资源优化配置能力，有利于大规模可再生能源的接入和传输；另一方面，电网运行与控制的复杂程度越来越高，发生大面积停电的风险也日益加大，对实现电能的安全传输和可靠供应提出重大挑战，电网的坚强可靠成为普遍关注的焦点。促进电力清洁生产，降低电力输送损耗，全面优化电力生产、输送和消费全过程，成为电网发展的必然选择。经济高效的电网必将极大地推动低碳电力、低碳能源乃至低碳经济的发展。（三）电网开放与优质服务分布式发电及电动汽车的快速发展和广泛使用，对于利用可再生能源，减少化石能源消耗，以及实现能源梯级利用和提高能效具有十分重要的意义。同时，电力用户的身份定位也俏然转变，从单纯的电力消费者转变为既是电力消费者，又是电力生产者。市场化改革的深入和用户身份的重新定位，使电力流和信息流由传统的单向流动模式向双向互动模式转变。信息的透明共享，电网的无歧视开放既体现了对价值服务的认同，同时也成为电网无法回避的挑战。电网的透明开放为电网自身的运营发展提供了巨大的机遇，用户的积极、广泛参与对于电网优化资产效能，提高安全水平，降低运营成本具有重要意义，使电网构建新型商业模式、提供电力增值服务以及拓展战略发展空间成为可能，但同时也对电网友好兼容各类电源和用户接入，提供高效优质服务提出了更高5
的要求。（四）技术创新与高效管理智能当前，新一轮世界能源革命的序幕已经拉开，其目标就是实现以智能电网为电网核心的低碳能源。推动技术创新，实现高效管理，已经成为电网迎接发展与挑战技的必然选择。术在科技发展日新月异的今天，将先进技术与传统电力技术有机高效融合，实现技术转型，全面提高资源优化配置能力，保障安全、优质和可靠的电力供应，提供灵活、高效和便捷的优质服务，是新形势下电网面临的新课题。同时，电网的形态和功能定位正在发生深刻变化，电网发展任务更加繁重，函须推进体制机制创新，转变发展模式，优化业务布局，提高运营效率，实现管理转型，以适应生产力发展对生产关系变革提出的客观要求。第二节智能电网的理念和驱动力进入21世纪以来，国内外电力及相关行业开展了一系列研究与实践，对未来电网的发展模式进行了积极思考与探索。一、智能电网的理念智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。智能电网的智能化主要体现在：①可观测一采用先进的传感量测技术，实现对电网的准确感知；②可控制一一可对观测对象进行有效控制；③实时分析和决策一一实现从数据、信息到智能化决策的提升：④自适应和自愈一一实现自动优化调整和故障自我恢复。传统电网是一个刚性系统，电源的接入与退出、电能量的传输等都缺乏弹性，使电网动态柔性及重组性较差；垂直的多级控制机制反应迟缓，无法构建实时、可配置和可重组的系统，自愈及自恢复能力完全依赖于物理亢余；对用户的服务简单，信息单向：系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享，相互割裂和孤立的各类自动化系统不能构成实时的有机统一整体。整个电网的智能化程度较低。与传统电网相比，智能电网将进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化功能模块化、系统组态化的柔性体系架构，通过集中与分散相结合的模式，灵活.6
第一章变换网络结构、智能重组系统架构、优化配置系统效能、提升电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网运营理念和体系。智能智能电网将实现对电网全景信息（指完整、准确、具有精确时间断面、标准电网化的电力流信息和业务流信息等）的获取，以坚强、可靠的物理电网和信息交互概平台为基础，整合各种实时生产和运营信息，通过加强对电网业务流的动态分析、述诊断和优化，为电网运行和管理人员展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。一般认为，智能电网的特征主要包括坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化等。（1）坚强。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件下或外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。（2）自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预防控制能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。（3）兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的电力需求并提供对用户的增值服务。（4）经济。支持电力市场运营和电力交易的有效开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。（5）集成。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精益化管理。（6）优化。优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。二、发展智能电网的驱动力解决能源安全与环保问题，应对气候变化，是发展智能电网的核心驱动力。创造新的经济增长点与增加就业岗位，是国外主要发达国家发展智能电网的经济动因。由于国情以及电力工业发展水平的不同，各国和地区发展智能电网的驱动力略有不同。美国发展智能电网的驱动力包括：①升级和更新现有电网基础设施，提高供电可靠性，避免发生大面积停电事故：②最大限度地利用信息通信技术，并与传统电网紧密结合，以促进电网现代化；③利用高级量测体系（AdvancedMeteringInfrastructure，AMI）、需求响应（DemandResponse，DR）和家庭局域7
网（HomeAreaNetworks，HANs）等技术，实现电力和信息等的双向流动，促进电力企业在不断开放的电力市场中与用户的友好互动；④提高电网对可再生能源智能发电的接入能力，促进可再生能源的利用，以保护环境和减少对化石能源的依赖。电网欧洲发展智能电网的驱动力包括：①安全可靠供电，包括解决一次能源短技缺问题，提高供电能力、供电可靠性以及电能质量；②环境保护，包括实现《京术都议定书》中的有关协议，关注气候变化，保护自然环境；③电力市场，包括提高能效和竞争能力，满足反垒断管制要求等。中国发展智能电网的驱动力主要包括：①充分满足经济社会快速发展和电力负荷高速持续增长的需求；②确保电力供应的安全性和可靠性，避免发生大面积停电事故：③提高电力供应的经济性，降低成本和节约能源；④大力发展可再生能源，调整优化电源结构，提高电网接入可再生能源的能力和能源供应的安全性，满足环境保护的要求：③提高电能质量，为用户提供优质电力和增值服务：③适应电力市场化的要求，优化资源配置，提高电力企业的运行、管理水平和效益，增强电力企业的竞争力。第三节智能电网研究现状建设智能电网是一项高度复杂的系统工程。世界各国根据本国电力工业的特点，通过在不同领域的研究与实践，形成了各自的发展方向和技术路线，也反映出对未来电网发展模式的不同思考。一、国外智能电网研究现状20世纪末，世界上很多国家和地区相继开展了智能电网相关研究，而其中最具代表性的是美国与欧洲。（一）美国智能电网研究现状1998年，美国电力科学研究院（ElectricPowerResearchInstitute，EPRI）开展了“复杂交互式网络/系统”（CIN/SI）项自研究，其成果可以看作美国智能电网的维形。2001年，EPRI创立了智能电网联盟，积极推动智能电网（IntelliGrid）研究，重点开展了智能电网整体信息通信架构研究以及配电侧的业务创新和技术研发。2003年7月，美国能源部发布“Grid2030”设想，对美国未来电网的发展Y8