21世纪我国智能电网的发展脉络

来源：科学时报 2010-09-08 11:22:36

调查表明：我国目前10kV配电资产利用率比美国还低。多数城市10kV配电线路和变压器的年平均载荷率低于30%；在电网出现一个主要元件故障后还可保证安全的条件下，峰荷时的线路载荷率全部在50%以下。解决上述问题的办法之一，是缩小负荷曲线峰谷差。

　　同时为了应对电网偶然事件和电力负荷的不确定性，电力系统必须随时保持（10％~13％）发电容量裕度（又称旋转备用），以确保可靠性和峰荷需求,这也增加了发电成本和对发电容量的需求。

　　幸运的是，现实系统中存在着大量能与电网友好合作的负荷。如空调、电冰箱、洗衣机等电器在电力负荷高峰（电价高）的时段可以暂停使用，而适当平移到供电不紧张（电价低）的电力负荷的低谷时段再使用，帮助电网实现电力负荷曲线的削峰和填谷。

　　如图2所示，在美国典型峰荷日的峰荷时刻，居民用电功率占到峰荷的30%，而其中2/3，即20%属于可与电网友好合作的负荷，其值超过占峰荷13％的旋转备用容量。如果能够提供相应的技术支撑，通过电力公司与终端用户的互动（需求响应或用电管理），则可实现电力负荷曲线的削峰填谷。

　　我国城市中居民用电在年典型峰荷日的峰荷时大多占到峰荷的15%~20%，其中约有一半是可以与电网友好合作的可平移负荷。应该注意到，如果我们能消减6%~8%的峰荷，其所节约的电力资产额已是十分巨大的。更何况，商业用户和工业用户负荷，均具有与电网友好合作的潜力。

　　这种需求侧用户与电网之间的友好合作，在必要时，也可取代旋转备用，支持系统的安全运行。比如，在2008年初的一天下午，美国得克萨斯州经历了风力发电突然的、未预料到的急剧下降：在3个小时里发电下降130万kW。此时一个紧急起动了的需求响应程序，使大型工业和商业用户在10分钟内恢复了大部分失去的供电，起到了对此类间歇性电源波动性缓冲的作用。这一紧急需求响应程序的前提是电网公司与用户之间预先签订了协议。

　　4）对电网各种约束（提高可靠性、提高电能质量、节能降损和环保）日益严格。

　　近20年，通信和信息技术得到了长足的发展。美国在20世纪80年代，内嵌芯片的计算机化的系统、装置和设备，以及自动化生产线上的敏感电子设备的电气负载还很有限。而在今天，这部分电力负荷的比重已升至40%以上，预计2015年将超过60%，对电网的供电可靠性和电能质量提出了很高的要求。

　　调查表明，每年美国企业因电力中断和电能质量问题所耗掉的成本超过1000亿美元，相当于用户每花1美元买电，同时还得付出30美分的停电损失。其中，仅扰动和断电（不计大停电）每年的损失就达790亿美元。表1给出了美国电力科学院（EPRI）对未来20~30年用户对供电可靠性需求的预测。目前的电网不仅满足不了数字化社会的这些需要，而且它在数字化技术的自身应用方面也相对落后，特别是在配电网方面。

　　随着产业结构的调整和产业升级，我国会有日益增多的数字化企业对供电可靠性和电能质量提出更高的要求。

　　事实上，配电网也是提高用户供电可靠性的颈瓶。调查表明，我国10kV以下电网对用户停电时间的影响占到70%~80%以上。即使减去计划停电时间，我国大城市用户年平均停电时间也大都在1个小时以上，多数为几个小时，甚至更长。而日本东京由于配电网的网络拓扑结构灵活和实现了配电自动化，其用户的年平均停电时间仅为2~5分钟; 在电网出现一个主要元件故障后还可保证安全的条件下，峰荷时的线路载荷率可达75%~85%（如前所述我国该值小于50%）。

　　5）尤其值得我们注意的是：由于技术涉猎广泛，智能电网的一个关键目标是要催生新的技术和商业模式，为经济和科技发展提供新的支撑点，实现产业革命。思科预言，智能电网比互联网络拥有更大的市场空间。